一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表的制作方法

1.本发明涉及一种燃气表技术领域，具体是一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表。


背景技术：

2.燃气表的外面只能看到小玻璃窗里有个带数码的滚轮，滚轮上也有七位数字，小数点前四位黑色，后三位红色，人们日常做饭用的燃料已经从木柴、煤等资源浪费严重、污染严重的常规能源转变为天然气和煤气，甚至是电等清洁能源了。在这里燃气表就要发挥其作用了，它的自动累计功能，使得那些使用天然气或管道煤气的人家，可以方便地知道用了多少燃气，以便能按照每月消耗燃气的立方米数缴费。
3.为了能够与现阶段的网络水平相适应，且为了能够对燃气表进行远程管理，本发明提供一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表，包括表壳和通信计费控制系统，所述表壳的内部固定安装有电机阀，所述表壳的一端设置有进气管，且表壳的另一端设置有排气管，所述电机阀的一侧固定安装有超声波探头a，且电机阀的另一侧固定安装有超声波探头b；所述通信计费控制系统包括有液晶电子计数器、控制器、信号接收模块、计算模块、反馈模块、信号输出模块和通讯模块；所述表壳的顶部固定安装有相匹配的表盖，所述表盖的内部固定安装有印刷电路板，且表盖上开设有观察窗。
7.作为本发明进一步的方案：所述燃气表的最大允许误差为
±
1.5％，且燃气表的工作压力为0.5-20kpa，所述燃气表的工作环境温度为-10℃-40℃，且燃气表的工作环境湿度为≤93％rh。
8.作为本发明再进一步的方案：所述燃气表采用g2.5规格，且燃气表采用uart-ttl外部接口。
9.作为本发明再进一步的方案：所述燃气表采用超声波时差法测量气体流量的燃气表，超声波时差法是利用超声波在燃气介质中顺流方向和逆流方向的时间差与燃气的平均流速成正比，通过计算超声波的传播时间差与传播距离的关系计算得到燃气流速，由流速与声道在燃气表管道截面积的乘积即可获得到燃气的流量；
10.燃气表超声波顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是：
11.[0012][0013]
式中：
[0014]
t
down
(t
ab
) 超声波在燃气中顺流传播的时间，s；
[0015]
t
up
(t
ba
) 超声波在燃气中逆流传播的时间，s；
[0016]
l 声道长度，m；
[0017]cf 声波在燃气中传播的速度，m/s；
[0018]vm 燃气的平均速度，m/s；
[0019]
φ 声道角，
°
；
[0020]
根据公式(1)和公式(2)可推算出燃气的平均速度为：
[0021][0022]
根据封闭管道中燃气的平均速度vm与声道横截面面积s关系，则可得到瞬时流量：
[0023]
q＝3600
×
vm×sꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]
式中：
[0025]sꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
声道横截面面积，m2；
[0026]qꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
瞬时流量，m3/h。
[0027]
作为本发明再进一步的方案：所述液晶电子计数器、控制器、信号接收模块、计算模块、反馈模块、信号输出模块和通讯模块分别固定安装在印刷电路板上，所述印刷电路板上固定安装有锂电池，所述锂电池的额定电压为.v，且锂电池用于为液晶电子计数器、电机阀、超声波探头a、超声波探头b、控制器、信号接收模块、计算模块、反馈模块、信号输出模块和通讯模块提供电能。
[0028]
作为本发明再进一步的方案：所述超声波探头a和超声波探头b的输出端与信号接收模块的输入端连接，所述信号接收模块的输出端与计算模块的输入端连接，所述计算模块的输出端于反馈模块的输入端连接，所述反馈模块的输出端与控制器的输入端连接，所述反馈模块的输出端与信号输出模块的输入端连接，所述信号输出模块的输出端分别与通讯模块和电机阀的输入端连接，所述控制器与通讯模块连接。
[0029]
作为本发明再进一步的方案：所述信号接收模块用于接收超声波探头a和超声波探头b的信号，所述计算模块用于超声波时差法测量气体流量。
[0030]
作为本发明再进一步的方案：所述信号输出模块用于输出燃气参数信息和控制电机阀工作状态。
[0031]
作为本发明再进一步的方案：所述通讯模块无线连接有预付费功能软件，所述预付费功能软件用于充值和显示剩余燃气费，所述通讯模块基于物联网通信mqtt协议。
[0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0033]
1、采用i/q正交误差补偿，全流量区域测量精度可实现0.3％，中大流量区域测量精度可达1％；
[0034]
2、采用g2.5规格能覆盖模式表的g1.6、g2.5、g4三个量程，只需做一种基表，统一规格，减少库存，提升效率；
[0035]
3、采用uart-ttl外部接口，可输出标况瞬时流量、标况累计流量、工况瞬时流量、工况累计流量温度、压力等数据，给表端预付费功能提供依据；
[0036]
4、通过高精度计量、温压补偿功能、防磁干扰、计量自诊断、防窃气功能，减少气损，异常关阀，提高安全防范和经济效益；
[0037]
5、基于物联网通信mqtt协议将数据传输到服务端进行数据解析，用气分析，阶梯气价，在线充值，远程管理。
附图说明
[0038]
图1为一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表的结构示意图。
[0039]
图2为一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表中表壳的一个内部图。
[0040]
图3为一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表中表壳的另一个内部图。
[0041]
图4为一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表中通信计费控制系统的系统框图。
[0042]
图5为一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表中时差法的原理示意图。
[0043]
图中标记：1、表壳；2、表盖；3、进气管；4、排气管；5、观察窗；6、液晶电子计数器；7、印刷电路板；8、电机阀；9、超声波探头a；10、超声波探头b；11、控制器；12、信号接收模块；13、计算模块；14、反馈模块；15、信号输出模块；16、通讯模块。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
请参阅图1～4，本发明一些实施例中，一种高精度数字技术物联网通信超声波燃气表，包括表壳1和通信计费控制系统，表壳1的内部固定安装有电机阀8，表壳1的一端设置有进气管3，且表壳1的另一端设置有排气管4，电机阀8的一侧固定安装有超声波探头a9，且电机阀8的另一侧固定安装有超声波探头b10；通信计费控制系统包括有液晶电子计数器6、控制器11、信号接收模块12、计算模块13、反馈模块14、信号输出模块15和通讯模块16；表壳1的顶部固定安装有相匹配的表盖2，表盖2的内部固定安装有印刷电路板7，且表盖2上开设有观察窗5。
[0046]
本发明一些实施例中，燃气表的最大允许误差为
±
1.5％，且燃气表的工作压力为0.5-20kpa，燃气表的工作环境温度为-10℃-40℃，且燃气表的工作环境湿度为≤93％rh，该燃气具有表温压补偿功能、防磁干扰、计量自诊断、防窃气功能，燃气表采用g2.5规格，能覆盖模式表的g1.6、g2.5、g4三个量程，只需做一种基表，统一规格，减少库存，提升效率；且燃气表采用uart-ttl外部接口，可输出标况瞬时流量、标况累计流量、工况瞬时流量、工况累计流量温度、压力等数据，给表端预付费功能提供依据。
[0047]
本发明一些实施例中，请参阅图5，燃气表采用超声波时差法测量气体流量的燃气表，超声波时差法是利用超声波在燃气介质中顺流方向和逆流方向的时间差与燃气的平均流速成正比，通过计算超声波的传播时间差与传播距离的关系计算得到燃气流速，由流速
与声道在燃气表管道截面积的乘积即可获得到燃气的流量；
[0048]
燃气表超声波顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是：
[0049][0050][0051]
式中：
[0052]
t
down
(t
ab
) 超声波在燃气中顺流传播的时间，s；
[0053]
t
up
(t
ba
) 超声波在燃气中逆流传播的时间，s；
[0054]
l 声道长度，m；
[0055]cf 声波在燃气中传播的速度，m/s；
[0056]vm 燃气的平均速度，m/s；
[0057]
φ 声道角，
°
；
[0058]
根据公式(1)和公式(2)可推算出燃气的平均速度为：
[0059][0060]
根据封闭管道中燃气的平均速度vm与声道横截面面积s关系，则可得到瞬时流量：
[0061]
q＝3600
×
vm×sꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0062]
式中：
[0063]sꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
声道横截面面积，m2；
[0064]qꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
瞬时流量，m3/h
[0065]
本发明一些实施例中，液晶电子计数器6、控制器11、信号接收模块12、计算模块13、反馈模块14、信号输出模块15和通讯模块16分别固定安装在印刷电路板7上，印刷电路板7上固定安装有锂电池，锂电池的额定电压为3.6v，且锂电池用于为液晶电子计数器6、电机阀8、超声波探头a9、超声波探头b10、控制器11、信号接收模块12、计算模块13、反馈模块14、信号输出模块15和通讯模块16提供电能，超声波探头a9和超声波探头b10的输出端与信号接收模块12的输入端连接，信号接收模块12的输出端与计算模块13的输入端连接，计算模块13的输出端于反馈模块14的输入端连接，反馈模块14的输出端与控制器11的输入端连接，反馈模块14的输出端与信号输出模块15的输入端连接，信号输出模块15的输出端分别与通讯模块16和电机阀8的输入端连接，控制器11与通讯模块16连接，信号接收模块12用于接收超声波探头a9和超声波探头b10的信号，计算模块13用于超声波时差法测量气体流量，信号输出模块15用于输出燃气参数信息和控制电机阀工作状态，通信计费控制系统能够顺利且顺畅的运行。
[0066]
本发明一些实施例中，通讯模块16无线连接有预付费功能软件，预付费功能软件用于充值和显示剩余燃气费，可有效及时的进行燃气费用查询及充值，通讯模块16基于物联网通信mqtt协议，将数据传输到服务端进行数据解析，用气分析，阶梯气价，在线充值，远程管理。
[0067]
本发明的工作原理是：在使用过程中，信号接收模块12接收超声波探头a9和超声
波探头b10的信号，并将信号传递给计算模块13,计算模块13通过超声波时差法测量气体流量，通过反馈模块14反馈至控制器11,控制器11通过信号输出模块15将气体流量通过液晶电子计数器6进行展现，通过通讯模块16连接预付费功能软件，并通过控制器11和信号输出模块15将剩余燃气费显示在液晶电子计数器6上，当燃气费使用完后，控制器11将信息传递给信号输出模块15,信号输出模块15控制电机阀8关闭，直至缴纳燃气费后，再控制电机阀8打开，恢复供气继续使用；采用i/q正交误差补偿，全流量区域测量精度可实现0.3％，中大流量区域测量精度可达1％；采用g2.5规格能覆盖模式表的g1.6、g2.5、g4三个量程，只需做一种基表，统一规格，减少库存，提升效率；采用uart-ttl外部接口，可输出标况瞬时流量、标况累计流量、工况瞬时流量、工况累计流量温度、压力等数据，给表端预付费功能提供依据；通过高精度计量、温压补偿功能、防磁干扰、计量自诊断、防窃气功能，减少气损，异常关阀，提高安全防范和经济效益；基于物联网通信mqtt协议将数据传输到服务端进行数据解析，用气分析，阶梯气价，在线充值，远程管理。
[0068]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。