專利名稱：流體計量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體計量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及能夠與傳統(tǒng)體積計量方法兼容的流體計量方法和裝置。
背景技術(shù)：
在燃氣行業(yè)內(nèi)，傳統(tǒng)的機械計量，例如模式表、渦輪、腰輪等儀表占有絕大多數(shù)的比例，只有極少量超聲波表開始小范圍的試用。無論哪種機型，基于機械推動原理的燃氣表，在使用過程中不可避免地會因為機械老化而出現(xiàn)精度下降的現(xiàn)象，同時機械裝置的推動也會造成壓力損失，進而造成計量收費上的損失。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，每年因為機械磨損造成的計量損耗占燃氣消耗總量的6%以上。以一個中等規(guī)模(100萬戶民用用戶，1000個工業(yè)用戶)的燃氣運營企業(yè)為例，每年機械損耗造成的計量損失有10億人民幣以上，拓展到整個燃氣行業(yè)，這個數(shù)字會達到上千億人民幣，造成的經(jīng)濟損失觸目驚心。為了應(yīng)對傳統(tǒng)機械計量帶來的巨大損失，基于超聲波原理的燃氣表計和基于MEMS原理的工業(yè)流量計開始出現(xiàn)小批量試用，尚未實現(xiàn)完全商用。這兩類產(chǎn)品的設(shè)計思路分別為:I)超聲波表的原理是超聲波的傳播速度與所在介質(zhì)的流動速度相關(guān),通過對被測氣體的運動情況進行檢測，然后將獲得的模擬信號通過導(dǎo)線引出能量介質(zhì)的傳輸環(huán)境，然后再通過A/D轉(zhuǎn)換和MCU的計算，獲得單位時間內(nèi)通過氣體的體積，進而通過積分累加獲得通過氣體的總量，實現(xiàn)體積計量；2)用于工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)氣體測量的MEMS流量計，事先使用被測的高純度標(biāo)準(zhǔn)氣體做對比測試，并將測試結(jié)果直接存儲，然后用于該氣體的實時測量。由于被測氣體的流速特性已經(jīng)做了充分地先驗測試，因而在嚴格限制使用范圍的前提下，可以達到預(yù)定的精度要求。上述技術(shù)方案在用于燃氣表的過程中，都存在一些技術(shù)缺陷和應(yīng)用障礙,主要表現(xiàn)在:I)輔助裝置帶來的額外成本增加目前很多能量測量系統(tǒng)中，基于超聲波原理的方法和方案得到應(yīng)用。由于超聲波測量裝置的工作原理是:首先主動產(chǎn)生一束超聲波；超聲波在通過被測介質(zhì)的時候，其傳播速度、方向、相位等特性發(fā)生變化；再通過一個可檢測超聲波傳播特性的器件，檢測上述變化，最后轉(zhuǎn)換為需要的物理量。所以在這類產(chǎn)品中，需要額外增加若干個的超聲波發(fā)射裝置，而這些附加的裝置，其成本、尺寸、重量、功耗數(shù)據(jù)往往會占整個設(shè)備的50%以上，降低了產(chǎn)品的成本優(yōu)勢，阻礙了產(chǎn)業(yè)化和市場化的推動。2)體積計量原理在未來的拓展受限問題從原理上來說，超聲波表是一種體積計量的裝置，雖然可以適應(yīng)目前的燃氣計量市場需求。然而從國家戰(zhàn)略上看，更能反映燃氣實際使用狀況的質(zhì)量計量和熱值計量在不遠的未來一定會成為國家強制標(biāo)準(zhǔn)。所以超聲波表無法適應(yīng)未來這些更加合理和科學(xué)的計量需求。3)被測對象受限和變化跟蹤問題現(xiàn)有的MEMS工業(yè)流量計，只在單純的某種標(biāo)準(zhǔn)氣體范圍內(nèi)標(biāo)定和使用，對于成分復(fù)雜且多變的燃氣環(huán)境，如何跟蹤其變化特性，缺乏必要的技術(shù)手段，而且對于民用燃氣表的小流量的精度也遠遠不能滿足要求。此外，由于工藝、市場、產(chǎn)品性能等問題沒有根本解決，目前這種產(chǎn)品仍處于試驗階段，沒有得到市場化的推廣應(yīng)用。因此，需要一種流體計量方法和裝置，具有操作簡便、過程清晰、誤差可控和便于生產(chǎn)等特點，能夠兼容現(xiàn)有的體積計量模式，并且便于未來向質(zhì)量計量和熱量計量的新標(biāo)準(zhǔn)拓展。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明示例實施例，提出了一種流體計量方法，包括如下測量步驟:在流體流經(jīng)計量裝置時，以預(yù)定采樣周期，從計量裝置的流量傳感器獲取第一輸出信號，第一輸出信號指示了流體的質(zhì)量流速，從計量裝置的密度傳感器獲取第二輸出信號，第二輸出信號指示了流體的密度；根據(jù)建立的質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線，獲得與第一輸出信號對應(yīng)的質(zhì)量流速；以及根據(jù)質(zhì)量流速和第二輸出信號，計算當(dāng)前采樣周期上的流體流量和體積；對至少兩個所述預(yù)定采樣周期期間流經(jīng)計量裝置的流體的總質(zhì)量和/或總體積進行累積，并用累積的總質(zhì)量和/或總體積來更新計量裝置中先前記錄的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明示例實施例，提出了一種流體計量裝置，包括:流量傳感器，檢測流體的質(zhì)量流速并輸出第一輸出信號，第一輸出信號指示了流體的質(zhì)量流速；密度傳感器，檢測流體的密度并輸出第二輸出信號，第二輸出信號指示了流體的密度；存儲器，存儲建立的質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線、以及質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)；測量器，與流量傳感器、密度傳感器和存儲器連接，在流體流經(jīng)計量裝置時，以預(yù)定采樣周期，從流量傳感器獲取第一輸出信號，從密度傳感器獲取第二輸出信號，根據(jù)質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線，獲得與第一輸出信號對應(yīng)的質(zhì)量流速，并根據(jù)質(zhì)量流速和第二輸出信號，計算流體的質(zhì)量和體積；測量器還對至少兩個所述預(yù)定采樣周期期間流經(jīng)計量裝置的流體的總質(zhì)量和/或總體積進行累積，并用累積的總質(zhì)量和/或總體積來更新存儲器中先前存儲的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明示例實施例的流體計量方法和裝置，能夠?qū)崟r地檢測流體的質(zhì)量流速和密度，并獲得質(zhì)量和體積量，操作簡便，過程清晰，能夠兼容現(xiàn)有的體積計量模式，并且便于未來向質(zhì)量計量和熱量計量的新標(biāo)準(zhǔn)拓展。


通過下面結(jié)合

本發(fā)明的示例實施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，其中:圖1示出了根據(jù)示例實施例的流體計量裝置的示例；圖2示出了根據(jù)示例實施例的流體計量方法的流程圖；圖3示出了根據(jù)示例實施例的曲線建立過程的流程圖；圖4示出了根據(jù)示例實施例的用于曲線建立過程的示例裝置；圖5示出了根據(jù)示例實施例的測試校準(zhǔn)過程的流程圖；以及圖6示出了根據(jù)示例實施例的密度檢測過程的流程圖。
具體實施例方式以下參照附圖，對本發(fā)明的示例實施例進行詳細描述，本發(fā)明不限于下述示例實施例。為了清楚描述本發(fā)明的基本思想，附圖中僅示出了與本發(fā)明的技術(shù)方案密切相關(guān)的部件、功能或步驟，并且以下描述中省略了對已知技術(shù)、功能、部件或步驟的具體描述。下文中主要采用MEMS流體計量器裝置(例如，MEMS燃氣表)作為示例描述本發(fā)明示例實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明示例實施例不限于此，而是可以應(yīng)用于任何其他流體計量裝置，例如對蝸輪、腰輪、皮膜表、超聲波燃氣表等。此外，采用氣體(例如燃氣或天然氣)作為示例進行詳細描述，但是本發(fā)明示例實施例不限于此，而是可以按照需要應(yīng)用于多種其他流體或氣體。和傳統(tǒng)的機械計量方法相比，MEMS計量技術(shù)具有小尺寸，大量程、高精度、高可靠度、低功耗、低成本等顯著優(yōu)勢。MEMS(Micro-Electro & Mechanism System)是微機電系統(tǒng)的縮寫，主要包括微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。此外，由于芯片在生產(chǎn)過程中已經(jīng)做了器件的老練處理，計算和控制精度會一直保持在較高的水平上，再加上電子計量在原理上比機械方法具有天然的優(yōu)勢，因此基于MEMS的流體計量裝置的產(chǎn)品成熟度和市場競爭力逐漸清晰。MEMS計量裝置采用微機電(MEMS)傳感器為檢測元件，MEMS流量傳感器基于MEMS技術(shù)，用于實現(xiàn)流體流速測量，能夠?qū)⒘黧w流速轉(zhuǎn)換為電信號輸出，例如轉(zhuǎn)換為電壓信號。MEMS流量傳感器包括溫差式和功率式兩種傳感原理。無論哪種原理，MEMS流量傳感器都能輸出與流體質(zhì)量流速相關(guān)的電信號，例如電壓?；贛EMS原理的流量傳感器能夠感知的是測量表面通過流體的質(zhì)量流速，并通過在相應(yīng)時間段上進行積分，得到質(zhì)量。然而，如果要獲得和傳統(tǒng)體積計量兼容的結(jié)果，就不得不考慮流體的密度因素。圖1示出了根據(jù)示例實施例的流體計量裝置的示例,該流體計量裝置是MEMS計量表10，能夠計量例如燃氣或天然氣等氣體，與傳統(tǒng)體積計量方法兼容。MEMS計量表10包括流量傳感器102、密度傳感器104、存儲器106和測量器108，其中流量傳感器102和密度傳感器104是基于MEMS技術(shù)的?；跓崾組EMS流量檢測的原理，流量傳感器102的傳感檢測元件的電壓輸出與流過表面的流體的質(zhì)量流速成單調(diào)變化關(guān)系。因此流量傳感器102用來檢測例如燃氣的質(zhì)量流速，在一段時間內(nèi)積分，即可得到該時間段內(nèi)流過氣體的質(zhì)量。流量傳感器102還輸出電壓值，電壓值指示了氣體的質(zhì)量流速。密度傳感器104能夠感知傳感檢測元件表面靜止氣體的密度，并且隨著密度的變化輸出不同的電壓值，作為密度信息。在MEMS計量表10中，密度傳感器104和流量傳感器102可以共同配合，實現(xiàn)對例如燃氣的體積計量。存儲器106存儲計量所需的參數(shù)、以及質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。存儲器106可以任意適合的存儲器，例如RAM類型的。計量所需的參數(shù)例如可以包括預(yù)先建立的質(zhì)量流速-流量傳感器輸出電壓的關(guān)系曲線，由此根據(jù)流量傳感器的輸出電壓，可以根據(jù)關(guān)系曲線獲得質(zhì)量流速，進而獲得一段時間上的氣體質(zhì)量。根據(jù)示例實施例，該關(guān)系曲線可以是利用標(biāo)準(zhǔn)流速設(shè)定裝置，例如音速噴嘴，通過曲線擬合而建立的。可以多段折線為基礎(chǔ)模型，利用最小二乘法進行曲線擬合。這在稍后將更加詳細地描述。測量器108與流量傳感器102、密度傳感器104和存儲器106連接。在例如燃氣流經(jīng)計量裝置時，以預(yù)定采樣周期，從流量傳感器102獲取輸出電壓值U，從密度傳感器104獲取密度信息P，根據(jù)存儲器中存儲的關(guān)系曲線，獲得與輸出電壓值U對應(yīng)的質(zhì)量流速Q(mào)，并根據(jù)質(zhì)量流速Q(mào)和密度信息P，計算燃氣的質(zhì)量M和體積V。測量器108還對至少兩個預(yù)定采樣周期期間流經(jīng)MEMS計量表10的流體的總質(zhì)量Msim和/或總體積Vsum進行累積，并用累積的總質(zhì)量Msim和/或總體積V.來更新存儲器中先前存儲的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。由此，圖1所示MEMS計量表10考慮到氣體密度因素，實時地檢測流速和密度，并計算氣體的體積量，這與現(xiàn)有的體積計量技術(shù)相兼容，并且向未來的質(zhì)量計量和熱量計量的新標(biāo)準(zhǔn)提供了接口。圖1所示MEMS計量表10還包括溫度傳感器110，檢測氣體的溫度并輸出相應(yīng)的電壓值T，指示流體的溫度。測量器108與溫度傳感器110連接，從溫度傳感器110獲取溫度信息T，根據(jù)溫度信息T指示的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的差距，對電壓值U和/或密度信息P的溫度漂移進行溫度補償?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的溫度補償或修正方法進行該溫度補償，例如修正后的體積V1 =測量體積VtlX (P1XTtlV(PtlXT1)，其中Ptl, T0為標(biāo)準(zhǔn)壓力和標(biāo)準(zhǔn)溫度，P1, T1為測量點的實際壓力與溫度，有關(guān)參數(shù)可以存儲在存儲器106中。測量器108利用補償后的電壓值U來獲得相應(yīng)的質(zhì)量流速Q(mào)，以及/或者利用補償后的密度信息P計算體積。在根據(jù)示例實施例的MEMS計量表10中，流量、密度、溫度三個MEMS傳感器同時使用，既可以滿足質(zhì)量計量的高精度，又能兼容現(xiàn)有的體積計量標(biāo)準(zhǔn)，而溫度傳感器則使得系統(tǒng)能夠?qū)囟茸兓鞒鼍珳?zhǔn)的補償和修正，保證測量的準(zhǔn)確性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，圖1所示MEMS計量表10還可以包括多個其他部件，例如燃氣入口、燃氣出口、表計外殼、燃氣通道、對各個部件的操作進行控制的控制器、安全控制機構(gòu)、顯示器等等。這里為了清楚起見，僅示出了與本發(fā)明實施例有關(guān)的部分，本發(fā)明實施例的MEMS計量裝置不限于上述實施例。此外，測量器108可以多種形式實現(xiàn)，例如數(shù)字信號處理器、可編程邏輯器件、微處理器等等，測量器108還可以具有自身的存儲機構(gòu)，用于存儲測量計算所需的參數(shù)以及計算的中間結(jié)果。存儲器10也可以包括在測量器108中，作為存儲機構(gòu)。下面參照圖1到6，描述根據(jù)示例實施例的流體計量裝置的計量方法以及各個相關(guān)過程的流程圖。圖2示出了根據(jù)示例實施例的流體計量方法的流程圖。當(dāng)例如用戶使用燃氣，燃氣流經(jīng)MEMS計量表10時，該方法200開始。在步驟202，測量器108以預(yù)定采樣周期，從流量傳感器102獲取輸出電壓值U,從密度傳感器104獲取密度信息P，并從溫度傳感器110獲取溫度信息T。在步驟204，測量器108根據(jù)溫度信息T指示的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的差距，對電壓值U和/或密度信息P進行溫度補償。在步驟206，測量器108根據(jù)存儲器106中存儲的關(guān)系曲線，獲得與輸出電壓值U對應(yīng)的質(zhì)量流速Q(mào)。例如，如果關(guān)系曲線是多段折線，則可以找到電壓值U所在的線段，并根據(jù)該線段表示的線性關(guān)系，計算出相應(yīng)的流速值Q0在步驟208，根據(jù)質(zhì)量流速Q(mào)和密度信息P，計算當(dāng)前采樣周期中流經(jīng)燃氣的質(zhì)量M和體積V。在至少兩個采樣周期之后，或者在用戶停止使用燃氣后，測量器108在步驟210累積得到流經(jīng)MEMS計量表10的燃氣體的總質(zhì)量Msum和/或總體積Vsum。在步驟212，測量器108用累積的總質(zhì)量Msim和/或總體積V.來更新存儲器106中先前存儲的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。方法200結(jié)束，MEMS燃氣表10的顯示器可以顯示當(dāng)前的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。由于MEMS傳感元件對于流體的組份、溫度和壓力等比較敏感，在MEMS計量表在投入實際使用之前，需要針對實際測量的流體，建立待測流體的流量/流速與MEMS流量傳感器的信號輸出之間的關(guān)系曲線，以便使用該MEMS計量表準(zhǔn)確地計量待測流體。結(jié)合圖1所示示例，質(zhì)量流速-流量傳感器輸出電壓的關(guān)系曲線是需要預(yù)先建立的，該建立過程包括離線數(shù)據(jù)采樣和離線數(shù)據(jù)擬合。離線數(shù)據(jù)采樣即事先根據(jù)產(chǎn)品工作范圍制定致密的采樣集，并設(shè)置相關(guān)裝置，例如音速噴嘴，產(chǎn)生對應(yīng)的氣體流速，并記錄此時傳感器的輸出，最后獲得多對流速-電壓值。音速噴嘴是用于產(chǎn)生并輸出標(biāo)準(zhǔn)氣體質(zhì)量流速的裝置，利用氣體在音速上工作的穩(wěn)定性質(zhì)，產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流速誤差在0.2%以內(nèi)，一般用于氣體質(zhì)量流量計量設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)輸入和誤差監(jiān)測。此外，無論采樣數(shù)據(jù)集如何密集，始終是有限的離散點，為了能夠準(zhǔn)確把握任何流速，同時降低軟件的數(shù)據(jù)存儲需求，需要進行離線數(shù)據(jù)擬合，將很多離散的采樣點擬合為曲線。根據(jù)本發(fā)明示例實施例，可以基于多段折線模型，采用最小二乘法實現(xiàn)曲線擬合，比起非線性的高階曲線，運算復(fù)雜度最低。圖3示出了根據(jù)示例實施例的曲線建立過程的流程圖300。在步驟302，利用音速噴嘴產(chǎn)生至少兩個氣體 質(zhì)量流速值Q，并采集MEMS流量傳感器的對應(yīng)的至少兩個電壓值U。這里，采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)可以根據(jù)需要和/或經(jīng)驗設(shè)定，例如可以個數(shù)可以為40。在步驟304，對采樣數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括但不限于記錄排除野值、數(shù)據(jù)平均、溫度補償?shù)?。在步驟306，設(shè)置誤差門限=δ，擬合線段數(shù)目K = 1，并設(shè)定該段折線的曲線擬合函數(shù)，例如高階多項式或者分段線性法。在步驟308，將流速值Q代入擬合函數(shù)，計算相應(yīng)的電壓值U。在步驟310，利用最小二乘法統(tǒng)計最大相對誤差δ_，在步驟312，比較δ_與3，如果6_> δ ,則方法300前進到步驟314，擬合線段數(shù)目遞增，K = Κ+1，并設(shè)定該段的曲線擬合函數(shù)，即開始另一段折線線段。然后方法300回到步驟308，將誤差不滿足門限要求的流速值Q代入當(dāng)前的曲線擬合函數(shù)，計算相應(yīng)的電壓值U，并重復(fù)步驟310和312。如果δ_彡δ，則方法300前進到步驟316，擬合結(jié)果滿足誤差門限要求，記錄相應(yīng)的流速-電壓數(shù)據(jù)對。上述方法300可以采用自動曲線擬合的軟件來實現(xiàn)，直到所有流速值或電壓值上的擬合誤差都滿足誤差門限為止。這樣，對每一個流速值，能夠科學(xué)準(zhǔn)確地計算傳感器電壓輸出值，得到流速-電壓對應(yīng)關(guān)系。圖4示出了根據(jù)示例實施例的用于曲線建立過程的示例數(shù)據(jù)采樣裝置40，該采樣裝置40包括標(biāo)準(zhǔn)氣體流速產(chǎn)生裝置，例如音速噴嘴?？梢岳糜嬎銠C(例如PC)對音速噴嘴NOZZ進行配置，音速噴嘴接收氣體輸入INPUT，產(chǎn)生至少兩個不同流速值的氣體。將每個流速值的氣體通過MEMS流量傳感器MEMS_SES，同時在數(shù)字信號處理板DSP上記錄該流速值上的傳感器電壓輸出信號，并將電壓輸出信號傳輸至PC。在PC上運行的自動采樣軟件控制音速噴嘴NOZZ的工作狀態(tài)與數(shù)字信號處理板DSP記錄數(shù)據(jù)之間的同步，得到每個流速值上的至少兩個傳感器電壓采樣值。這里，為了保證記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，每個流速值上的電壓采樣值要有一定的數(shù)量，才能準(zhǔn)確反映流速-電壓的變化關(guān)系。如圖4所示，PC的通信端口COMl經(jīng)由RS232標(biāo)準(zhǔn)線與音速噴嘴相連，PC的通信端口 COM2經(jīng)由RS232標(biāo)準(zhǔn)線與數(shù)字信號處理板DSP的UART接口相連。MEMS流量傳感器與數(shù)字信號處理板DSP之間可以通過任何適宜的模擬連接相連。這里所示采樣裝置40僅是示例，本發(fā)明實施例不限于此。在MEMS計量表上線實際測量之前，或者在MEMS計量表已經(jīng)工作一段時間之后，可以在線地對MEMS計量表進行測試校對。圖5示出了根據(jù)示例實施例的測試校準(zhǔn)過程的流程圖500。在步驟502，利用標(biāo)準(zhǔn)體積量設(shè)定裝置設(shè)置至少兩個標(biāo)準(zhǔn)體積量Vief。這里，標(biāo)準(zhǔn)體積量設(shè)定裝置例如可以是鐘罩。鐘罩是用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)體積量的氣體輸入裝置，用于氣體流量計的計量誤差分析和質(zhì)量鑒定。在技術(shù)監(jiān)督局的計量鑒定過程中，設(shè)置鐘罩的輸氣口徑得到一系列流量值，并設(shè)定流經(jīng)氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積值。計量結(jié)束后，將標(biāo)準(zhǔn)體積量與計量裝置(例如燃氣表)的計量結(jié)果比較，得到鑒定設(shè)備在該流量點上的計量誤差。所有規(guī)定流量點上的計量誤差滿足誤差門限，則通過鑒定，否則視為不合格的計量產(chǎn)品。在步驟504，使至少兩個標(biāo)準(zhǔn)體積量V,ef的流體分別流經(jīng)MEMS計量表，獲取對應(yīng)的至少兩個電壓值U，并且獲得密度信息P。在步驟506，根據(jù)流速-電壓值擬合曲線，獲得與電壓值U對應(yīng)的流速值Q，并根據(jù)質(zhì)量流速值Q和密度信息P，累積計算流體的體積V。在步驟508，計算各個流體體積V與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體積量VMf之間的誤差，并選擇其誤差大于預(yù)定誤差門限的流速值Q，作為校準(zhǔn)點。在步驟510，針對一個校準(zhǔn)點，對其流速值Q所在的曲線線段進行修正，使得誤差不大于預(yù)定誤差門限。在步驟512，判斷是否是最后一個校準(zhǔn)點。如果是最后一個校準(zhǔn)點，則在步驟514記錄修正后的曲線線段函數(shù)、或者相應(yīng)的流速值Q和電壓值U。如果不是最后一個校準(zhǔn)點，則在步驟516選擇下一校準(zhǔn)點，并且方法500返回到步驟510。執(zhí)行上述方法500，直到所有誤差都符合誤差門限要求。MEMS計量表的在線測試校準(zhǔn)進一步提高了 MEMS計量表的計量精度，并且該測試校準(zhǔn)過程的大部分步驟與實際測量過程類似，操作簡單、方便。以上所述的離線數(shù)據(jù)采樣、曲線擬合以及在線測試校準(zhǔn)過程可操作性強，適合模型未知的MEMS計量原理及產(chǎn)品開發(fā)。對于一致性良好的MEMS工藝來說，例如對于同一批次的MEMS器件，離線采樣、曲線擬合、參數(shù)校準(zhǔn)可以只做一次，存儲和利用相同的參數(shù)，這大大降低了表計參數(shù)計算周期，而通過小比例的抽檢即可滿足整批產(chǎn)品的質(zhì)量要求。和流量檢測類似，MEMS器件對于密度的感知，也缺乏準(zhǔn)確的理論和技術(shù)模型。因此也需要根據(jù)MEMS計量表的實際工作范圍(比如空氣和天然氣的密度區(qū)間)，配比若干種不同密度的氣體，并檢測不同氣體的密度傳感器輸出電壓，建立密度-電壓曲線。這樣，在實際測量過程中，根據(jù)密度傳感器的電壓輸出，反向推算出被測氣體的密度，用于實現(xiàn)質(zhì)量到體積的換算。圖6示出了根據(jù)示例實施例的密度檢測過程的流程圖600。該密度檢測過程600可應(yīng)用于MEMS計量表10的密度傳感器104。在步驟602，根據(jù)MEMS計量表10的工作范圍，配比至少兩個不同密度的燃氣。在步驟604，使每個密度的燃氣流經(jīng)MEMS計量表10，并檢測密度傳感器104的輸出電壓值，由此獲得至少兩個密度與電壓值對。在步驟606，根據(jù)至少兩個密度與電壓值對，建立密度-電壓值關(guān)系曲線。這里，可以通過曲線擬合，例如利用擬合曲線函數(shù)和最小二乘法，建立密度-電壓值關(guān)系曲線。在步驟608，在MEMS計量表10的存儲器中記錄或存儲建立的關(guān)系曲線。這樣，MEMS計量表10進行測量時，在計算燃氣體積時，可以根據(jù)密度_電壓值關(guān)系曲線，獲得與密度傳感器104輸出的密度信息P (即指示了當(dāng)前密度的電壓值)對應(yīng)的密度，以利用質(zhì)量和獲得的密度來計算燃氣體積。這實現(xiàn)了 MEMS計量表10的密度跟蹤功能，可以進一步提聞質(zhì)量到體積的換算的精確性。以上所述是本發(fā)明的示例實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種流體計量方法，包括如下測量步驟: 在流體流經(jīng)計量裝置時，以預(yù)定采樣周期， 從計量裝置的流量傳感器獲取第一輸出信號，第一輸出信號指示了流體的質(zhì)量流速， 從計量裝置的密度傳感器獲取第二輸出信號，第二輸出信號指示了流體的密度； 根據(jù)建立的質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線，獲得與第一輸出信號對應(yīng)的質(zhì)量流速；以及 根據(jù)質(zhì)量流速和第二輸出信號，計算當(dāng)前采樣周期上的流體流量和體積； 對至少兩個所述預(yù)定采樣周期期間流經(jīng)計量裝置的流體的總質(zhì)量和/或總體積進行累積，并用累積的總質(zhì)量和/或總體積來更新計量裝置中先前記錄的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在獲得質(zhì)量流速之前，還包括: 從計量裝置的溫度傳感器獲取第三輸出信號，第三輸出信號指示流體的溫度， 根據(jù)第三輸出信號指不的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的差距，對第一輸出信號和/或第二輸出信號進行溫度補償； 其中，在獲得質(zhì)量流速時利用補償后的第一輸出信號；以及/或者在計算流體體積時利用補償后的第二輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在測量步驟之前，還包括如下曲線建立步驟: 利用標(biāo)準(zhǔn)流速設(shè)定裝置設(shè)置至少兩個流速值； 在流體以各個流速值流經(jīng)計量裝置時，獲取對應(yīng)的至少兩個第一輸出信號；以及根據(jù)各個流速值和對應(yīng)的第一輸出信號，進行曲線擬合，建立所述質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，以多段折線為基本模型進行曲線擬合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在測量步驟之前，還包括如下校準(zhǔn)步驟: 利用標(biāo)準(zhǔn)體積量設(shè)定裝置設(shè)置至少兩個標(biāo)準(zhǔn)體積量； 使每個標(biāo)準(zhǔn)體積量的流體流經(jīng)計量裝置，獲取對應(yīng)的第一和第二輸出信號，根據(jù)所述質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線，獲得與第一輸出信號對應(yīng)的質(zhì)量流速，并根據(jù)質(zhì)量流速和第二輸出信號，計算流體的質(zhì)量和體積； 計算各個流體體積與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體積量之間的誤差；以及 如果誤差大于預(yù)定誤差門限，根據(jù)該誤差對關(guān)系曲線進行修正，使得誤差均不大于預(yù)定誤差門限； 其中，在測量步驟中獲得質(zhì)量流速時，利用修改后的質(zhì)量流速-流量傳感器輸出關(guān)系曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在測量步驟之前，還包括如下密度檢測步驟: 根據(jù)計量裝置的工作范圍，配比至少兩個不同密度的流體； 使每個密度的流體流經(jīng)計量裝置，并檢測密度傳感器的相應(yīng)的第二輸出信號；以及根據(jù)所述至少兩個不同密度和相應(yīng)的至少兩個第二輸出信號，建立密度-密度傳感器輸出信號關(guān)系曲線； 在測量步驟中計算流體體積時，根據(jù)密度-密度傳感器輸出信號關(guān)系曲線獲得與第二輸出信號對應(yīng)的密度，以利用質(zhì)量和獲得的密度來計算流體體積。
7.一種流體計量裝置，包括:流量傳感器，檢測流體的質(zhì)量流速并輸出第一輸出信號，第一輸出信號指示了流體的質(zhì)量流速； 密度傳感器，檢測流體的密度并輸出第二輸出信號，第二輸出信號指示了流體的密度； 存儲器，存儲建立的質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線、以及質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)； 測量器，與流量傳感器、密度傳感器和存儲器連接，在流體流經(jīng)計量裝置時，以預(yù)定采樣周期，從流量傳感器獲取第一輸出信號，從密度傳感器獲取第二輸出信號，根據(jù)質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線，獲得與第一輸出信號對應(yīng)的質(zhì)量流速，并根據(jù)質(zhì)量流速和第二輸出信號，計算流體的質(zhì)量和體積； 測量器還對至少兩個所述預(yù)定采樣周期期間流經(jīng)計量裝置的流體的總質(zhì)量和/或總體積進行累積，并用累積的總質(zhì)量和/或總體積來更新存儲器中先前存儲的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還包括: 溫度傳感器，檢測流體的溫度并輸出第三輸出信號，第三輸出信號指示流體的溫度；其中，測量器與溫度傳感器連接，從溫度傳感器獲取第三輸出信號，根據(jù)第三輸出信號指示的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之間的差距，對第一輸出信號和/或第二輸出信號進行溫度補償；其中，測量器在獲得質(zhì)量流速時利用補償后的第一輸出信號，以及/或者在計算流體體積時利用補償后的第二輸出信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線是利用標(biāo)準(zhǔn)流速設(shè)定裝置，通過曲 線擬合而建立的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線是擬合的多段折線。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，質(zhì)量流速-流量傳感器輸出信號關(guān)系曲線是利用標(biāo)準(zhǔn)體積量設(shè)定裝置進行誤差修正后的擬合曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，測量器利用建立的密度-密度傳感器輸出信號關(guān)系曲線獲得與第二輸出信號對應(yīng)的密度，以利用質(zhì)量和獲得的密度來計算流體體積。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，針對至少兩個不同密度的流體，測量器從密度傳感器獲取相應(yīng)的至少兩個第二輸出信號，并建立密度-密度傳感器輸出信號關(guān)系曲線。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，該流體計量裝置是基于MEMS技術(shù)的。
全文摘要
公開了一種流體計量方法和裝置，該方法包括在流體流經(jīng)計量裝置時，以預(yù)定采樣周期，從流量傳感器獲取輸出電壓值，從密度傳感器獲取流體的密度信息，根據(jù)質(zhì)量流速-流量傳感器輸出電壓值的關(guān)系曲線，獲得與電壓值對應(yīng)的質(zhì)量流速，并根據(jù)質(zhì)量流速和密度信息，計算當(dāng)前采樣周期上的流體流量和體積。對至少兩個采樣周期期間流經(jīng)計量裝置的流體的總質(zhì)量和/或總體積進行累積，并用累積的總質(zhì)量和/或總體積來更新計量裝置中先前記錄的質(zhì)量和/或體積數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明實施例的流體計量方法和裝置，能夠?qū)崟r地檢測流體的質(zhì)量流速和密度，獲得質(zhì)量和體積，操作簡便，過程清晰，能夠兼容現(xiàn)有體積計量模式，并且便于未來向質(zhì)量計量和熱量計量的新標(biāo)準(zhǔn)拓展。
文檔編號G01F1/86GK103175582SQ20111043305
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者董勝龍, 張連奎, 李國國, 黃忠 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司