技术领域
[0001] 本
发明涉及气体计量领域，尤其涉及一种气体能量计量方法及装置。
背景技术
[0002] 可燃性气体作为一种
燃料，用户主要使用其燃烧后释放的能量，传统的体积或
质量计量方式难以反映其能量价值。相比之下，可燃性气体的能量计量是一种更公平、更科学的计量方式，受越来越多人的认可。
[0003] 一般认为，一定量气体所含的能量(E)为气体量(Q)和对应热值(H)的乘积，可以通过气体量及其热值计算能量。目前，可燃性气体能量计量通常采用终端流量计量装置测量流量，计量站热值测量装置进行热值的测量，再由上位系统完成能量信息计算。由于两者处于不同的
采样位置或存在一定的计量时间差，而气体在输送过程中会因为气源组分改变而导致热值的无规律变化，所以，现有测量方法无法保证终端用气量与计量站热值信息计量的同步性，导致能量计量有偏差，特别是在可燃性气体热值频繁
波动场合将带来很大偏差，能量计量精准度低。
发明内容
[0004] 本发明提供一种气体能量的测量方法及装置，可以实现流量和热值信息的同步计量，提高计量精准度。
[0005] 为达到上述目的，本发明的
实施例采用如下技术方案：
[0006] 一种气体能量计量方法，包括：测量被测气体的流量和物性参数，测量时被测气体的流量和物性参数是源于同一
流体且在同一时刻获得；根据测得的物性参数，通过气体热值与物性参数之间的定量关系计算出被测气体的热值；根据计算出的气体热值以及测得的气体流量，计算被测气体的能量。
[0007] 优选地，测量被测气体的流量和物性参数之后，计算被测气体的能量之前还包括：利用测得的所述物性参数，对气体流量进行修正。
[0008] 可选地，如果采用体积式气体流量测量装置测量被测气体的流量；所述利用测得的所述物性参数，对气体流量进行修正，包括：测量被测气体的流量和物性参数时，还同步测量被测气体的
温度和压强；根据测得的物性参数、被测气体的温度和压强，获得修正至标准参比条件的流量修正系数：K＝(P/P0)×(T0/T)×(Z0/Z)，所述标准参比条件包括标准参比温度和标准参比压强；P0为标准参比压强，T0为标准参比温度，P为测得的气体压强，T为测得的气体温度，Z0为标准参比条件下气体的压缩因子，Z为工作状态下气体的压缩因子，Z0/Z根据测得的物性参数和组分信息获得；根据获得的所述流量修正系数对测得的流量进行修正。
[0009] 可选地，如果采用热式质量式气体流量测量装置测量被测气体的流量；所述利用测得的所述物性参数，对气体流量进行修正，具体为：针对热式质量式气体流量测量装置，获取流量修正系数；利用所述流量修正系数对气体流量进行修正。
[0010] 具体地，针对热式质量式气体流量测量装置，获取流量修正系数，包括：根据热值测量所适用的气体范围，提供若干标准气体；提供参比气体，并对任一所述标准气体和所述参比气体，使用所述热式质量式气体流量测量装置获得预设流量下的初始流量
信号，同时获得各所述标准气体和所述参比气体对应的物性参数，所述初始流量信号包含流量信息；求出各标准气体的流量修正系数：K＝U0/U,K为标准气体的流量修正系数，U和U0分别为预设流量下所述标准气体与所述参比气体的初始流量信号；根据各标准气体的流量修正系数和对应的所述物性参数，获得流量修正系数与物性参数之间的定量关系；根据所述物性参数以及流量修正系数与物性参数之间的定量关系，求出被测气体的流量修正系数。
[0011] 所述的计量方法，还包括：判断气体流量测量和物性参数测量时的采样时间是否同步；在判断结果为是时，再判断气体流量测量的测量周期与物性参数测量的测量周期是否相等；如果判断结果为采样时间同步，且测量周期相等，则计算所述被测气体的能量时：先根据测得的所述气体热值以及所述气体流量求出能量流量，再通过对能量流量进行积分计算，得到预设时间内通过的被测气体的能量；如果采样时间同步，但测量周期不相等，则计算所述被测气体的能量时：先判断所述气体流量测量周期和物性参数测量测量周期中哪一个为较大值；计算被测气体的能量时，以测量周期较大的那一个为划分基准，
对流过的能量进行分段积分计算，得到通过的被测气体的能量。
[0012] 可选地，判断气体流量测量和物性参数测量时的采样时间是否同步时，如果判断结果为否，则在判断气体流量测量的测量周期和物性参数测量的测量周期是否相等之前，还包括:调整气体流量测量的采样时间或者调整物性参数测量的采样时间，使二者采样时间同步。
[0013] 优选地，物性参数测量时按设定的测量周期进行，每次物性参数测量后，还包括执行下述步骤设定下次物性参数测量的测量周期：计算本次测量对应的气体热值；比较本次测量得到的气体热值与上次测量得到的气体热值；如果本次测量得到的气体热值等于上次测量得到的气体热值，则将物性参数的测量周期的取值调整为在现有取值
基础上增加第一预设时间，并判断本次调整后的测量周期取值是否超出预设上限值，如果判断结果为超出，则将物性参数的测量周期设为该预设上限值，如果本次测量得到的气体热值不等于上次测量得到的气体热值，则将物性参数的测量周期的取值调整为在现有取值基础上减小第二预设时间，并判断本次调整后的测量周期取值是否超出预设下限值，如果判断结果为超出，则将物性参数的测量周期设为该预设下限值。
[0014] 具体地，所述第一预设时间和所述第二预设时间均为物性参数的固有测量周期的整数倍。
[0015] 本发明实施例还提供一种气体能量计量装置，包括：测量单元，用于测量被测气体的流量和物性参数，测量时被测气体的流量和物性参数是源于同一流体且在同一时刻获得；热值计算单元，用于根据测得的物性参数，通过气体热值与物性参数之间的定量关系计算出被测气体的热值；能量计算单元，用于根据计算出的气体热值以及测得的气体流量，计算被测气体的能量。
[0016] 具体地，所述测量单元包括：流量计量模
块和物性检测模块。
[0017] 进一步地，所述测量装置还包括：流量修正单元，用于利用测得的所述物性参数，对气体流量进行修正。
[0018] 可选地，如果采用体积式气体流量测量装置测量被测气体的流量，所述测量装置还包括：温度
传感器和
压力传感器，用于测量被测气体的流量和物性参数时，同步测量被测气体的温度和压强；所述流量修正单元包括：修正系数获取模块，用于根据测得的物性参数计算、被测气体的温度和压强，获得修正至标准参比条件的流量修正系数：K＝(P/P0)×(T0/T)×(Z0/Z)，所述标准参比条件包括标准参比温度和标准参比压强；P0为标准参比压强，T0为标准参比温度，P为测得的气体压强，T为测得的气体温度，Z0为标准参比条件下气体的压缩因子，Z为工作状态下气体的压缩因子，Z0/Z根据测得的物性参数和组分信息获得；修正模块，用于根据获得的所述流量修正系数对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正。
[0019] 可选地，如果采用热式质量式气体流量测量装置测量被测气体的流量；所述流量修正单元包括：流量修正系数获取模块，用于获取针对热式质量式气体流量测量装置，获取流量修正系数；修正模块，用于根据所述流量修正系数对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正。
[0020] 具体地，所述测量单元中的流量计量模块，还用于对预设流量下的各标准气体和参比气体进行测量，获得初始流量信号，所述初始流量信号包含流量信息，所述标准气体根据热值测量所适用的气体范围确定；所述测量单元中的物性检测模块，还用于通过测量获得所述标准气体和参比气体对应的物性参数；所述流量修正系数获取模块，包括：计算子模块，用于根据测得的所述初始流量信号，求出各标准气体的流量修正系数：K＝U0/U,K为标准气体的流量修正系数，U和U0分别为预设相同流量下所述标准气体与所述参比气体的初始流量信号；拟合子模块，用于根据所述标准气体的流量修正系数和对应的物性参数，获得流量修正系数与物性参数之间的定量关系；所述计算子模块，还用于根据测得的物性参数以及流量修正系数与物性参数之间的定量关系，求出被测气体的流量修正系数。
[0021] 优选地，还包括：判断单元，用于判断气体流量测量和物性参数测量时采样时间是否同步；还用于在判断结果为是时，再判断气体流量测量的测量周期与物性参数测量的测量周期是否相等；
[0022] 如果判断结果为采样时间同步，且测量周期相等，则所述能量计算单元具体包括：第一计算模块，用于根据所述气体热值以及所述气体流量求出能量流量，第二计算模块，用于通过对所述能量流量进行积分计算，得到预设时间内通过的被测气体的能量；如果采样时间同步，但测量周期不相等，则所述能量计算单元具体包括：判断模块，用于判断所述气体流量测量周期和物性参数测量测量周期中哪一个为较大值，计算模块，用于计算被测气体的能量时，以测量周期较大的那一个为划分基准，对流过的能量进行分段积分计算，得到通过的被测气体能量。
[0023] 进一步地，所述测量装置还包括：同步调整单元，用于在判断气体流量测量和物性参数测量时采样时间不同步时，调整气体流量测量的采样时间或者调整物性参数测量的采样时间，使二者采样时间同步。
[0024] 优选地，所述物性检测模块按设定的测量周期测量被测气体的物性参数，还包括：测量周期设定模块，用于在每次物性参数测量后，对下次物性参数测量的测量周期进行设定；所述测量周期设定模块包括：比较子模块，用于比较本次测量得到的气体热值与上次测量得到的气体热值；设
定子模块，用于在本次测量得到的气体热值等于上次测量得到的气体热值时，将物性参数的测量周期的取值调整为在现有取值基础上增加第一预设时间；否则，将所述物性参数的测量周期的取值调整为在现有取值基础上减小第二预设时间；所述比较子模块还用于判断本次调整后的测量周期取值是否超出预设上限值；以及，本次调整后的测量周期取值是否超出预设下限值；所述设定子模块还用于在判断本次调整后的测量周期取值超出预设上限值时，将所述物性参数的测量周期设为该预设上限值；在判断本次调整后的测量周期取值超出预设下限值时，将所述物性参数的测量周期设为该预设下限值。
[0025] 可选地，所述的计量装置还包括显示模块，用于显示所述能量计算模块计算出的气体能量。
[0026] 针对现有可燃性气体能量计量方法中能量计量精准度低的问题，本发明提供一种气体能量的计量方法及装置，先同步测量被测气体的流量和物性参数，同步测量的含义是测量时确保被测气体的流量和物性参数是源于同一流体在同一时刻获得；然后根据物性参数计算出被测气体的热值，进而计算出流过的被测气体的能量，由于流量和物性参数同步测量，根据物性参数所计算出的热值也与测得的流量同步，可以实现流量和热值信息的同步计量，提高了计量精准度，尤其适用于气体热值频繁波动的场合。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028] 图1为本发明实施例提供的气体能量计量方法
流程图；
[0029] 图2为本发明实施例提供的气体能量计量方法中测量控制的时序图；
[0030] 图3为本发明实施例提供的气体能量计量方法的原理示意图；
[0031] 图4为本发明实施例提供的气体能量计量装置的结构简图。
具体实施方式
[0032] 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。
[0033]
发明人发现：对于某一气体(一般指可燃性气体或含有可燃性气体的混合气体，可以是单一气体，也可以是混合气体)而言，每种组分的分子元素及结构不同，其所对应的物性参数和热值也不尽相同，每种组分都存在与之一一对应的物性参数和热值组合，即组分i对应的物性参数Xi(物性参数Xi可以是热导率λi、
热容Cpi、
密度ρi、
粘度μi或热扩散系数αi，也可以是上述各项中的多项)和热值Hi组合具有唯一性，因此可以通过检测气体的物性参数Xi，进而根据物性参数与热值之间的关系，从而知道其相应的热值Hi。当然，如果预先知道物性参数Xi与热值之间的定量关系，也可以直接根据物性参数得到气体热值。
[0034] 基于上述原理，本发明实施例提供一种气体能量计量方法，如图1所示，包括：
[0035] 101、测量被测气体的流量和物性参数，测量时被测气体的流量和物性参数是源于同一流体且在同一时刻获得；
[0036] 本步骤是让被测气体同时流经流量计量模块与热值测量模块，以确保所述获得的被测气体的流量和物性参数是源于同一流体且在同一时刻获得。其中，被测气体流量的获得方法如下：包括但不限于利用
超声波、
涡轮或涡街、热式等气体流量计等或传感器。本步骤通过
超声波、涡轮或涡街等流量计(或流量测量装置)按照一定的采样周期实时地测量被测气体的流量，得到被测气体通过的流量。
[0037] 具体地，本步骤中被测气体物性参数的测量方法如下：通过物性传感器(优选微
机电系统热式物性传感器)获得物性参数。所述物性参数具体为被测气体的热导率λ、热容Cp、密度ρ、粘度μ或热扩散系数α中任一个或多个物性的组合。优选地，本步骤物性参数测量中获得热导率λ和热扩散系数α，或者获得气体密度ρ和体积热容Cp，或者获得热导率λ、定压热容Cp和密度ρ等。本步骤同时按照一定的采样周期检测被测气体的物性参数，具体可以逐项测量也可以同时测量，测量原理包括但不限于热式原理，即通过检测相同热量激
发条件下传感器周边的温度场变化进行物性测量，常见方法有稳态法、瞬态热线法、3w法等等。另外，利用物性传感器获得物性参数时，为了使得到的物性参数更准，可预先采用标准气体对物性传感器进行修正，具体为：通过物性传感器测量标准气体的物性参数，与实际值对比，获得修正因子，根据修正因子对物性传感器进行修正。
[0038] 102、并根据测得的物性参数，通过气体热值与物性参数之间的定量关系计算出被测气体的热值；
[0039] 本步骤根据步骤101获得的物性参数计算得到气体的热值，具体地，本步骤中气体热值计算方法如下：获得被测气体的物性参数(如热导率λ、热容Cp、密度ρ、粘度μ或热扩散系数α等)或包含物性参数信息的物性信号后，按照气体热值与物性参数(或物性信号)之间的定量关系得到被测气体的热值。上述定量关系描述为：H＝f(λ，Cp，ρ，μ，α，……)，可以根据实验预先设置。
[0040] 具体地，气体热值与物性参数(或物性信号)之间的定量关系可以通过下述步骤获得：
[0041] 步骤一：确定标准气体。本步骤根据气体热值测量所适用的气体范围，确定若干标准气体。本步骤具体提供哪些标准气体，由预设的适用气体范围决定，一般由所针对的被测气体的可能的组分及组分可能的波动范围决定，具体以能够求出适用范围内气体热值与物性参数之间的定量关系为准。
[0042] 一般而言，为了获得准确的可燃性气体热值与物性之间定量关系，原则上应包含可燃性气体的所有单一组分气体，和/或，不少于三种常见组分范围的典型可燃性气体，具体选择应满足国家或地方关于“可燃性气体”组分组成和热值的规定。
[0043] 步骤二：对任一标准气体，根据该标准气体的组分计算得到标准气体的热值，或者直接测量得到标准气体的热值(或者其它方法)；并通过测量或查询数据手册(或其它方法)获得该标准气体相对应的物性参数。
[0044] 本步骤中对任一标准气体，一方面根据标准气体的组分组成，按照国家标准规定的不同类型气体热值的计算方法或者热值测量方法，获得该标准气体的热值；另一方面，获得该标准气体相对应的物性参数，优选地，利用步骤101中的方法(例如利用物性传感器)测量标准气体的物性参数；还可以通过查询相关数据手册获得该标准气体相对应的物性参数。此处测量的所述物性参数可以是如热导率λ、热容CP、密度ρ、粘度系数μ和热扩散系数α等中的一个或几个，一般而言，选择与步骤101中一致的物性参数。
[0045] 步骤三：根据步骤二得到的若干标准气体的热值和对应的物性参数，采
用例如数据拟合或数据回归分析的等方式获得气体热值与物性参数之间的定量关系。
[0046] 本步骤中定量关系的具体描述形式包括但不限于：H＝p0+∑pi×Xi其中，H为气体的热值，Xi为物性参数的函数，Xi可以为中的一个或多个的组合，或者物性参数的对数或指数或幂函数中任一个或多个的组合，组合方式可以是加、减、乘、除或幂关系，i为自然数，p0，p1，……，pn为相应的定量关系拟合系数。
[0047] 具体地，本步骤具体采用的定量关系描述形式包括但不限于下面所述：如果物性参数选择采用热导率λ、热容CP、密度ρ和热扩散系数α，采用的定量关系描述形式可为H＝p0+p1×λ+p2×CP+p3×ρ+p4×α；如果物性参数选择采用热导率λ、密度ρ和热容CP，采用的定量关系描述形式可为H＝p0+p1×λ+p2×ρ×CP；如果物性参数选择采用热导率λ和热扩散系数α，采用的定量关系描述形式可为H＝p0+p1×λ+p2×α；如果物性参数选择采用热导率λ、密度ρ和热容CP，采用的定量关系描述形式可为H＝p0+p1×λ+p2×λ^2+p3×(ρ×CP)；如果物性参数采用热导率λ、密度ρ和热容CP，采用的定量关系描述形式可为H＝p0+p1×λ/ln(λ)+p2×(ρ×CP),其中，H为气体的热值，p0、p1、p2、p3、p4为对应定量关系的拟合系数，具体取值由数据拟合或回归分析过程确定。
[0048] 103、根据计算出的气体热值以及测得的气体流量，计算被测气体的能量。
[0049] 本步骤根据计算出的气体热值以及测得的气体流量，计算被测气体的能量，需要注意计算出的气体热值需要与测得的气体流量对应，也即尽量使步骤101中针对同一流体在同一时刻同一采样处同时获得其流量和热值。
[0050] 本实施例提出一种基于物性参数与流量同步测量的气体能量计量方法，由于对气体流量和热值进行实时同步测量，直接输出能量计量信息，可解决减小
现有技术中能量计算中由于终端用户流量与计量站热值信息不同步而带来的能量计量偏差。
[0051] 上述气体能量计量方案具体实施时，针对在管道中输送的被测气体，其流量和热值可能会随时间按自有规律波动，所以步骤103中计算被测气体的能量时，需要考虑计算出的气体热值是否与测得的气体流量对应，也即是否都是针对同一流体在同一时刻同一采样处同时获得其流量和热值，一般而言需要先判断流量测量与热值获得是否“完全同步”。流量测量与热值获得是否“完全同步”，可通过判断测量时二者是否采样时间同步，是否测量同步。如果采样时间同步(热值的采样时间t0与流量的采样时间t0’为同一时刻)且测量周期同步(热值的测量周期△t等于流量的测量周期△t’)，同时满足上述两个条件视为“完全同步”。
[0052] 因此，参照图2所示，本实施例提供的上述测量方法还包括：201、判断气体流量测量和物性参数测量时二者采样时间是否同步；202、在判断结果为是时，再判断气体流量测量的测量周期与物性参数测量的测量周期是否相等；针对流量测量与热值获得是否“完全同步”，步骤103气体能量采用不同的计算方法，如下：
[0053] 如果气体流量测量和物性参数测量时二者采样时间同步，且气体流量测量周期与物性参数测量测量周期相等(两者的测量完全同步)，则将气体流量测量得到的流量和根据物性参数得到的热值两者相乘得到气体的能量流量e，通过对能量流量e进行积分计算，即得到预设时间内通过气体的能量。具体而言，气体能量的计算方法如下：e＝Q×H，计算时间t0到tn内流过的能量则如下：
[0054]
[0055] 如果热值与流量的完全同步，则测量
精度高，但功耗相对比较大，且对热值测量响应时间要求高。由于流量和热值的测量原理、响应时间和功耗等多方面的限制，流量和热值的测量周期具体实施时不可能完全一致。
[0056] 如果流量和热值的测量不完全同步时(由于采样周期同步可以采用现行技术进行调整，因此此处的不完全同步主要指测量周期不同步)，则计算所述被测气体的能量时：先判断所述气体流量测量周期和物性参数测量测量周期中哪一个为较大值；计算被测气体的能量时，以测量周期较大的那一个为划分基准，对流过的能量进行分段积分计算，得到通过的被测气体能量。
[0057] 一般而言，热值测量周期大于流量测量周期时，则以测量周期较长的热值检测周期为划分基准，对流过的能量进行分段积分计算，提高能量计量的精准度，则计算时间t0到tn内流过的能量如下：
[0058]
[0059] 式中，Htn是tn时刻的热值测量值。
[0060] 针对气体流量测量和物性参数测量是否同步，采用不同的计算方法，可以提高计量精确度。
[0061] 上述的热值测量周期可以是固定周期，也可以是根据热值变化状态自动调整的动态变化周期。所述固定周期方法，即△t＝t1-t0＝t2-t1＝……＝tn-tn-1，其中t0、t1、…、tn为多次热值测量对应的时刻，以某一固定的测量周期测量进行采样测量热值，测量周期不对气体的热值波动状态做出响应变化。热值测量采用固定周期方法，若采用的测量周期较大，在热值波动剧烈场合则会引入较大的计量偏差；若采用的测量周期较小，可以在一定程度上保证计量精度，但也会导致不必要的功耗浪费。因此，有必要引入一种自适应气体热值波动状态的热值与流量同步测量方案。
[0062] 具体而言，上述测量方法中物性参数测量时按设定的测量周期进行，每次物性参数测量后，参照图2所示，还包括:执行下述步骤设定下次物性参数测量的测量周期，具体如下：
[0063] 步骤S203、计算本次测量对应的气体热值；
[0064] 步骤S204、比较本次测量得到的气体热值Htn与上次测量得到的气体热值Htn-1是否相等，即判断是否满足Htn＝Htn-1；如果本次测量得到的气体热值等于上次测量得到的气体热值，则执行步骤S205，否则(即本次测量得到的气体热值不等于上次测量得到的气体热值)执行步骤S205’；
[0065] 步骤S205、将物性参数的测量周期的取值△Tn调整为在现有取值△Tn-1基础上增加一第一预设时间△t，即△Tn＝△Tn-1+△t；
[0066] 步骤S206、判断本次调整后的测量周期取值△Tn是否超出预设上限值△TH，即可以判断△Tn≤△TH；
[0067] 步骤S207、如果判断结果为超出(△Tn>△TH)，则将物性参数的测量周期△Tn设为该预设上限值△TH,即令△Tn＝△TH；否则下次物性参数测量的测量周期△Tn维持原有取值不变，即△Tn＝△Tn-1+△t；
[0068] 步骤S208、进行下次物性参数的测量。
[0069] 步骤S205’、若本次测量得到的气体热值不等于上次测量得到的气体热值，则物性参数的测量周期的取值ΔTn调整为在现有取值ΔTn-1基础上减小一第二预设时间ΔT，即ΔTn＝ΔTn-1-ΔT；
[0070] 步骤S206’、判断本次调整后的测量周期取值是否超出预设下限值(即△Tn≤△TL)，如果判断结果为超出，则执行步骤S207’将物性参数的测量周期设为该预设下限值，即△Tn＝△TL；否则物性参数测量的测量周期△Tn维持原有取值不变，即△Tn＝△Tn-1-△T；然后执行步骤S208。
[0071] 其中，第一预设时间△t和第二预设时间△T均为物性参数的固有测量周期的整数倍。物性参数的测量周期为现行设置下，两次物性参数测量采样时间之间的间隔。物性参数的固有测量周期为完成一次物性参数测量需要的时间，由测量原理及测量装置/设备本身决定。第一预设时间△t和第二预设时间△T为周期调整步长，其取值可以是常数，也可以是与时间相关的函数，以保证对于能量计量精度和低功耗的双重需求。
[0072] 下次热值测量开始后，重复上述热值周期自适应调整策略，若前后两次的热值测量结果仍然相同，则系统会继续增加测量周期，减小热值测量
频率，从而降低测量功耗；反之，若前后两次的热值测量结果不同，则系统会迅速减短测量周期，加快热值测量频率，从而降低热值波动带来的偏差。该种控制方案下，气体的能量计算仍可按照分段积分计算方法实现，具体参照上文叙述中涉及的不同步测量时被测气体能量计算方式：气体的能量计算仍可按照分段积分计算方法实现：
[0073]
[0074] 式中，Htn是tn时刻的热值测量值，此时t0，t1，t2，……，tn为系统根据热值波动情况自适应调整的热值测量周期界定。
[0075] 还需要说明的是，上述实施例的气体能量计量方法，提供自适应热值波动状态的热值与流量同步测量方案，以测量周期较短的参数为基准参量(一般为流量)，以测量周期较长的参数为
跟踪参量(一般为热值)，还将跟踪参量与基准参量的采样时间同步，以保证跟踪参量的各个测量周期的初始采样时间与基准参数某一测量周期的采样时间一致(以便尽量满足步骤101中的同步测量要求)。具体地，本实施例的气体能量计量方法在步骤201判断结果为否时，上述测量方法还包括:步骤210、调整气体流量测量的采样时间或者调整物性参数测量的采样时间，使二者采样时间同步。具体实施时，这种同步可以通过现行的同步时钟等时间同步方案实现。
[0076] 上述测量方法除通过上述的自适应调节控制方案增加能量计量精度外，还可以利用物性测量获得的物性参数获得不同组分气体的流量修正系数，修正气体流量输出，提高多组分气体流量计量精度，最终提高能量计量结果。
[0077] 具体而言，如图3所示，步骤101测量被测气体的流量和物性参数之后，步骤103计算被测气体的能量之前，本实施例的能量计量方法还包括：利用步骤101测得的物性参数，对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正，将修正后的气体流量作为流量测量的最终结果。
[0078] 气体流量测量装置一般包括体积式气体流量测量装置和质量式气体流量测量装置，体积式气体流量测量装置检测的是单位时间内流过的被测气体的体积，单位是立方米/秒，而质量式气体流量测量装置检测的是单位时间内流过的被测气体的质量或标准参比体积，单位一般是千克/秒或标准参比条件下的立方米/秒，针对不同的流量测量装置采用不同的修正方法。
[0079] 具体而言，如果采用体积式气体流量测量装置，具体流量测量及修正方法如下：利用超声波、涡轮或涡街等流量测量装置获得初始流量信号U，采用标定模型计算或查表等方式获得气体的初始流量Q’，关系式形式如下：Q’＝f(U)，所述流量Q’为被测气体在工作条件(某一温度T和某一压力P)下的体积流量，需要进一步修正至标准参比条件(如可以是标准工况，即标准参比温度T0＝20℃，标准参比压强P0＝101.325kPa)，若涉及组分改变则需进行流体压缩性修正，具体地流量修正方法如下：
[0080] 测量被测气体的流量和物性参数时，利用温度传感器和
压力传感器同步测量被测气体的温度T和压强P。然后，根据测得的物性参数计算、被测气体的温度T和压强P，获得修正至标准参比条件的流量修正系数K：K＝(P/P0)×(T0/T)×(Z0/Z)，其中标准参比条件下气体包括标准参比温度和标准参比压强；P为压力传感器测得的压强，P0为标准参比压强，T为温度传感器测得的气体温度，T0为标准参比温度，Z0为标准参比条件下气体的压缩因子，Z为被测气体在工作状态下的压缩因子，Z0/Z根据测得的物性参数组分信息按照国家标准规定方法计算获得。最后，根据获得的流量修正系数K对测得的流量Q’进行修正，修正后的流量Q为：Q＝KQ’＝Q’×(P/P0)×(T0/T)×(Z0/Z)。
[0081] 如果采用热式质量式气体流量测量装置测量被测气体的流量，测量过程如下：例如，通
过热式质量式流量测量装置(如热式气体流量计或传感器等)按照一定的采样周期实时地测量被测气体的流量，获得的初始流量信号U，采用标定模型计算或查表等方式得到被测气体通过的流量Q’，关系式形式如下：
[0082] Q’＝g(U)，
[0083] 其中，热式质量式气体流量测量装置可以直接得到被测气体在标准参比条件下(例如标准工况，T0＝20℃，P0＝101.325kPa)的质量流量Q’，无需进行温度和压力状态的修正，但若涉及组分改变则需进行组分特性修正，具体修正方法是先针对热式质量式气体流量测量装置，获取被测气体的流量修正系数，再利用流量修正系数对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正，其中，被测气体的流量修正系数的获取过程如下：
[0084] 先获取流量修正系数与物性参数之间的定量关系，包括：根据热值测量适用的气体范围，提供若干标准气体；对任一标准气体和参比气体，使用气体流量标准装置获得相同的预设流量，然后通过热式质量式气体流量测量装置在所述预设流量下测量，获得各标准气体和参比气体初始流量信号，同时通过测量或查询数据手册获得各标准气体和参比气体对应的物性参数，所述初始流量信号包含所述标准气体和参比气体的流量信息；求出各标准气体的流量修正系数：K＝U0/U,K为标准气体的流量修正系数，U和U0分别为预设相同流量下所述标准气体与所述参比气体的初始流量信号；根据上述步骤得到的标准气体的流量修正系数和对应的物性参数，采用数据拟合或数据回归分析等方式获得流量修正系数与物性参数之间的定量关系；
[0085] 然后，根据步骤101测得的物性参数以及上述的流量修正系数与物性参数之间的定量关系，求出被测气体的流量修正系数。
[0086] 具体地，流量修正方法如下：如果利用物性传感器获得的物性参数，计算热式流量计的流量修正系数为K，修正后流量为：
[0087] Q＝Q’×K，或者，Q＝g(U×K’)
[0088] 具体地，K和K’分别代表基于初始流量Q’和流量
电压信号U的流量修正系数，下面根据具体的例子介绍流量修正系数K或K’的获得方法以及流量修正过程，如下：
[0089] 1)获得物性参数和流量修正系数。通过物性传感器分别获得参考气体(优选空气)和标准气体的物性参数，如热导率λ、热容Cp、密度ρ和热扩散系数α和粘度μ等；通过热式流量计或传感器分别获得参考气体空气和标准气体的初始流量信号和初始流量。通过获得的所述流量信息，获得各标准气体的流量修正系数K或K’值。具体地，各标准气体的流量修正系数K或K’获得方法如下：
[0090] K＝Q0/Q1，或K’＝U0/U1
[0091] 式中，U0和U1分别为相同条件(标准参比条件，相同流量)下热式流量计测得的空气和标准气体的初始流量信号输出，Q0和Q1分别为相同条件(标准参比条件，相同流量)下通过热式流量计获得的空气和标准气体的初始流量(此处指修正前的流量)。
[0092] 2)获得物性参数和流量修正系数之间的定量关系。
[0093] 基于上述过程获得的物性参数和流量修正系数K和K’，利用回归拟合或数据拟合方法得到物性参数与流量修正系数之间的定量关系，具体如下：
[0094] K’＝f(λ,Cp,ρ,α,μ,……)，或K＝f’(λ,Cp,ρ,α,μ,……)，
[0095] 式中，λ为热导率，CP为热容、ρ为密度，α为热扩散系数，μ为粘度μ。上述基于标准气体获得标定关系，用于热式流量测量信息修正。
[0096] 本实施例气体能量计量方法，步骤101中被测气体物性参数的测量，如下：获得物性参数。所述获得物性参数，具体可以为获得被测气体的热导率λ、热容Cp、密度ρ、粘度μ或热扩散系数α中任一个或多个物性的组合。具体地，通过物性传感器(优选
微机电系统热式物性传感器)按照一定的采样周期检测被测气体的物性参数，获得上述物性参数。获得的上述物性参数一方面用于步骤102计算气体的热值信息；另一方面用于获得不同组分被测气体的流量修正系数，修正气体流量计输出，提高多组分气体流量计量精度，对气体流量和热值的进行实时同步测量，直接输出能量计量信息，减小现有技术由于终端用户流量与计量站热值信息不同步而带来的偏差。
[0097] 综上，本实施例方案中提出的集成物性与流量同步测量的气体能量计量方法，一方面提高流量计量的精度，另一方面实现热值的低成本测量，替代了现有热值分析仪的高成本投入，能够以低成本、实时地给出如
天然气等可燃性气体的能量计量信息，无需配备专
门的热值分析仪表，为居民或小型商业用户可燃性气体的能量计量与计价提供了一种可靠性高、精度高的解决方案。本实施例提供的计量方法，还通过自适应热值波动情况的热值与流量同步测量方案，以实现流量和热值信息的同步，提高计量精准度，降低测量功耗。
[0098] 本发明实施例还提供一种气体能量计量装置，参照图4所示，该装置10包括：测量单元11，用于测量被测气体的流量和物性参数，测量时确保被测气体的流量和物性参数是源于同一流体在同一时刻获得；热值计算单元12，用于根据测得的物性参数，通过气体热值与物性参数之间的定量关系计算出被测气体的热值；能量计算单元13，用于根据计算出的气体热值以及测得的气体流量，计算被测气体的能量。
[0099] 其中，测量单元11包括：流量计量模块111和物性检测模块112。使采样被测气体同时流经流量计量模块111和物性检测模块112，以确保获得的被测气体的流量和物性参数是源于同一流体在同一时刻获得。流量计量模块111包括但不限于超声波、涡轮或涡街、热式等气体流量计等或传感器，通过超声波、涡轮或涡街等流量测量装置按照一定的采样周期实时地测量被测气体的流量，得到被测气体通过的流量。物性检测模块112包括但不限于物性传感器或可测出物性参数的测量装置或系统，其中所述物性参数包括热导率、热容、密度、粘度系数和热扩散系数中的一个或多个。热值计算单元12根据测得的物性参数计算出被测气体的热值，能量计算单元13根据计算出的气体热值以及测得的气体流量，计算被测气体的能量。
[0100] 本实施例提供的气体能量计量装置，改进了热值的测量方法，可以实现流量和热值的同步测量，提高了装置的计量精准度，同时成本降低。
[0101] 进一步可选地，所述测量装置还包括：流量修正单元14，用于利用测得的物性参数，对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正，将修正后的气体流量作为流量测量的最终结果。可选地，如果采用体积式气体流量测量装置测量被测气体的流量，测量装置还包括：温度传感器和压力传感器(图中未示出)，用于测量被测气体的流量和物性参数时，同步测量被测气体的温度和压强；流量修正单元14包括：修正系数获取模块141，用于根据测得的物性参数计算、被测气体的温度和压强，获得修正至标准参比条件的流量修正系数：K＝(P/P0)×(T0/T)×(Z0/Z)；修正模块142，用于根据获得的流量修正系数对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正；其中，K为流量修正系数，所述标准参比条件下气体包括标准参比温度和标准参比压强；P为压力传感器测得的压强，P0为标准参比压强，T为温度传感器测得的气体温度，T0为标准参比温度，Z0为标准参比条件下气体的压缩因子，Z为被测气体在工作状态下的压缩因子，Z0/Z根据测得的物性参数和组分信息按照国家标准规定方法计算获得。
[0102] 可选地，如果测量单元11中采用热式质量式气体流量测量装置测量被测气体的流量；所述流量修正单元同样包括：流量修正系数获取模块141，用于获取针对热式质量式气体流量测量装置，获取流量修正系数；修正模块142，用于根据所述流量修正系数对气体流量测试获得的初始信号或者气体流量进行修正。不过流量修正系数获取模块141获取流量修正系数获的具体过程存在不同，需要使用若干标准气体。所述标准气体根据热值测量适用的气体范围确定
[0103] 具体而言，测量单元11中的流量计量模块111为热式质量式流量测量装置，还用于对相同预设流量下的各标准气体和参比气体进行测量，获得相应的初始流量信号，所述初始流量信号包含标准气体的流量信息，预设流量可以通过特殊装置如气体流量标准装置获得；测量单元11中的物性检测模块112还用于通过测量获得上述标准气体和参比气体对应的物性参数，当然也可以通过查表等方式获得上述标准气体对应的物性参数；流量修正系数获取模块141包括：计算子模块，用于根据测得的初始流量信号，求出各标准气体的流量修正系数：K＝U0/U,K为标准气体的流量修正系数，U和U0分别为相同的预设流量下所述标准气体与所述参比气体的初始流量信号；拟合子模块，用于根据所述标准气体的流量修正系数和对应的物性参数，采用数据拟合或数据回归分析的方式获得流量修正系数与物性参数之间的定量关系；计算子模块还用于根据测得的物性参数以及流量修正系数与物性参数之间的定量关系，求出被测气体的流量修正系数。
[0104] 物性检测模块112测量获得的物性参数一方面用于获得不同组分气体的流量修正系数，修正气体流量计量输出，提高多组分气体流量计量精度，；另一方面用于计算气体的热值信息，从而使实现对气体流量和热值的进行实时同步测量，直接输出能量计量信息，解决了现有技术由于终端用户流量与计量站热值信息不同步，流量与热值的测量点会发生组分波动以及气体状态变化引起的计量偏差。
[0105] 为提高计量精度，优选地，上述计量装置还包括实现测量控制的逻辑部件，具体包括：判断单元(图中未示出)，用于判断气体流量测量和物性参数测量时采样时间是否同步；还用于在判断结果为是时，再判断气体流量测量的测量周期与物性参数测量的测量周期是否相等；如果气体流量测量和物性参数测量时采样时间同步，且气体流量测量周期与物性参数测量测量周期相等，则能量计算单元具体包括：第一计算模块，用于根据计算出的气体热值以及测得的所述气体流量求出能量流量，第二计算模块，用于通过对能量流量进行积分计算，得到预设时间内通过的被测气体能量；如果气体流量测量和物性参数测量时采样时间同步，但气体流量测量周期与物性参数测量测量周期不相等，则所述能量计算单元具体包括：判断模块，用于判断所述气体流量测量周期和物性参数测量测量周期中哪一个为较大值，计算模块，用于计算被测气体的能量时，以测量周期较大的那一个为划分基准，对流过的能量进行分段积分计算，得到通过的被测气体能量。
[0106] 进一步地，所述测量装置还包括：同步调整单元(图中未示出)，用于在判断气体流量测量和物性参数测量时采样时间不同步时，调整气体流量测量的采样时间或者调整物性参数测量的采样时间，使二者采样时间同步，保证测得的热值与流量同步，提高计量精度。
[0107] 优选地，所述物性检测模块按设定的测量周期测量被测气体的物性参数，还包括：测量周期设定模块，用于在每次物性参数测量后，对下次物性参数测量的测量周期进行设定；所述测量周期设定模块包括：比较子模块，用于比较本次测量得到的气体热值与上次测量得到的气体热值；设定子模块，用于在本次测量得到的气体热值等于上次测量得到的气体热值时，将物性参数的测量周期的取值调整为在现有取值基础上增加一第一预设时间；
否则，将所述物性参数的测量周期的取值调整为在现有取值基础上减小一第二预设时间；
所述比较子模块还用于判断本次调整后的测量周期取值是否超出预设上限值；以及，本次调整后的测量周期取值是否超出预设下限值；所述设定子模块还用于在判断本次调整后的测量周期取值超出预设上限值时，将所述物性参数的测量周期设为该预设上限值；在判断本次调整后的测量周期取值超出预设下限值时，将所述物性参数的测量周期设为该预设下限值。若前后两次的热值测量结果不同，则系统会迅速减短测量周期，加快热值测量频率，从而降低热值波动带来的偏差，保证了用户对于能量计量精度和低功耗的双重需求。
[0108] 为了满足用户用能状态监测与统计的需求，还可以选择性输出气体热值、用气量、物性等能量计量及统计信息，可以帮助用户监测可燃性气体热值及组分的变化；同时给出可燃性气体在一段时间内的品质(热值)和用气量动态变化曲线，为供气方的供需匹配、用气预测提供相关的基础数据。上述的计量装置还可包括显示模块，除用于显示能量计算模块计算出的气体能量，还可显示其他如气体热值、用气量、物性等能量计量及统计信息，[0109] 本实施例提供一种基于物性与流量同步测量的可燃性气体能量计量方法及装置，根据物性与热值之间的关系，并通过自适应热值波动情况，以实现流量和热值信息的同步计量，提高计量精准度，降低测量功耗。
[0110] 需要注意的是，在不冲突的前提下，本发明实施例中的技术特征可以任意组合使用。
[0111] 本
说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0112] 为了便于清楚说明，在本发明中采用了第一、第二等字样对相似项进行类别区分，该第一、第二字样并不在数量上对本发明进行限制，只是对一种优选的方式的举例说明，本领域技术人员根据本发明公开的内容，想到的显而易见的相似
变形或相关扩展均属于本发明的保护范围内。
[0113] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过
计算机程序来指令相关的
硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
[0114] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求的保护范围为准。
