專利名稱：微量氣體流量計及流量測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體流量測量領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠精確測量微量氣體的流量計及其測量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的氣體流量計大都是介入式，例如差壓式、速度式、容積式、渦街、超聲振子、熱式等樣式的流量計，需要將節(jié)流件、渦輪或旋轉(zhuǎn)體等置于待測氣體的通道內(nèi)，不僅操作復(fù)雜，而且直接接觸待測氣體必然會受到一定程度的腐蝕、堵塞等，進而影響到介入件的靈敏度，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確；且，現(xiàn)有的氣體流量計只能測量具有一定流速或溫度的大量氣體，而對于流速較慢的微量氣體(如I小時內(nèi)僅流通共I毫升氣體)，無法驅(qū)使介入件發(fā)生動作或反映，因此達不到測量的效果。目前，在實驗室放氣化學(xué)反應(yīng)、微生物產(chǎn)氣量分析、檢測密封產(chǎn)品的泄漏、煤層氣體釋放、頁巖氣體釋放等作業(yè)環(huán)境下，所產(chǎn)生氣體普遍具有量少、速度慢檢測時間長、檢測氣體有腐蝕、有污染、有粉塵等特點，顯然，利用現(xiàn)有的氣體流量計難以準(zhǔn)確的完成上述測量作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種微量氣體流量計和測量微量氣體的方法，能夠在不介入氣體通道的前提下，準(zhǔn)確的測得微量氣體的流量。( 二 )技術(shù)方案為實現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提供了一種微量氣體流量計，包括固定腔體，所述固定腔體內(nèi)通過第一彈性隔膜分隔成第一儲氣室和第一儲液室，所述第一儲氣室分別連通一排氣管和一氣泵；稱重腔體，所述稱重腔體內(nèi)通過第二彈性隔膜分隔成第二儲氣室和第二儲液室，所述第二儲氣室分別連通一采樣管和一收集管，所述第二儲液室連通第一儲液室；稱重傳感器，所述稱重傳感器連接稱重腔體，用于測量所述稱重腔體的重量。 優(yōu)選的，所述第二儲液室和第一儲液室之間由連通管相連通。優(yōu)選的，所述第一儲液室和第二儲液室分別儲有液體。優(yōu)選的，所述排氣管上設(shè)置有第一切換閥，所述氣泵上設(shè)置有第二切換閥，所述收集管上設(shè)置有第三切換閥，所述采樣管上設(shè)置有第四切換閥。優(yōu)選的，還包括變送器、處理器和顯示屏，所述顯示屏連接處理器，所述處理器通過變送器與所述稱重傳感器電連接。優(yōu)選的，還包括溫度傳感器和壓力傳感器，所述溫度傳感器和壓力傳感器分別連接所述變送器。一種如上所述的流量計測量微量氣體的方法，包括如下步驟
步驟1、準(zhǔn)備-開啟第二切換閥和第三切換閥，閉合第一切換閥和第四切換閥，啟動氣泵往第一儲氣室內(nèi)充氣，所述第一儲氣室膨脹壓迫第一儲液室內(nèi)的液體由連通管流入第二儲液室，并迫使第二儲氣室內(nèi)的氣體由收集管排出，第二儲液室內(nèi)液面高于第一儲液室時關(guān)閉氣泵；步驟2、連接-將采樣管接入待測設(shè)備后，首先閉合第二切換閥和第三切換閥，然后開啟第一切換閥，待第二儲液室和第一儲液室的液位差穩(wěn)定后，所述稱重傳感器測得此時稱重腔體的重量值，該重量值經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換信號后輸入至處理器；步驟3、測量-開啟第四切換閥，若相關(guān)設(shè)備逸出氣體，所述氣體在自身氣壓和所述液位差的作用下，由采樣管進入第二儲氣室內(nèi)，致使第二儲液室內(nèi)的部分液體受壓流入第一儲液室，在第二儲液室和第一儲液室的液位差變化過程中，所述稱重傳感器即時測量稱重腔體的重量值，所測的重量值經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換信號后輸入至處理器，所述處理器對所測重量值進行計算處理并形成重量值變化曲線，并將處理結(jié)果及曲線圖顯示于顯示屏上，當(dāng)?shù)诙σ菏液偷谝粌σ菏业囊何徊罘€(wěn)定后，測量完成。 優(yōu)選的，還包括:步驟4、回收一測量結(jié)束后，閉合第一切換閥和第四切換閥，開啟第二切換閥和第三切換閥，啟動氣泵往第一儲氣室內(nèi)充氣，由所述收集管處回收被測氣體。優(yōu)選的，所述步驟I和4中，第二儲氣室內(nèi)的氣體被全部排凈后再關(guān)閉氣泵。優(yōu)選的，所述步驟3中，所述處理器依據(jù)溫度傳感器和壓力傳感器所測得的數(shù)據(jù)，對處理結(jié)果及曲線值進行相應(yīng)的補償。(三)有益效果本發(fā)明提供的微量氣體流量計不需要介入待測氣體的通道，操作簡單、成本低，只要彈性隔膜仍然具有氣密性，即不會影響到測量效果，因此有效避免了待測氣體因腐蝕、污垢、粉塵、堵塞等問題所造成的影響；本發(fā)明提供的微量氣體流量計及測量方法，在較微量
的(1000/min----0.001/min甚至更小接近0)氣體流量范圍內(nèi)，不受限于氣體量和流速，能
夠有效的測得所產(chǎn)生的微量低流速的氣體相關(guān)數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明微量氣體流量計的結(jié)構(gòu)示意圖，同時也是本發(fā)明流量測量方法的步驟I狀態(tài)示意圖；圖2是本發(fā)明流量測量方法的步驟2狀態(tài)示意圖；圖3是本發(fā)明流量測量方法的步驟3狀態(tài)示意圖；其中:1、固定腔體，11、第一彈性隔膜，12、第一儲氣室，13、第一儲液室，14、排氣管，141、第一切換閥，15、氣泵，151、第二切換閥，2、稱重腔體，21、第二彈性隔膜，22、第二儲氣室，23、第二儲液室，24、采樣管，241、第三切換閥，25、收集管，251、第四切換閥，3、稱重傳感器，4、連通管，5、變送器，51、溫度傳感器，52、壓力傳感器，6、處理器，7、顯示屏。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
如圖1所示的實施例1，一種微量氣體流量計，主要包括固定腔體1、稱重腔體2和稱重傳感器3，待測的微量氣體充入稱重腔體2，由于稱重腔體2的獨特設(shè)計，使得其內(nèi)的氣體體積變化能夠體現(xiàn)于液體重量的變化，進而由稱重傳感器3測量稱重腔體2的重量值變化，即可推知微量氣體的流量。具體的其中的固定腔體I內(nèi)通過能夠自由伸縮的第一彈性隔膜11分隔成第一儲氣室12和第一儲液室13，第一儲氣室12和第一儲液室13互不相通，第一儲氣室12分別連通一用于排氣的排氣管14和一用于向第一儲氣室12內(nèi)充氣的氣泵15，其連通方式，例如可以是圖示的由一管道接通第一儲氣室12，在該管道的端部通過三通分別連接排氣管14和氣泵15 ;稱重腔體2內(nèi)通過能夠自由伸縮的第二彈性隔膜21分隔成第二儲氣室22和第二儲液室23，第二儲氣室22和第二儲液室23互不相通，第二儲氣室22分別連通一用于采集待測氣體的采樣管24和一用于測量后回收待測氣體的收集管25，其連通方式，例如可以是圖示的由一管道接通第二儲氣室22，在該管道的端部通過三通分別連接采樣管24和收集管25 ；第一儲液室13和第二儲液室23分別儲有液體，優(yōu)選為密度已知且穩(wěn)定的液體，以便于推算被測氣體的流量，第二儲液室23和第一儲液室13通過連通管4相連通，連通管4優(yōu)選為軟管，也可以采取其他的連通方式，能夠?qū)崿F(xiàn)第二儲液室23和第一儲液室13之間的液體互相流通、且不影響對稱重腔體2的測重即可。稱重傳感器3連接稱重腔體2，待測氣體充入第二儲氣室22致使第二儲液室23的儲液量變化，令稱重腔體2的總重量發(fā)生變化，進而由稱重傳感器3測量稱重腔體2的重量變化值；本發(fā)明的流量計優(yōu)選還包括變送器5、處理器6和顯示屏7，顯示屏7連接處理器6，處理器6通過變送器5與所述稱重傳感器3電連接，稱重傳感器3所測重量變化值由變送器5轉(zhuǎn)換信號后輸至處理器5進行相應(yīng)的計算處理，即得所測氣體的流量，該數(shù)據(jù)顯示在顯示屏7上，顯示屏7優(yōu)選為觸摸屏，變送器5還分別連接有溫度傳感器51和壓力傳感器52，即時監(jiān)測作業(yè)環(huán)境中的溫度和氣壓，所測溫度值和氣壓值經(jīng)信號轉(zhuǎn)換后輸入至處理器6，據(jù)此調(diào)整處理器6計算氣體流量的補償值等，以適用于不同環(huán)境下的氣體流量測量，其中處理器6處理過程包括整合、計算、節(jié)取、補償、抗干擾穩(wěn)定、儲存、處理等。另，在具體作業(yè)過程中，為便于操控，如圖1所示，可在相應(yīng)的管道上分別設(shè)置切換閥，如，在排氣管14上設(shè)置有第一切換閥141，在氣泵15上(或者氣泵外的相應(yīng)管道上)設(shè)置有第二切換閥151，在收集管25上設(shè)置有第三切換閥251，在采樣管24上設(shè)置有第四切換閥241，顯然，也可以將切換閥設(shè)置為由一控制器分別控制其各自的開合狀態(tài)。如圖1-圖3所示，為本發(fā)明的微量氣體測量方法的一具體實施例，主要包括如下步驟步驟I (圖1)、準(zhǔn)備-開啟第二切換閥151和第三切換閥251，閉合第一切換閥141和第四切換閥241，啟動氣泵15往第一儲氣室12內(nèi)充氣，第一儲氣室12膨脹壓迫第一儲液室13內(nèi)的液體由連通管4流入第二儲液室23，并迫使第二儲氣室22收縮，第二儲氣室22內(nèi)的氣體由收集管25排出，至第二儲液室23液面高于第一儲液室13時關(guān)閉氣泵15，以排凈或者基本排凈第二儲氣室22內(nèi)的氣體為佳，此時所形成的液位差能夠在測量氣體時產(chǎn)生一定程度的虹吸現(xiàn)象，能夠?qū)⑽⒘康拇郎y氣體有效的吸入至第二儲氣室22內(nèi)，以達到對極微量氣體進行流量的測量；步驟2 (圖2)、連接一將采樣管24接入待測設(shè)備后，首先閉合第二切換閥151和第三切換閥251，然后開啟第一切換閥141，待第二儲液室23和第一儲液室13的液位差穩(wěn)定后(一般自動設(shè)置延時5秒左右即達穩(wěn)定狀態(tài))，稱重傳感器3測得此時稱重腔體2的重量值，該重量值經(jīng)變送器5轉(zhuǎn)換信號后輸入至處理器6，即作為初始值；步驟3(圖3)、測量一開啟第四切換閥241，若相關(guān)設(shè)備逸出氣體，所述氣體在自身氣壓和所述液位差的作用下，由采樣管24進入第二儲氣室22內(nèi)，第二儲氣室22膨脹迫使第二儲液室23內(nèi)的部分液體流入第一儲液室13，在第二儲液室23和第一儲液室13的液位差變化過程中，稱重傳感器3即時測量稱重腔體2的重量值(如設(shè)置為間隔I秒自動測量一次)，所測的重量值經(jīng)變送器5轉(zhuǎn)換信號后輸入至處理器6，處理器6對所測重量值與初始值進行對比、計算處理并形成重量值變化曲線，然后將處理結(jié)果及曲線圖顯示于顯示屏(7)上，依據(jù)重量值變化的曲線圖，能夠清晰的判斷氣體生成的狀況，例如可以通過曲率變化判斷氣體生成最快的時段等，當(dāng)?shù)诙σ菏?3和第一儲液室13的液位差穩(wěn)定后，即不在生成氣體,至此測量完成。步驟4(圖1)、回收-測量結(jié)束后，回復(fù)至步驟I的準(zhǔn)備狀態(tài)，同時對所采樣的氣體進行回收，以便對其進行定性分析等，具體的，閉合第一切換閥141和第四切換閥241，開啟第二切換閥151和第三切換閥251，啟動氣泵15往第一儲氣室12內(nèi)充氣，第一儲氣室12膨脹壓迫第一儲液室13內(nèi)的液體由連通管4流入第二儲液室23，并迫使第二儲氣室22收縮，第二儲氣室22內(nèi)的氣體由收集管25排出，在收集管25處連接相應(yīng)的罐體進行氣體回收，一般設(shè)定為排凈或者基本排凈第二儲氣室22內(nèi)的氣體為止(配合步驟I中的排凈要求，能夠更加準(zhǔn)確的回收氣體)?；厥胀瓿珊?，也即同時完成了該裝置的準(zhǔn)備步驟，可以進行下一次測量作業(yè)。在上述方法中，步驟3中處理器進行計算處理時，依據(jù)待測氣體的成分、重量等特性以及溫度傳感器51和壓力傳感器52所測的環(huán)境溫度、氣壓值等，可以設(shè)定不同的補償值(在非高精準(zhǔn)的常規(guī)測量作業(yè)中，上述影響可以忽略，則不必設(shè)定補償值)，以避免例如采樣管內(nèi)積存少量氣體而未全部充入第二儲氣室、不同環(huán)境的不同大氣壓值等因素對測量結(jié)果的影響，進而提高測量的準(zhǔn)確性。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，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)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種微量氣體流量計，其特征在于，包括: 固定腔體(I)，所述固定腔體(I)內(nèi)通過第一彈性隔膜(11)分隔成第一儲氣室(12)和第一儲液室(13)，所述第一儲氣室(12)分別連通一排氣管(14)和一氣泵(15)； 稱重腔體(2)，所述稱重腔體(2)內(nèi)通過第二彈性隔膜(21)分隔成第二儲氣室(22)和第二儲液室(23)，所述第二儲氣室(22)分別連通一采樣管(24)和一收集管(25)，所述第二儲液室(23)連通第一儲液室(13)； 稱重傳感器(3)，所述稱重傳感器(3)連接稱重腔體(2)，用于測量所述稱重腔體(2)的重量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微量氣體流量計，其特征在于:所述第二儲液室(23)和第一儲液室(13)之間由連通管⑷相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微量氣體流量計，其特征在于:所述第一儲液室(13)和第二儲液室(23)分別儲有液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微量氣體流量計，其特征在于:所述排氣管(14)上設(shè)置有第一切換閥(141)，所述氣泵(15)上設(shè)置有第二切換閥(151)，所述收集管(25)上設(shè)置有第三切換閥(251)，所述采樣管(24)上設(shè)置有第四切換閥(241)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4任一權(quán)利要求所述的微量氣體流量計，其特征在于:還包括變送器(5)、處理器(6)和顯示屏(7)，所述顯示屏(7)連接處理器￠)，所述處理器(6)通過變送器(5)與所述稱重傳感器(3)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微量氣體流量計，其特征在于:還包括溫度傳感器(51)和壓力傳感器(52)，所述溫度傳感器(51)和壓力傳感器(52)分別連接所述變送器(5)。`
7.—種如權(quán)利要求6所述的流量計測量微量氣體的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、準(zhǔn)備-開啟第二切換閥(151)和第三切換閥(251)，閉合第一切換閥(141)和第四切換閥(241)，啟動氣泵(15)往第一儲氣室(12)內(nèi)充氣，所述第一儲氣室(12)膨脹壓迫第一儲液室(13)內(nèi)的液體由連通管(4)流入第二儲液室(23)，并迫使第二儲氣室(22)內(nèi)的氣體由收集管(25)排出，第二儲液室(23)內(nèi)液面高于第一儲液室(13)時關(guān)閉氣泵(15)； 步驟2、連接-將采樣管(24)接入待測設(shè)備后，首先閉合第二切換閥(151)和第三切換閥(251)，然后開啟第一切換閥(141)，待第二儲液室(23)和第一儲液室(13)的液位差穩(wěn)定后，所述稱重傳感器(3)測得此時稱重腔體(2)的重量值，該重量值經(jīng)變送器(5)轉(zhuǎn)換信號后輸入至處理器(6)； 步驟3、測量-開啟第四切換閥(241)，若相關(guān)設(shè)備逸出氣體，所述氣體在自身氣壓和所述液位差的作用下，由采樣管(24)進入第二儲氣室(22)內(nèi)，致使第二儲液室(23)內(nèi)的部分液體受壓流入第一儲液室(13)，在第二儲液室(23)和第一儲液室(13)的液位差變化過程中，所述稱重傳感器(3)即時測量稱重腔體(2)的重量值，所測的重量值經(jīng)變送器(5)轉(zhuǎn)換信號后輸入至處理器出)，所述處理器(6)對所測重量值進行計算處理并形成重量值變化曲線，并將處理結(jié)果及曲線圖顯示于顯示屏(7)上，當(dāng)?shù)诙σ菏?23)和第一儲液室(13)的液位差穩(wěn)定后，測量完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量微量氣體的方法，其特征在于: 還包括:步驟4、回收-測量結(jié)束后，閉合第一切換閥(141)和第四切換閥(241)，開啟第二切換閥(151)和第三切換閥(251)，啟動氣泵(15)往第一儲氣室(12)內(nèi)充氣，由所述收集管(25)處回收被測氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量微量氣體的方法，其特征在于:所述步驟I和4中，第二儲氣室(22)內(nèi)的氣體被全部排凈后再關(guān)閉氣泵(15)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量微量氣體的方法，其特征在于:所述步驟3中，所述處理器(6)依據(jù)溫度傳感器(51)和壓力傳感器(52)所測得的數(shù)據(jù)，對處理結(jié)果及曲線值進行相應(yīng)的補償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微量氣體流量計及流量測量方法，所述的微量氣體流量計主要包括固定腔體、稱重腔體和稱重傳感器，所述的流量測量方法為待測的微量氣體充入稱重腔體，由于稱重腔體的獨特設(shè)計，使得其內(nèi)的氣體體積變化能夠體現(xiàn)于液體重量的變化，進而由稱重傳感器測量稱重腔體的重量值變化，即可推知微量氣體的流量；本發(fā)明能夠在不介入氣體通道的前提下，準(zhǔn)確的測得微量氣體的流量，測量不受限于氣體量和流速，且能夠有效避免待測氣體因腐蝕、堵塞等問題對測量結(jié)果所造成的影響。
文檔編號G01F1/86GK103076054SQ20121059419
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者趙亞青 申請人:趙亞青