燃氣質(zhì)量測量裝置制造方法
【專利摘要】一種燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設有高精度的電子天平，在電子天平上裝有樣品支架，在樣品支架上設有燃氣罐升降裝置和參比罐升降裝置，在燃氣罐升降裝置和參比罐升降裝置上設有燃氣罐和參比罐；在密閉腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器；燃氣罐通過細徑柔性氣體管路和四通閥與燃氣鋼瓶、真空泵和熱量計分別連接，在細徑柔性氣體管路上裝有氣壓計；電子天平、溫度濕度壓力傳感器、四通閥、真空泵和熱量計均與工業(yè)控制計算機電連接。本發(fā)明的優(yōu)點是，測量結(jié)果準確性好，不確定度小。
【專利說明】燃氣質(zhì)量測量裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣熱值測量設備領域，更具體的涉及一種測量燃氣質(zhì)量的裝置。
【背景技術】
[0002]天然氣、煤氣、液化氣、煤層氣和生物質(zhì)氣等燃氣的熱值測量方法包括在線氣相色譜法和氣體熱量計法兩類。
[0003]氣體熱量計通過直接燃燒燃氣測量燃氣熱值。常見的氣體熱量計有兩種，即水流式氣體熱量計和Culter-Hammer氣體熱量計。水流式氣體熱量計利用水流吸熱方式來測定熱值，即燃氣在恒定壓力下進入本生燈連續(xù)燃燒，釋放出熱量；在熱量計內(nèi)與連續(xù)恒溫水流進行充分的熱交換使水流溫度升高；最后可以根據(jù)固定時間內(nèi)流過熱量計的水的質(zhì)量、溫升、比熱以及燃氣的體積來計算燃氣熱值。
[0004]Culter-Hammer熱量計則利用空氣吸熱方式來測定熱值，即燃氣連續(xù)燃燒釋放出熱量，在熱量計內(nèi)與連續(xù)空氣流進行充分的熱交換使空氣流溫度升高；最后可以根據(jù)固定時間內(nèi)流過熱量計的空氣的體積、溫升、比熱以及燃氣的體積來計算燃氣的熱值。
[0005]上述兩種熱量計采用氣體流量計測定燃氣的體積，測量不確定度在(0.1%?
0.4% )范圍內(nèi)。根據(jù)體積換算燃氣質(zhì)量，則燃氣質(zhì)量的測量不確定度在(0.1%?0.4% )范圍內(nèi)。燃氣質(zhì)量測定的不確定度較大，制約了燃氣熱值測量結(jié)果的準確性。
[0006]除了上述兩種常見的連續(xù)燃燒熱量計，還有一種間歇燃燒的氧彈式氣體熱量計。在氧彈式氣體熱量計中，燃氣和氧氣被密閉的氧彈中，點火燃燒后熱量被氧彈及其周圍的水吸收，最后可以根據(jù)氧彈熱量計的熱容量和燃氣的體積計算燃氣的熱值。氧彈式氣體熱量計用水替代法測量燃氣體積，該方法存在系統(tǒng)誤差，估計體積測量不確定度在(0.1%?
0.2% )范圍內(nèi)，亦即質(zhì)量測量不確定度在(0.1 %?0.2% )范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種準確測量參與燃燒的燃氣質(zhì)量的裝置，用于高精度氣體熱量計測量燃氣熱值時燃氣質(zhì)量的測定。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0009]一種燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設有高精度的電子天平，在電子天平上裝有樣品支架，在樣品支架上設有燃氣罐升降裝置和參比罐升降裝置，在燃氣罐升降裝置和參比罐升降裝置上設有燃氣罐和參比罐；在密閉腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器；燃氣罐通過細徑柔性氣體管路和四通閥與燃氣鋼瓶、真空泵和熱量計分別連接，在細徑柔性氣體管路上裝有氣壓計；電子天平、溫度濕度壓力傳感器、四通閥、真空泵和熱量計均與工業(yè)控制計算機電連接。
[0010]所述的高精度電子天平，最大稱樣量不小于200g，質(zhì)量測量分辨率不大于
0.0lmg ;所述的電子天平用于稱量燃氣罐和參比罐的質(zhì)量，根據(jù)燃氣釋放前、后燃氣罐質(zhì)量之差，計算從燃氣罐釋放出來、參與燃燒的燃氣的質(zhì)量。[0011]所述的燃氣罐，球型，由壁厚為1.5mm的不銹鋼制成；燃氣罐儲存燃氣，壓力在(1.5 X IO6Pa?2.4X IO6Pa)范圍內(nèi)；燃氣罐底部由細徑柔性氣體管路與四通閥相連；所述的參比罐，球型，由壁厚為1.5mm的不銹鋼制成，體積與燃氣罐體積相同，底部連接細徑柔性氣體管路。
[0012]所述的樣品支架，放置在高精度電子天平的稱量臺上，用于支撐燃氣罐或參比罐，以實現(xiàn)燃氣罐或參比罐的質(zhì)量測量。燃氣罐升降裝置，用于升起或降落燃氣罐，當升起燃氣罐時，燃氣罐與樣品支架沒有接觸，當降落燃氣罐時，燃氣罐落在樣品支架上，可以稱量其質(zhì)量；參比罐升降裝置，用于升起或降落參比罐，當升起參比罐時，參比罐與樣品支架沒有接觸，當降落參比罐時，參比罐落在樣品支架上，可以稱量其質(zhì)量。
[0013]所述的密閉腔體，由不銹鋼制成，其長寬高為600mmX600mmX600mm，其正面有帶
觀察窗的平開門；密閉腔體放置在隔振臺上；密閉腔體內(nèi)放置高精度電子、樣品支架、燃氣罐、參比罐和溫度濕度壓力傳感器等。
[0014]所述的溫度濕度壓力傳感器，用于測量密閉腔體內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力，用于計算空氣密度；溫度濕度壓力傳感器與計算機連接，可向計算機傳遞實時溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)。
[0015]所述的氣壓計，安裝在燃氣罐通向四通閥的細徑柔性氣體管路上，用于測量管路內(nèi)氣體壓力；所述的細徑柔性氣體管路，其內(nèi)徑不大于1.5mm，非金屬材料制成，耐壓超過3X IO6Pa ;所述的四通閥，同時連接燃氣罐、燃氣鋼瓶、氣體熱量計和真空泵。
[0016]所述燃氣鋼瓶，體積為40L，儲存可燃性純氣體或混合氣體，氣體壓力在(3 X IO6Pa?1.5 X IO7Pa);所述的氣體熱量計，為間歇燃燒氣體熱量計；所述的真空泵，由分子泵和機械泵串聯(lián)組成，可將燃氣罐抽真空至氣壓小于lX10_5Pa。
[0017]所述工業(yè)控制計算機，用于控制四通閥和真空泵的開關，用于采集高精度電子天平、溫度濕度壓力傳感器、氣壓計和氣體熱量計測量數(shù)據(jù)，用于計算氣體密度和燃氣罐釋放出來的、參與燃燒的燃氣的質(zhì)量。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點是，結(jié)構簡單，操作方便，測量結(jié)果準確性好，不確定度小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是燃氣質(zhì)量測量裝置的結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1，本發(fā)明一種燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設有高精度的電子天平2，在電子天平2上裝有樣品支架3，在樣品支架3上設有燃氣罐升降裝置6和參比罐升降裝置4，在燃氣罐升降裝置6和參比罐升降裝置4上設有燃氣罐8和參比罐5 ；在密閉腔體9內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器7 ;燃氣罐8通過細徑柔性氣體管路和四通閥11與燃氣鋼瓶12、真空泵14和熱量計13分別連接，在細徑柔性氣體管路上裝有氣壓計10 ;電子天平2、溫度濕度壓力傳感器7、四通閥11、真空泵14和熱量計13均與工業(yè)控制計算機I電連接。
[0021]所述的高精度電子天平2，最大稱樣量不小于200g，質(zhì)量測量分辨率不大于
0.0lmg ;所述的電子天平2用于稱量燃氣罐8和參比罐5的質(zhì)量，根據(jù)燃氣釋放前、后燃氣罐質(zhì)量之差，計算從燃氣罐釋放出來、參與燃燒的燃氣的質(zhì)量。
[0022]所述的燃氣罐8為球形，由壁厚為1. 5mm的不銹鋼制成；燃氣罐8儲存燃氣，壓力 在（1.5X106Pa?2.4X106Pa)范圍內(nèi)；燃氣罐8的底部由細徑柔性氣體管路與四通閥11 相連；所述的參比罐5為球形，由壁厚為1. 5mm的不銹鋼制成，體積與燃氣罐8的體積相同， 底部連接細徑柔性氣體管路。
[0023]所述的樣品支架3，放置在高精度電子天平2的稱量臺上，用于支撐燃氣罐8或參 比罐5，以實現(xiàn)燃氣罐8或參比罐5的質(zhì)量測量。燃氣罐升降裝置6，用于升起或降落燃氣 罐8，當升起燃氣罐8時，燃氣罐8與樣品支架3沒有接觸，當降落燃氣罐8時，燃氣罐8落 在樣品支架3上，可以稱量其質(zhì)量；參比罐升降裝置4，用于升起或降落參比罐5，當升起參 比罐5時，參比罐5與樣品支架3沒有接觸，當降落參比罐5時，參比罐5落在樣品支架3 上，可以稱量其質(zhì)量。
[0024]所述的密閉腔體9，由不銹鋼制成，其長寬高為600mmX600mmX600mm，其正面有
帶觀察窗的平開門；密閉腔體9放置在隔振臺（未圖示）上；密閉腔體9內(nèi)放置高精度電子 天平2、樣品支架3、燃氣罐8、參比罐5和溫度濕度壓力傳感器7等。
[0025]所述的溫度濕度壓力傳感器7，用于測量密閉腔體9內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力， 用于計算空氣密度；溫度濕度壓力傳感器7與計算機1連接，可向計算機1傳遞實時溫度、 濕度和壓力數(shù)據(jù)。
[0026]所述的氣壓計13，安裝在燃氣罐8通向四通閥11的細徑柔性氣體管路上，用于測 量管路內(nèi)氣體壓力；所述的細徑柔性氣體管路，其內(nèi)徑不大于1. 5mm，非金屬材料制成，耐 壓超過3X106Pa ;所述的四通閥11，其四端分別連接燃氣罐8、燃氣鋼瓶12、氣體熱量計13 和真空泵14，根據(jù)需要在各路之間轉(zhuǎn)換（由計算機1自動控制）。
[0027]所述燃氣鋼瓶12，體積為40L，儲存可燃性純氣體或混合氣體，氣體壓力在 (3X106Pa?1.5X107Pa);所述的氣體熱量計13，為間歇燃燒氣體熱量計；所述的真空泵 14，由分子泵和機械泵串聯(lián)組成，可將燃氣罐抽真空至氣壓小于IX 10_5Pa。
[0028]所述工業(yè)控制計算機1，用于控制四通閥11和真空泵14的開關，用于采集高精度 電子天平2、溫度濕度壓力傳感器7、氣壓計10和氣體熱量計13測量數(shù)據(jù)，用于計算氣體密 度和燃氣罐釋放出來的、參與燃燒的燃氣的質(zhì)量。
[0029]本發(fā)明的核心是提供了一種燃氣質(zhì)量測量裝置，能夠有效提高燃氣質(zhì)量測量結(jié)果 的準確性。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體工作過程和原理加以說明。
[0030]首先，溫度濕度壓力傳感器7測定密閉腔體9內(nèi)的空氣溫度⑴、濕度（h)和大氣 壓力（P)，數(shù)據(jù)傳輸給工業(yè)控制計算機1，按照如下公式計算空氣密度。
[0031]Pw=~： P~c2hexp(AT2+BT + C + Y-)(1)
[0032]式中：pair-空氣密度，mg/cm3 ；
[0033]P-密閉腔體內(nèi)大氣壓力，Pa ；
[0034]T——密閉腔體內(nèi)空氣溫度，K ；
[0035]h——相對濕度，％ ;
[0036]Cl、c2-參數(shù)，Cl = 3. 48488 X 1(T3，c2 = 0. 37952 ；
[0037]A、B、C 和 D-均為參數(shù)，A = 1. 23788 X 1(T5，B = _1. 91213 X 1(T2，C = 33. 93711，D = -6.34316X 103。
[0038]在測量過程中，空氣溫度、濕度和大氣壓力的變化較小，空氣密度變化也較小，因此可以在測量質(zhì)量的過程中取多次空氣密度測量結(jié)果的平均值作為空氣密度值。在測量過程中，每一次升降參比罐升降裝置4或樣品罐升降裝置6，都需要開啟密閉腔體，進行手動操作，操作后關閉腔體，讀取天平，溫度濕度壓力傳感器和氣壓計的讀數(shù)；密閉腔體的主要作用是，保證天平周圍環(huán)境無空氣流動干擾，保證溫度，壓力和濕度的相對穩(wěn)定。
[0039]其次，用質(zhì)量已知的砝碼標定高精度電子天平2的斜率(e)。降下參比罐升降裝置4，將參比罐5降落在樣品支架3 (樣品支架3安放在天平2的樣品盤上，有上下兩層，上層放置樣品罐(即燃氣罐8)，下層放置參比罐5)上，待天平示數(shù)穩(wěn)定后，使天平讀數(shù)歸零；然后在天平上加上一個質(zhì)量為1.0OOg的砝碼，待天平穩(wěn)定后讀取天平示數(shù)(m)。天平的斜率(即1.0OOg的砝碼產(chǎn)生的斜率)按如下公式計算:
【權利要求】
1.一種燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，在密閉腔體內(nèi)設有高精度的電子天平，在電子天平上裝有樣品支架，在樣品支架上設有燃氣罐升降裝置和參比罐升降裝置，在燃氣罐升降裝置和參比罐升降裝置上設有燃氣罐和參比罐；在密閉腔體內(nèi)裝有溫度濕度壓力傳感器；燃氣罐通過細徑柔性氣體管路和四通閥與燃氣鋼瓶、真空泵和熱量計分別連接，在細徑柔性氣體管路上裝有氣壓計；電子天平、溫度濕度壓力傳感器、四通閥、真空泵和熱量計均與工業(yè)控制計算機電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的電子天平的最大稱樣量不小于200g，質(zhì)量測量分辨率不大于0.0lmg ;所述的電子天平用于稱量燃氣罐和參比罐的質(zhì)量，根據(jù)燃氣釋放前、后燃氣罐質(zhì)量之差，由工業(yè)控制計算機計算從燃氣罐釋放出來、參與燃燒的燃氣的質(zhì)量。
3.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的燃氣罐和參比罐為球形，由壁厚為1.5mm的不銹鋼制成，兩者體積相同；燃氣罐儲存燃氣，壓力在1.5 X IO6Pa?2.4X IO6Pa范圍內(nèi)；燃氣罐底部由細徑柔性氣體管路與四通閥相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的樣品支架放置在高精度電子天平的稱量臺上，用于支撐燃氣罐或參比罐，以實現(xiàn)燃氣罐或參比罐的質(zhì)量測量; 所述的燃氣罐升降裝置用于升起或降落燃氣罐，當升起燃氣罐時，燃氣罐與樣品支架沒有接觸，當降落燃氣罐時，燃氣罐落在樣品支架上，可以稱量其質(zhì)量； 所述的參比罐升降裝置，用于升起或降落參比罐，當升起參比罐時，參比罐與樣品支架沒有接觸，當降落參比罐時，參比罐落在樣品支架上，可以稱量其質(zhì)量。
5.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的密閉腔體由不銹鋼制成，其長寬高為600mmX600mmX 600mm，其正面有帶觀察窗的平開門；密閉腔體放置在隔振臺上。
6.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的溫度濕度壓力傳感器用于測量密閉腔體內(nèi)空氣的溫度、濕度和壓力；并向計算機傳遞測量的實時溫度、濕度和壓力數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的氣壓計安裝在燃氣罐通向四通閥的細徑柔性氣體管路上，用于測量管路內(nèi)氣體壓力；所述的細徑柔性氣體管路其內(nèi)徑不大于1.5mm，非金屬材料制成，耐壓超過3X IO6Pa;所述的四通閥為三位四通閥，能夠分別在燃氣罐與燃氣鋼瓶、氣體熱量計或真空泵之間轉(zhuǎn)換。
8.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述的燃氣鋼瓶的體積為40L，儲存可燃性純氣體或混合氣體，氣體壓力在3 X IO6Pa?1.5 X IO7Pa ;所述的氣體熱量計為間歇燃燒氣體熱量計；所述的真空泵由分子泵和機械泵串聯(lián)組成，能夠?qū)⑷細夤蕹檎婵罩翚鈮盒∮趌Xl(T5Pa。
9.根據(jù)權利要求1所述的燃氣質(zhì)量測量裝置，其特征在于，所述工業(yè)控制計算機用于控制四通閥和真空泵的開關，用于采集電子天平、溫度濕度壓力傳感器、氣壓計和氣體熱量計測量數(shù)據(jù)，用于計算氣體密度和燃氣罐釋放出來的、參與燃燒的燃氣的質(zhì)量。
【文檔編號】G01G17/04GK103487121SQ201310398735
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權日:2013年9月5日
【發(fā)明者】王海峰, 李佳, 孫國華, 宋小平 申請人:中國計量科學研究院