天津滨海 300457
摘要：本文针对农村煤改气项目中使用的智能燃气表，根据农村户外环境、使用条件等多因素，详细从四个方面阐释了，提供了技术解决方案，并对改造效果进行了跟踪测试，达到了预期的使用效果。
关键词：燃气表；智能应用；信号稳定；报警功能；预交费
农村使用环境与城镇使用环境不尽相同，无线远传膜式燃气表在实际使用过程中出现各类问题。采暖季过后，针对农村使用环境对燃气表进行了总结分析，并进行有针对性地升级改造，打造了一款适用农村环境的全新燃气表。
一 燃气表概述
目前使用的无线远传膜式燃气表为阶梯气价燃气表（简称燃气表），用于计量管道中气体的流量，具有IC卡预收气费、无线网络远程缴费、抄表及控阀功能。
二 运行过程中存在的问题
经过一个采暖季的运行，燃气表主要表现出四大类问题。
1.安装、拆卸燃气表隐患
随意的拆卸、安装及不规范的操作燃气表会导致燃气表进出气口密封失效，引起燃气外泄的任何部位（例如燃气表上、下壳结合处，管接头、取压口、控制阀及传感器等连接处）发生形变，进而引发燃气外泄，存在严重的安全隐患。
2．管道老化、损坏
管道的老化、损坏（甚至人为破坏）都会导致的燃气管道轻微泄漏现象，这种泄漏一般不易被发现，也存在严重的安全隐患。
3．脱管、断管
连接管道的灶具、壁挂炉等出现的脱管、断管现象，会使短时间内在一定的空间聚集大量的可燃气体，一旦遇到明火后果不堪设想。
4．输差
输差是指输气公司交接的总气量与输气公司支付给用户的总气量之差。输差产生的原因很多，最主要的有两种：一种是计量产生的误差：另一种是输气系统因设备质量、腐蚀、管理和气温及其它因素造成的泄漏。
针对上述四类问题，通过大量调研、印证、实验，结合设备生产厂家升级解决方案，从产品结构及技术两个方面确定了改造方案。
三 问题分析
1.技术原理分析
膜式燃气表是一种强制贸易结算依据的计量器具，随着燃气使用的普及，膜式燃气表被广泛使用，如何把燃气表表内气体的通过量传递到燃气表表外的计数器上记录下来，当前有两种方式。一种是机械传动，上表壳开一孔，孔中穿入传动轴，传动轴表内部分与表内的传动机构连接，传动轴表外部分与计数器连接，通过传动轴的转动将表内气体的通过量传递到表外的计数器上。这种传递方式需要在上表壳开孔处做密封处理，另一种是磁传动，壳体内外设有小磁环和大磁环，小磁环和大磁环通过磁耦合传动，将表内的气体通过量传递到表外的计数器上。
该结构设计无论是轴传动采样还是磁传动均可直接安装此改造装置，实现精准计量。
2.外观结构分析
该装置结构含有感应轮，下壳体、采样电路板、主电路板、上壳体、透明灌胶盒盒、电子计数器、无线模块盒、上壳体、电池盖板；其特征是：感应轮为圆形结构，其表面均匀分布有多个磁钢，感应轮与膜式燃气表基表的传动轴采用一般键连接；下壳体设有开孔，感应轮可通过此开孔穿过下壳体；采样电路板位于下壳体左右两个开孔的中间位置，与下壳体采用卡扣连接；采样电路板经导线焊接于主电路板，将流量信号传送给主电路板以供分析；下壳体设有电池仓，电池组可放置于电池仓内；主电路板灌胶密封于透明灌胶盒内；电子计数器放置于透明灌胶盒内；透明灌胶盒与下壳体采用卡扣连接；无线模块盒卡于下壳体内侧；上壳体设有透明显示窗；电池盖板与上壳体采用滚轴和卡扣相连接；上下壳体采用螺丝固定连接。
3.装配分析
先将感应轮安装于膜式燃气表基表的传动轴上，下壳体与膜式燃气表基表固定，再将采样电路板与下壳体用卡扣连接，依次将主电路板、电子计数器放置于透明灌胶盒内，透明灌胶盒与下壳体采用卡扣连接；将无线模块盒安装于下壳体内侧，电池盖板与上壳体采用滚轴和卡扣连接后，上、下壳体用螺丝固定连接。本实用新型的工作流程是：当燃气表有气体通过时，传动轴带动感应轮转动，感应轮上的磁钢配合磁阻传感器以及信号处理电路，将输入信号转变成数字波形（脉冲）传送给主电路板，由主电路板进行下一步处理，也可将采集到的气量信息经无线远传模块上传至上一级管理中心，方便管理部门对气表的管理。
四 技术改造方案
1.持久供电
使用4节干电池供电+1节3.6V锂电池供电方式，干电池、锂电池均用于计量、数据通讯、控制，区别在于锂电池在干电池低电或掉电的情况下才启用，并且支持每天的数据上报。双电源供电模式在常规产品上已经批量使用，技术成熟可采用。
双电源供电。燃气表供电方式为4节5号干电池和1节锂电池同时供电，锂电池寿命至少保证10年。
2.远传预付费
可实现IC卡及无线远传预付费功能。可通过IC卡实现卡充值预付费功能，同时也可以实现无线远程充值预付费功能。
低（掉）电关阀功能。当电池电量不足或去掉干电池时，应能关闭阀门，并且显示屏有相应提示。
3.报警功能
3.1 剩余金额不足关阀提醒功能。当剩余金额不足或低于报警值3.2应能关闭阀门，并且显示屏有相应提示。
3.3具有阶梯气价，远程调价功能。支持5个阶梯6个价格，并且可通过远程方式实现价格调整。
3.4远程抄表及控制功能。可通过远程方式实现数据抄读及控阀。
3.5防拆卸报警功能。当燃气表被拆卸和发生倾斜时，能够自动关闭阀门，并上报异常信息。
3.6小流量泄漏报警功能。当燃气表的泄漏量及泄漏时间达到设定值时，能够自动关闭阀门，并上报异常信息。
3.7过流报警功能。当燃气表的流量超过设定值时，能够自动关闭阀门，并上报异常信息。
3.8掉电后仍可通讯功能。去掉干电池后，应能实现数据的上报。
4.温度补偿
利用标准气体状态方程对气体体积进行修正，以达到结算的准确。换算公式为：
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式中：
Qb，t ——基准气体温度条件下的体积，单位为立方米（m3）；
Qg，t ——工作温度条件下的体积，单位为立方米（m3）；
Tb ——基准气体温度293.15K（tb=20℃）；
Tg ——测量条件下的工作介质绝对温度（tg＋273.15）K。
5.信号稳定
信号稳定性取决于集中器（网管）的覆盖范围，未能覆盖的范围可通过增加集中器（网管）解决，信号覆盖范围可控制，能够确保无线信号100%被覆盖。
6.外观调整
由于用于燃气表功能增加，硬件需要做调整，此外为方便现场施工操作，电路板需设计成异形（L型），以能够加装锂电池，较现有电路板尺寸大一倍，成本较高。
由于电路板尺寸调整，考虑到电路的密封性及灌胶工艺，灌胶盒需重新设计及重新开模。
7.程序实现
程序功能在类似燃气表产品基础上升级，由于增加温度修正及其他功能，程序代码增加，数据存储量增加，因此可采用美国TI MSP430F6972单片机，此单片机采用铁电存储技术，功耗低、存储寿命长、性能稳定，缺点是较原来的单片机成本较高。
五 技术改造成果
1.实现了防拆卸功能
内置微动开关，当发现燃气表被拆卸、移动时，主动上报告警信息。解决随意拆卸燃气表的问题。
2.实现了微漏检测功能
可发现管道因老化、损坏等原因导致的燃气管道轻微泄漏现象，主动上报告警信息，能够及时发现管道老化、损坏，消除安全隐患。
3.实现了过流关阀功能
可发现燃气流量过大（脱管、断管）现象，主动上报告警信息。及时发现脱管、断管，消除安全隐患。
4.实现了掉电报警功能
内置锂电池做备电，当检测到掉电信号时，主动上报告警信息，及时察觉燃气表的动态。
5.解决了输差问题
燃气表升级为具有温度补偿功能，消除温度对燃气表计量的影响，减小输差。
六 结论
以上方案的燃气表改造工作通过长时间低温冷冻条件下运行实验、拆卸报警检测、小流量微漏、大流量漏气检测，检测全部合格，计量检定在计量院检测合格，显示本改造方案具有切实可行性。