今天為大家介紹一項國家發明授權專利——帶沼氣識別功能的超聲波氣體流量計。該專利由武漢億能科創環保技術有限公司申請，并于2017年1月18日獲得授權公告。

內容說明

本實用新型涉及氣體流量測量領域，特別是涉及一種帶沼氣識別功能的超聲波氣體流量計。

發明背景

目前我國正在大力推廣沼氣作為綠色能源，同時國家對使用沼氣進行用氣補貼，因此必須有一種經濟的方法能同時測量沼氣的成分及流量，并能可靠區分所通氣體是沼氣還是空氣。這樣，才能避免騙取沼氣用氣補貼的情況發生。

在專利CN103454344中，提出了一種識別所通氣體是沼氣還是空氣的方法，由于超聲波信號大小與氣體壓力有關，壓力越大信號越大，對于沒有壓力測量裝置的沼氣表，可能會出現沼氣壓力較大時，就認為信號較大，判斷所測氣體為空氣，因此該方法容易受到氣體壓力波動、傳感器老化、傳感器被污染等影響產生誤判，流量計的沼氣識別功能會產生錯誤。

現有技術中，對沼氣的流量和成分等數據，都是單獨測量，測量復雜、設備利用率低，測量精度低，且無法準確的對沼氣進行識別。

發明內容

基于此，有必要提供一種功能多樣化、能同時進行沼氣識別、流量測定、 成分測定、熱值測定、且測量精度高、識別準確度高的帶沼氣識別功能的超聲波氣體流量計。

本實用新型的目的可通過下列技術方案來實現：帶沼氣識別功能的超聲波氣體流量計，包括用于氣體通過的測量管道、安裝于測量管道內用于發射和接收超聲波的第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器、安裝于測量管道上的人機交互系統，還包括用于進行控制以計算氣體流量、成分、熱值和進行沼氣識別的控制系統；所述控制系統包括用于進行控制的單片機、用于驅動第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器發射超聲波信號的驅動模塊、用于對第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器接收到的超聲波信號處理得到電信號的信號處理模塊、用于測量超聲波傳播時間的時間測量模塊、用于計算氣體流量的流量計算模塊、用于計算氣體成分的成分計算模塊、用于技術沼氣熱值的熱值計算模塊、用于識別沼氣的識別模塊，所述單片機控制驅動模塊以發射超聲波信號，所述信號處理模塊將電信號傳送至單片機，所述時間測量模塊將時間信號傳送至單片機，所述單片機根據電信號和時間信號，控制流量計算模塊計算氣體流量，成分計算模塊根據氣體流量計算成分，識別模塊根據成分計算模塊計算出的沼氣濃度來判斷所通氣體是否為沼氣，人機交互系統顯示氣體流量信息、成分信息和識別結果。

對上述技術方案的進一步改進為，所述第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器的連線長度為L，第一超聲波傳感器的軸線和第二超聲波傳感器的軸線與測量管道軸線之間的夾角均為θ，測量管道的直徑為D。所述識別模塊包括判斷單元和連接于判斷單元用于測定沼氣中CH4濃度的濃度測量單元，所述判斷單元根據濃度測量單元測得的CH4濃度來判斷所通氣體是否為沼氣。所述識別模塊包括判斷單元和存儲有若干種用氣模型的儲存單元，所述判斷單元將用氣行為與儲存單元內的用氣模型進行對比來判斷所通氣體是否為沼氣。所述識別模塊為紅外CH4傳感器。

本實用新型的有益效果為：本實用新型中，在控制系統的作用下，第一超聲波傳感器發射超聲波信號，第二超聲波傳感器接收超聲波信號，控制系統將這些超聲波信號轉換為電信號并計算出氣體流量、成分、熱值，判斷所通氣體是否為沼氣，再通過人機交互系統實時顯示。一方面，本實用新型能同時實時測量流量、成分，進行沼氣識別，功能多樣化，設備利用率高，第二方面，采用超聲波傳感器發射接收信號，并對信號進行處理來進行測量，成本低，測量精度高。

控制系統包括用于進行控制的單片機、用于驅動第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器發射超聲波信號的驅動模塊、用于對第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器接收到的超聲波信號處理得到電信號的信號處理模塊、用于測量超聲波傳播時間的時間測量模塊、用于計算氣體流量的流量計算模塊、用于計算氣體成分的成分計算模塊、用于技術沼氣熱值的熱值計算模塊、用于識別沼氣的識別模塊，所述單片機控制驅動模塊以發射超聲波信號，所述信號處理模塊將電信號傳送至單片機，所述時間測量模塊將時間信號傳送至單片機，所述單片機根據電信號和時間信號，控制流量計算模塊計算氣體流量，成分計算模塊根據氣體流量計算成分，識別模塊根據成分計算模塊計算出的沼氣濃度來判斷所通氣體是為沼氣，人機交互系統顯示氣體流量信息、成分信息、熱值信息和識別結果。在驅動模塊作用下，第一超聲波傳感器發射超聲波時，第二超聲波傳感器接收超聲波，第二超聲波傳感器發射超聲波時，第一超聲波傳感器接收超聲波，第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器將接收的超聲波信號傳送至信號處理模塊，經放大后將超聲波信號轉換為電信號，再反饋至單片機，同時，時間測量模塊將時間信號傳遞至單片機，單片機根據電信號和時間信號，控制流量計算模塊計算氣體流量。控制系統對第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器接收的超聲波信號的處理效率高，使得測得的氣體參數精度高，且采用此種控制系統，使得只需采用兩個超聲波傳感器就能同時得到氣體的流量和成分，降低了整體測量成本。

第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器的連線長度為L，第一超聲波傳感器的軸線和第二超聲波傳感器的軸線與測量管道軸線之間的夾角均為θ，測量管道的直徑為D。

此外，識別模塊包括判斷單元和連接于判斷單元用于測定沼氣中CH4濃度的濃度測量單元，所述判斷單元根據濃度測量單元測得的CH4濃度來判斷所通氣體是否為沼氣，預先設定，當濃度測量單元測得的CH4濃度為50％-70％，判斷單元將此氣體判定為沼氣，當濃度測量單元測得的CH4濃度在50％-70％范圍之外時，判斷單元將此氣體判定為空氣結構簡單、識別精度高。

識別模塊包括判斷單元和存儲有若干種用氣模型的儲存單元，所述判斷單元將用氣行為與儲存單元內的用氣模型進行對比來判斷所通氣體是否為沼氣。儲存單元內實現儲存有若干種用氣模型，如一種用氣模型為，用戶會在做飯時用氣，因此集中在三個時間段，處于這三個時間段的用氣行為，判 斷單元將其判斷為沼氣，處于這三個時間段之外的用氣行為，判斷單元將其判斷為空氣。另一種用氣模型為，由于正常用氣時用氣流量波動范圍較大，因此當用氣流量持續固定或這用氣流量在幾個固定流量值附件變化時，此時不是正常用氣行為，當用氣行為為用氣流量持續固定或這用氣流量在幾個固定流量值附件變化時，判斷單元將其判定為空氣，其余情況判定為沼氣。本實施例中，采用軟件算法，不增加硬件成本的前提下實現沼氣的正確識別。

識別模塊為紅外CH4傳感器，紅外CH4傳感器能直接感應CH4的存在，直接區分所通氣體為CH4或空氣，成本低，識別準確。