流量测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及流量测试技术，尤其涉及一种流量测试系统及其方法。

背景技术

天然气循环流量标准试验系统为环道式循环流量标准系统，环道式循环流量标准系统中包括有待测活塞装置以及被检表。待测活塞装置的腔体被活塞分隔为工作腔以及收集腔。

在流量测试过程中，工作腔排出的气体流经被检表以及管路再回到收集腔。由于工作腔和收集腔在加工时，截面积会有差异，因而工作腔的容积并不是稳定的变小，会引起工作腔内气体压力的变化较大。此外，由于被检表可能存在压损，而整套系统的气体容积不变，引起工作腔内气体压力不断升高，会引起工作腔内气体压力的变化较大。

流量测试过程中，需要保证工作腔内的压力变化较小，进而保证流量测试准确。可见，在实际的流量测试过程中，由于工作腔和收集腔截面积的差异以及被检表存在压损，导致工作腔内气体压力变化较大，使得流量测试准确性较低。

发明内容

本发明提供一种流量测试系统及其方法，用以解决流量测试准确性较低的问题。

一方面，本发明提供一种流量测试系统，包括：

待测活塞装置，设有第一活塞，所述第一活塞将所述待测活塞装置的腔体分隔为工作腔以及收集腔，所述工作腔的侧壁设有第一排气口，所述收集腔的侧壁设有第一进气口，所述工作腔设有第一压力装置；

被检表，设有第二进气口以及第二排气口，所述第二进气口与所述第一排气口通过管路连接；

补偿活塞装置，设有第二活塞，所述第二活塞与所述补偿活塞装置的侧壁形成补偿腔，所述补偿腔的侧壁设置有第三进气口和第三排气口，所述第三进气口通过管路连接所述第二排气口，所述第三排气口通过管路连接所述第一进气口；

控制器，用于在所述第一压力装置检测的所述工作腔的气体压力变化量大于预设阈值时，控制所述第二活塞移动以增大或减小所述补偿腔的容积使所述工作腔内的气体压力变化量小于预设阈值。

在一实施例中，所述补偿活塞装置的腔体内设有第一限位件以及第二限位件，所述第二活塞在所述第一限位件与所述第二限位件之间移动。

在一实施例中，所述流量测试系统还包括第一电机以及第二电机，所述第一电机的驱动端通过第一活塞杆连接所述第一活塞，所述第二电机的驱动端通过第二活塞杆连接所述第二活塞，所述第一电机驱动所述第一活塞移动，且所述第二电机驱动所述第二活塞移动。

在一实施例中，所述工作腔的侧壁设置有第四进气口，所述第四进气口与所述收集腔的侧壁的第四排气口通过设有阀门的管路连通；在所述第二活塞朝增大所述补偿腔容积的方向移动时，所述阀门闭合；在所述第二活塞朝减小所述补偿腔容积的方向移动时，所述阀门断开。

在一实施例中，所述第二排气口与所述第三进气口的连接管路上设有储气罐，所述收集腔设有第二压力装置。

另一方面，本发明提供一种流量测试方法，应用于如上所述的流量测试系统，包括：

在所述第一活塞朝减小所述工作腔容积的方向移动时，获取所述第一压力装置检测的所述工作腔的气体压力；

在上一次获取的气体压力与当前获取的气体压力之间的气体压力变化量大于预设阈值时，控制所述第二活塞移动，以增大或减小所述补偿腔的容积使所述工作腔的气体压力变化量小于预设阈值。

在一实施例中，所述控制所述第二活塞移动的步骤包括：

获取所述第一活塞杆的第一运动速度、所述待测活塞装置的腔体的第一直径、所述第一活塞杆的第二直径、所述补偿活塞装置的柱体的第三直径、所述第一压力装置检测的第一气体压力以及所述第二压力装置检测的第二气体压力；

根据所述第一运动速度、所述第一直径、所述第二直径、所述第三直径、第一气体压力以及所述第二气体压力，确定所述第二活塞杆的第二运动速度；

控制所述第二活塞杆按照所述第二运动速度移动，以增大或减小所述补偿腔的容积使所述工作腔的气体压力变化量小于预设阈值。

在一实施例中，所述控制所述第二活塞杆按照所述第二运动速度移动的步骤包括：

根据所述第二运动速度确定所述第二电机的目标转速，

比对当前获取的第一气体压力以及上一次获取的第二气体压力得到比对结果，并根据所述比对结果确定所述第二电机的目标转向，其中，在所述比对结果是所述第一气体压力小于所述第二气体压力时，所述目标转向是所述第二电机驱动第二活塞杆减小所述补偿腔容积的转向，在所述比对结果是所述第一气体压力大于所述第二气体压力时，所述目标转向是所述第二电机驱动第二活塞杆增大所述补偿腔容积的转向；

控制所述第二电机按照所述目标转速以及所述目标转向运行。

在一实施例中，所述控制所述第二活塞移动的步骤包括：

比对当前获取的气体压力以及上一次获取的气体压力；

在当前获取的气体压力大于上一次获取的气体压力时，控制所述第二活塞朝增大所述补偿腔容积的方向移动；

在当前获取的气体压力小于上一次获取的气体压力时，控制所述第二活塞朝减小所述补偿腔容积的方向移动。

在一实施例中，所述控制所述第二活塞移动的步骤之后，还包括：

在所述待测活塞装置完成流量测试，且所述第二活塞朝增大所述工作腔容积的方向移动时，控制所述阀门打开。

本发明提供的流量测试系统及其方法，流量测试系统包括待测活塞装置、被检表、补偿活塞装置以及控制器，待测活塞装置设有第一活塞，第一活塞将待测活塞装置的腔体分隔为工作腔以及收集腔，工作腔的第一排气口与被检表的第二进气口管路连接，被检表的第二排气口与补偿活塞装置中第二活塞所分隔的补偿腔的第三进气口管路连接，且补偿腔的第三排气口与收集腔的第一进气口管路连接。在第一压力装置检测的工作腔的气体压力的变化量大于预设阈值，控制器控制第二活塞移动以增大或减小补偿腔的容积使工作腔内的气体压力变化量小于预设阈值。本发明中，在当待测活塞装置的工作腔的压力变化量较大时，通过调整补偿活塞装置中补偿腔的容积调整工作腔的气体压力变化量，进而使得流量测试过程中工作腔内的气体压力趋于恒定，提高了流量测试的准确性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明流量测试系统的一结构示意图；

图2为本发明流量测试系统的另一结构示意图；

图3为本发明流量测试方法第一实施例的程示意图；

图4为本发明流量测试方法第二实施例中步骤S20的细化流程示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明提供一种流量测试系统。

参照图1，流量测试系统包括待测活塞装置100、被检表200、补偿活塞装置300以及控制器400。

待测活塞装置100为标准活塞装置，且待测活塞装置100的腔体内设有第一活塞110，第一活塞110将待测活塞装置100的腔体分隔为工作腔120以及收集腔130。工作腔130指的是流量测试过程中压缩气体的腔体；收集腔130指的是流量测试过程中，收集压缩后气体的腔体。工作腔120的侧壁设有第一排气口121，且收集腔130的侧壁设置有第一进气口131，且工作腔120设有第一压力装置122，第一压力装置122用于检测工作腔120内的气体压力。

被检表200设有第二进气口210以及第二出气口220，第二进气口210与第一排气口120通过管路连接，且管路上设有阀门。

补充活塞装置300设有第二活塞310，第二活塞310与补偿活塞装置300的侧壁形成补偿腔320。补偿腔320的侧壁设有第三进气口321以及第三排气口322，第三进气口321与第二排气口220通过管路连接，且管路上课设置阀门。第三排气口322与第一进气口131通过管路连接，管路上设置有阀门。

控制器400与第一压力装置122以及第二活塞320通过线路连接。控制400可以是微处理器。在进行流量测试时，第一活塞110朝减小工作腔120的方向移动，第一压力装置122实时检测工作腔120内的气体压力，并将检测的气体压力通过电信号的形式传输至控制器400。控制器400会计算当前获取的气体压力以及上一次获取的气体压力的差值，若是差值的绝对值大于预设阈值，即可确定工作腔120内的气体压力变化量过大，控制器400则控制第二活塞320活动，从而减小或增大补偿腔320的容积使得工作腔120内的气体压力变化量小于预设阈值的目的。

具体的，在当工作腔120内气体压力变化量大于预设阈值(预设阈值例如为10Pa)，且当前获取的气体压力大于上一次获取的气体压力，则控制第二活塞310朝增大补偿腔320容积的方向移动(参照图1，第一活塞310朝下移动，增大补偿腔320的容积)，由于补偿腔320的容积增大，且补偿腔320与工作腔120连通，因而，工作腔120内的气体所对应的容积增大，进而减小了工作腔内的气体压力，也即降低了工作腔内的气体压力变化量。

在当工作腔120内气体压力变化量大于预设阈值(预设阈值例如为10Pa)，且当前获取的气体压力小于上一次获取的气体压力，则控制第二活塞310朝减小补偿腔320容积的方向移动(参照图1，第一活塞310朝上移动，减小补偿腔320的容积)，由于补偿腔320的容积减小，且补偿腔320与工作腔120连通，因而，工作腔120内的气体所对应的容积减小，进而增大了工作腔内的气体压力，也即降低了工作腔内的气体压力变化量。

需要说明的是，在进行流量测试时，流量测试系统中的所有阀门都是闭合的。控制起400可以安装于补偿活塞装置300上，便于控制器400及时的对第二活塞进行控制。

在本实施例中，流量测试系统包括待测活塞装置、被检表、补偿活塞装置以及控制器，待测活塞装置设有第一活塞，第一活塞将待测活塞装置的腔体分隔为工作腔以及收集腔，工作腔的第一排气口与被检表的第二进气口管路连接，被检表的第二排气口与补偿活塞装置中第二活塞所分隔的补偿腔的第三进气口管路连接，且补偿腔的第三排气口与收集腔的第一进气口管路连接。在第一压力装置检测的工作腔的气体压力的变化量大于预设阈值，控制器控制第二活塞移动以增大或减小补偿腔的容积使工作腔内的气体压力变化量小于预设阈值。本发明中，在当待测活塞装置的工作腔的压力变化量较大时，通过调整补偿活塞装置中补偿腔的容积调整工作腔的气体压力变化量，进而使得流量测试过程中工作腔内的气体压力趋于恒定，提高了流量测试的准确性。

参照图2，补偿活塞装置300的腔体内设置有第一限位件330以及第二限位件340，第一限位件330以及第二限位件340设置在补偿活塞装置300的内侧壁，第一限位件330以及第二限位件340可以是凸块，用于限制第二活塞310的移动。第二活塞310位于第一限位件330以及第二限位件340之间，使得第二活塞210在第一限位件330与第二限位件340之间移动，从而确保补偿活塞装置300的设备安全。需要说明的是，第一限位件330以及第二限位件340可以采用接近开关替代，也即接近开关设置于补偿活塞装置的腔体内，用于限制第二活塞在补偿活塞装置的腔体内的移动距离。

继续参照图2，流量测试系统还包括第一电机500以及第二电机600，第一电机500的驱动端(未标示)通过第一活塞杆140连接第一活塞110，且第二电机600的驱动端(未标示)通过第二活塞杆350连接第二活塞310。第一电机500以及第二电机600可以为步进电机。控制器400可以通过控制第一电机500驱动第一活塞杆140使得第一活塞110移动，且控制器400可以通过控制第二电机600驱动第二活塞杆350使得第一活塞310移动，从而实现流量测试系统的自动流量测试。在工作腔120内的气体压力大于预设压力时，需要控制第二电机驱动第二活塞进行移动，第二活塞的移动速度计算原理如下：

工作腔内排出的气体质量流量为：

收集腔内进入的气体质量流量为：

依据质量守恒定律

(3)式中，D为待测活塞装置的内径；d为第一活塞杆的外径；v为第一活塞的运动速度；Φ为补偿活塞装置柱体的外径；v

因为测试流量小，收集腔以及工作腔内的气体温度基本没有变化，得出式(4)以及式(5)：

式(5)中，第二活塞的运动速度v

补充活塞装置300可设置上位机，通过在上位机上输入D、d以及Φ，控制器。基于第一电机500(步进电机)的脉冲，可以通过晶振测得第一活塞的运动速度。在当工作腔内的气体压力变化量大于预设阈值时，控制器基于D、d、Φ、v、P

控制器可为PCL(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，控制器以及上位机可设置于补偿活塞装置上。第一压力装置以及第二压力装置可以是压力变送器。

继续参照图2，工作腔120的侧壁设置有第四进气口123，第四进气口123与收集腔130的侧壁的第四排气口132通过设有阀门150的管路连通；在第二活塞310朝增大补偿腔320容积的方向移动时，阀门150闭合；在第二活塞310朝减小补偿腔320容积的方向移动时，阀门150断开。也即在完成一次流量测试时，第一活塞110需要复位，此时，闭合阀门150，使得第一活塞110能够快速的朝左移动，也即第一活塞110朝增大工作腔120的方向移动。而在进行流量测试，也即第一活塞110朝减小工作腔120的方向移动时，阀门150断开。

此外，第二排气口220与第三进气口321的连接管路上设有储气罐700，收集腔130设有第二压力装置133。储气罐700用于存储流量测试的气体，第二压力装置133用于检测收集腔内的气体压力，便于计算第二活塞的运动速度。

基于流量测试系统，本发明还提供一种流量测试方法。

参照图3，图3为本发明流量测试方法的第一实施例，应用于流量测试系统，流量测试方法包括以下步骤：

步骤S10，在第一活塞朝减小工作腔容积的方向移动时，获取第一压力装置检测的工作腔的气体压力。

在本实施例中，参照图1，流量测试系统包括待测活塞装置100、被检表200、补偿活塞装置300以及控制器400。

待测活塞装置100为标准活塞装置，且待测活塞装置100的腔体内设有第一活塞110，第一活塞110将待测活塞装置100的腔体分隔为工作腔120以及收集腔130。工作腔130指的是流量测试过程中压缩气体的腔体；收集腔130指的是流量测试过程中，收集压缩后气体的腔体。工作腔120的侧壁设有第一排气口121，且收集腔130的侧壁设置有第一进气口131，且工作腔120设有第一压力装置122，第一压力装置122用于检测工作腔120内的气体压力。

被检表200设有第二进气口210以及第二出气口220，第二进气口210与第一排气口120通过管路连接，且管路上设有阀门。

补充活塞装置300设有第二活塞310，第二活塞310与补偿活塞装置300的侧壁形成补偿腔320。补偿腔320的侧壁设有第三进气口321以及第三排气口322，第三进气口321与第二排气口220通过管路连接，且管路上课设置阀门。第三排气口322与第一进气口131通过管路连接，管路上设置有阀门。

控制器400与第一压力装置122以及第二活塞320通过线路连接。控制400可以是微处理器。在进行流量测试时，第一活塞110朝减小工作腔120的方向移动，第一压力装置122实时检测工作腔120内的气体压力，并将检测的气体压力通过电信号的形式传输至控制器400。控制器400会计算当前获取的气体压力以及上一次获取的气体压力的差值，若是差值的绝对值大于预设阈值，即可确定工作腔120内的气体压力变化量过大，控制器400则控制第二活塞320活动，从而减小或增大补偿腔320的容积使得工作腔120内的气体压力变化量小于预设阈值的目的。

在当待测活塞装置进行流量测试时，第一活塞朝减小工作腔容积的方向移动。故而在第一活塞朝减小工作腔容积的方向移动时，即可确定待测活塞装置进行流量测试，此时，流量测试系统中的控制器获取第一压力装置检测的工作腔的气体压力，也即在流量测试过程中，控制器会实时获取第一压力装置检测的工作腔内的气体压力。工作腔内的气体可以是天然气。

步骤S20，在上一次获取的气体压力与当前获取的气体压力之间的气体压力变化量大于预设阈值时，控制第二活塞移动，以增大或减小补偿腔的容积使工作腔的气体压力变化量小于预设阈值。

控制器会基于获取到的气体压力，计算工作腔内气体压力的变化量。若是气体压力变化量大于预设阈值，即可确定工作腔内的气体压力不恒定。控制器则控制第二活塞移动，以减小或增大补偿腔容积使得工作腔的气体压力变化量小于预设阈值。控制器可以通过机械臂驱动第二活塞移动。

进一步的，比对当前获取的气体压力以及上一次获取的气体压力。若是当前获取的气体压力大于上一次获取的气体压力时，即可确定工作腔内的气体压力过高，则控制第二活塞朝增大补偿腔容积的方向移动，从而降低工作腔内的气体压力，也即使得工作腔内的气体压力变化量小于预设阈值。在当前获取的气体压力小于上一次获取的气体压力时，即可确定工作腔内的气体压力过低，则控制第二活塞朝减小补偿腔容积的方向移动，从而增大工作腔内的气体压力，也即使得工作腔内的气体压力变化量小于预设阈值。预设阈值可为任意合数的数值，例如，预设阈值为10Pa。

在本实施例提供的技术方案中，在当第一活塞朝向减小工作腔容积的方向移动时，获取第一压力装置检测的工作腔的气体压力，若是气体压力变化量大于预设阈值，则控制第二活塞移动以增大或减小补偿腔容积使得工作腔内的气体压力变化量小于预设阈值。本发明中，在当待测活塞装置的工作腔的压力变化量较大时，通过调整补偿活塞装置中补偿腔的容积调整工作腔的气体压力变化量，进而使得流量测试过程中工作腔内的气体压力趋于恒定，提高了流量测试的准确性。

参照图4，图4为本发明流量测试方法第二实施例，基于第一实施例，步骤S20包括：

步骤S21，获取第一活塞杆的第一运动速度、待测活塞装置的腔体的第一直径、第一活塞杆的第二直径、补偿活塞装置的柱体的第三直径、第一压力装置检测的第一气体压力以及第二压力装置检测的第二气体压力。

步骤S22，根据第一运动速度、第一直径、第二直径、第三直径、第一气体压力以及第二气体压力，确定第二活塞杆的第二运动速度。

步骤S23，控制第二活塞杆按照第二运动速度移动，以增大或减小补偿腔的容积使工作腔的气体压力变化量小于预设阈值。

参照图2，流量测试系统还包括第一电机500以及第二电机600，第一电机500的驱动端(未标示)通过第一活塞杆140连接第一活塞110，且第二电机600的驱动端(未标示)通过第二活塞杆350连接第二活塞310。第一电机500以及第二电机600可以为步进电机。控制器400可以通过控制第一电机500驱动第一活塞杆140使得第一活塞110移动，且控制器400可以通过控制第二电机600驱动第二活塞杆350使得第一活塞310移动，从而实现流量测试系统的自动流量测试。在工作腔120内的气体压力大于预设压力时，需要控制第二电机驱动第二活塞进行移动，第二活塞的移动速度计算原理如下：

工作腔内排出的气体质量流量为：

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收集腔内进入的气体质量流量为：

依据质量守恒定律

(3)式中，D为待测活塞装置的内径(第一直径)；d为第一活塞杆的外径(第二直径)；v为第一活塞的运动速度；Φ为补偿活塞装置柱体的外径(第三直径)；v

因为测试流量小，收集腔以及工作腔内的气体温度基本没有变化，得出式(4)以及式(5)：

式(5)中，第二活塞的运动速度v

补充活塞装置300可设置上位机，通过在上位机上输入D、d以及Φ，控制器。基于第一电机500(步进电机)的脉冲，可以通过晶振测得第一活塞的运动速度。

在当工作腔内的气体压力变化量大于预设阈值时，控制器获取D、d、Φ、v、P

在控制第二活塞移动时，需要确定第二活塞的运动方向，也即需要确定第二电机的目标转向。控制器先基于第二运动速度(第二活塞的运动速度)确定第二电机的目标转速，控制器再比对当前获取的第一气体压力以及上一次获取的第二气体压力得到比对结果，从而根据比对结果确定第二电机的目标转向。具体的，在比对结果为第一气体压力大于第二气体压力，则第二电机的目标转向是第二电机驱动第二活塞杆增大补偿腔容积的转向，也即控制第二活塞向下(向下指的是图2中第二活塞的竖直向下)移动；在比对结果为第一气体压力小于第二气体压力，则第二电机的目标转向是第二电机驱动第二活塞杆减小补偿腔容积的转向，也即控制第二活塞向上(向上指的是图2中第二活塞的竖直向上)移动。在确定第二电机的目标转速以及目标转向后，即可控制第二电机按照目标转速以及目标转向运行。

在本实施例中，通过获取第一活塞杆的第一运动速度、待测活塞装置的腔体的第一直径、第一活塞杆的第二直径、补偿活塞装置的柱体的第三直径、第一压力装置检测的第一气体压力以及第二压力装置检测的第二气体压力，即可准确的确定第二活塞杆的第二运行速度，进而控制第二活塞杆以第二运动速度移动，以增大或减小补偿腔的容积使工作腔的气体压力变化量小于预设阈值。

在一实施例中，参照图2，工作腔120的侧壁设置有第四进气口123，第四进气口123与收集腔130的侧壁的第四排气口132通过设有阀门150的管路连通；在第二活塞310朝增大补偿腔320容积的方向移动时，阀门150闭合；在第二活塞310朝减小补偿腔320容积的方向移动时，阀门150断开。也即在完成一次流量测试时，第一活塞110需要复位，此时，闭合阀门150，使得第一活塞110能够快速的朝左移动，也即第一活塞110朝增大工作腔120的方向移动。而在进行流量测试，也即第一活塞110朝减小工作腔120的方向移动时，阀门150断开。可以理解的是，在待测活塞装置完成流量测试，且第二活塞朝增大工作腔容积的方向移动时，控制阀门打开。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。