[发明专利]一种同时测量沼气成份与流量的装置及测量方法

权利要求书

1.一种同时测量沼气成份与流量的装置，其特征在于，包括：

一单片机：控制驱动单元发送驱动信号，同时控制计数器开始计数；接收峰值检测单元的峰值信号，通过单片机内部信号幅值闭环控制算法，得到调整信号需要的放大倍数，并发送放大倍数的指令给增益控制单元；接收温度传感器的电压信号，转换为温度；控制人机界面系统；

两个设置在沼气管道内的超声波传感器，即超声波传感器一和超声波传感器二：用于发射和接收超声波信号从而测量沼气的声速以及流速；其中，超声波传感器一发射超声波信号时，超声波传感器二接收超声波传感器一发射的信号，超声波传感器二发射超声波信号时，超声波传感器一接收超声波传感器二发射的信号；

一驱动单元：受单片机控制，用于驱动超声波传感器发射超声波信号；

一放大电路：用于接收超声波传感器一和超声波传感器二的超声波信号并将信号放大；

一峰值检测单元：接收经过放大电路放大后的超声波信号,并将峰值信号传送给单片机；

一增益控制单元：接收单片机发送的放大倍数的指令，并根据该指令控制放大电路的放大倍数；

一比较器：接收放大电路调整后的信号；并根据信号的高低输出输出电平用于控制计数器停止计数；

一计数器：单片机控制开启计数，比较器输出电平上升沿控制计数器停止计数；

一温度传感器：输出电压随温度变化，将电压信号传递给单片机进行运算处理，得到沼气温度；

一人机界面系统：接收单片机最终输出的沼气成份和流量信息，并显示。

2.一种采用权利要求1所述的装置进行同时测量沼气成份与流量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

一个实时检测当前所测气体是否为沼气的步骤：基于信号幅值闭环控制算法，即根据信号相对幅值来判定沼气和空气，所述信号相对幅值为峰值检测单元检测的峰值检测幅值除以放大倍数，相对幅值小于0.6时为沼气，大于0.6时为空气；

一个测量沼气成份的步骤：基于二元法进行沼气成份的测量，即首先通过超声波传感器测量沼气的声速c，通过温度测量单元测量沼气的温度，再基于混合气体特征方程计算沼气中CO₂气体的体积浓度由温度与饱和水气压的关系来计算水蒸气的体积浓度最后计算可得CH₄气体的体积浓度

一个测量沼气流量的步骤：通过测量超声波信号顺流与逆流的时间差来测得沼气的流速，从而计算出沼气的流量。

3.根据权利要求2所述的一种同时测量沼气成份与流量的方法，其特征在于，其中沼气的声速c的具体测量方法是：定义超声波行走的路径长度为L，所述路径长度即声程；两个超声波传感器轴线与管道轴线夹角均为θ，则：首先由超声波传感器一发射顺流方向的超声波信号，由超声波传感器二进行接收，由计数器进行记录传播时间为t_a；其次，由超声波传感器二发射逆流方向的超声波信号，由超声波传感器一进行接收，由计数器进行记录传播时间为t_b；则沼气的声速