一种双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表的制作方法

本发明涉及燃气计量设备，具体地说是一种双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表。

背景技术：

1、超声波燃气表的原理是利用超声波在流体中的传播时间差来测量气体流量，具有无机械磨损、压损小、寿命长、智能化程度高等优点，近年来在民用及工商业燃气计量领域得到了广泛应用。

2、然而现有技术中的超声波燃气表普遍存在以下不足或者缺陷：

3、量程比受限：单通道的超声波燃气表的量程比通常仅为1:160至1:400，难以同时满足微小流量（如0.01m³/h级泄漏检测）和大流量（如工商业高峰用气200m³/h）的精确计量需求。此外当用户用气量波动范围极大时，单通道表在小流量段分辨率不足、大流量段压损急剧增大，计量误差显著超标。

4、小流量计量精度差：为覆盖大流量，当单通道的燃气表需采用大口径测量管时，导致小流量时声路短、信噪比低，最小流量qmin难以做小，无法满足新标准对微流量计量和泄漏监测的要求。

5、大流量压损过大：若采用小口径测量管以提升小流量精度，则在大流量时流速过高、压损急剧增大，这样就不仅影响用户用气压力，还会产生气动噪声，甚至超出标准规定的压力损失限值。

6、多通道方案缺陷：部分现有技术采用电子阀切换双通道结构，但电子阀需要外部供电和控制电路，存在功耗高、可靠性差、阀门卡死等风险，且阀门动作本身会产生压损和流场扰动，影响计量稳定性。另有采用固定并联双通道的方案，但小流量时气体在两通道间分配不确定，导致计量误差大、重复性较差。

7、基于以上原因，本发明设计了一种双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，通过双测量模组并联与磁控压力阀自动切换的结构设计，实现0.01m³/h至200m³/h的超宽量程覆盖，同时保证全量程范围内的计量精度和低压损，且无需外部电控阀门，具备可靠性高、功耗低、成本可控、运行稳定以及安全性高等综合特点。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，通过双测量模组并联与磁控压力阀自动切换的结构设计，实现0.01m³/h至200m³/h的超宽量程覆盖，同时保证全量程范围内的计量精度和低压损，且无需外部电控阀门，具备可靠性高、功耗低、成本可控、运行稳定以及安全性高等综合特点。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，包括表体表壳，进气口，出气口，第一气体流道，第二气体流道，第一测量模组，第二测量模组，磁控压力阀和主控电路板；

3、表体表壳内并联设置有共同连通至进气口与出气口的第一气体流道和第二气体流道，第一气体流道内设置有第一测量模组，第二气体流道内设置有第二测量模组；第二气体流道的进气端设置有磁控压力阀；表体表壳的电子仓内设置有与第一测量模组、第二测量模组电性连接的主控电路板。

4、第一测量模组为小量程超声波测量模组，其最大测量流量为分界流量，其最小测量流量不大于0.01m³/h；第二测量模组为大量程超声波测量模组，其最小测量流量为所述分界流量，所述分界流量用于判定所述磁控压力阀的开启与关闭。

5、第一测量模组的测量管为小口径直通结构，用于提升小流量计量精度；第二测量模组的测量管为大口径直通流道结构，其结构用于降低大流量时的压力损失；

6、第一测量模组与第二测量模组采用时差法测量气体流速；

7、第二测量模组的进气端与出气端均设置有用于消除旋流和流速分布不均的整流器，第二测量模组的测量管流道内径为第一测量模组的测量管流道内径的2～3倍；

8、第一气体流道和第二气体流道的出气端的汇合处设置有混合整流结构，用于使两路气体充分混合后均匀流出，从而避免两路气流相互干扰；

9、第二测量模组当磁控压力阀关闭时保持待机休眠状态，当磁控压力阀开启时被唤醒进入正常测量状态，用于降低整表功耗。

10、磁控压力阀包括阀座、阀芯、永磁体和弹性复位件，永磁体对阀芯施加恒定的磁吸力，弹性复位件对阀芯施加朝向关闭方向的弹性力，磁吸力与弹性力的合力构成磁控压力阀的开启压力阈值；

11、磁控压力阀的开启与关闭以总流量是否大于分界流量作为判定，若大于则开启，若不大于则关闭。

12、当磁控压力阀开启时，主控电路板将第一测量模组和第二测量模组的测量结果累加获取总流量；当磁控压力阀关闭时，则仅计算第一测量模组的测量结果作为总流量。

13、永磁体与阀芯之间的气隙距离可调，通过调整气隙距离改变磁吸力的大小，从而调整开启压力阈值；永磁体为钕铁硼永磁体，弹性复位件为压缩弹簧，磁控压力阀的开启压力与关闭压力之间存在1m³/h～2m³/h流量对应的压力回差，用于避免阀门在切换点附近频繁振荡。

14、主控电路板在磁控压力阀的切换区间内启用切换补偿算法，根据两路流量分配比例和阀门开度特性对总流量进行动态修正，用于消除切换过程中的计量跳变，切换区间为13 m³/h～17m³/h。

15、表体壳体采用铝合金压铸成型；磁控压力阀的结构为无供电的完全机械结构。

16、第一测量模组与第二测量模组根据需求在所述第一气体流道或第二气体流道内进行多模组设置。

17、同现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

18、1.超宽量程比：通过小量程模组（0.01m³/h～15m³/h）与大量程模组（15m³/h～200m³/h）的并联组合，实现0.01m³/h至200m³/h的全范围覆盖，量程比可达1:20000，远超传统单通道超声波燃气表的1:400，可同时满足民用微流量泄漏检测和工商业大流量计量需求。

19、2.全量程高精度：小流量阶段仅第一模组工作，蛇形多折返流道延长声路，小流量信噪比高、分辨率好；大流量阶段双模组同时工作，大口径直通流道压损小，避免了单通道大流量时流速过高导致的误差增大问题。

20、3.纯机械自动切换，可靠性高：磁控压力阀采用永磁体+弹性复位件的纯机械结构，无需外部供电、控制电路和驱动电机，不存在电子阀卡死、功耗高、控制失效等问题，切换动作完全由气体压力自动驱动，可靠性极高，使用寿命与整表同步。

21、4.低压损设计：大流量时第二通道自动开启，有效流通面积翻倍，显著降低整表压损，200m³/h时整表压损可控制在200pa以内，远低于标准限值，保障用户用气压力稳定。

22、5.切换平稳无扰动：磁控压力阀开启后，第一模组仍持续工作，流量测量无中断、无跳变；阀门开启过程为渐变式，不会产生水锤效应和流场剧烈扰动，保证切换前后计量连续稳定。

23、6.防篡改安全性好：磁控压力阀为内置纯机械结构，无法通过外部电磁干扰或软件篡改进行非法调整，提升了燃气表的防窃气安全性。

24、7.成本可控：相比电子阀切换方案，省去了电机、驱动电路和精密控制算法，结构简单、零件数量少，装配和维护成本低，适合批量生产。

1.一种双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，包括表体表壳（1），进气口（2），出气口（3），第一气体流道（4），第二气体流道（5），第一测量模组（6），第二测量模组（7），磁控压力阀（8）和主控电路板（9）；

2.根据权利要求1所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述第一测量模组（6）为小量程超声波测量模组，其最大测量流量为分界流量，，其最小测量流量不大于0.01m³/h；所述第二测量模组（7）为大量程超声波测量模组，其最小测量流量为所述分界流量；所述分界流量用于判定所述磁控压力阀（8）的开启与关闭。

3.根据权利要求2所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述第一测量模组（6）的测量管为小口径直通结构，用于提升小流量计量精度；所述第二测量模组（7）的测量管为大口径直通流道结构，其结构用于降低大流量时的压力损失；

4.根据权利要求2所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述磁控压力阀（8）包括阀座、阀芯、永磁体和弹性复位件，所述永磁体对所述阀芯施加恒定的磁吸力，所述弹性复位件对所述阀芯施加朝向关闭方向的弹性力，所述磁吸力与所述弹性力的合力构成所述磁控压力阀（8）的开启压力阈值；

5.根据权利要求4所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述分界流量为15m³/h。

6.根据权利要求4所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述永磁体与所述阀芯之间的气隙距离可调，通过调整所述气隙距离改变所述磁吸力的大小，从而调整所述开启压力阈值；所述永磁体为钕铁硼永磁体，所述弹性复位件为压缩弹簧，所述磁控压力阀（8）的开启压力与关闭压力之间存在1m³/h～2m³/h流量对应的压力回差，用于避免阀门在切换点附近频繁振荡。

7.根据权利要求1所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述主控电路板（9）在所述磁控压力阀（8）的切换区间内启用切换补偿算法，根据两路流量分配比例和阀门开度特性对总流量进行动态修正，用于消除切换过程中的计量跳变，所述切换区间为13 m³/h～17m³/h。

8.根据权利要求1所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述表体壳体（1）采用铝合金压铸成型；所述磁控压力阀（8）的结构为无供电的完全机械结构。

9.根据权利要求7所述的双模并联与磁控的超宽量程超声波燃气表，其特征在于，所述第一测量模组（6）与第二测量模组（7）根据需求在所述第一气体流道（4）或第二气体流道（5）内进行多模组设置。