一种热式气体流量计的计量输出方法、装置和存储介质与流程

本发明实施例涉及气体计量技术领域，尤其涉及一种热式气体流量计的计量输出方法、装置和存储介质。

背景技术：

热式气体流量计是基于流体传热学原理来测量气体流量的仪表。热式气体流量计的计量输出一般由气体流速、热力学物性和仪表结构参数三者决定，其中，热力学物性易受被测气体的组分、温度或压力等因素的影响而发生改变，使得热式气体流量计的计量输出误差较大。

为解决上述问题，现有技术中对于单一气体或固定组成多组分混合气体，通常采用实气标定方法获得气体转换系数k以对输出流量值进行修正。但是该方法弊端在于不能适应气质复杂多变的多组分气体应用场景，而且单一表计实气标定获得气体转换系数k用于所有表计的修正时，对于产品的一致性要求非常高。

或者通过在热式气体流量计中植入组分传感组件或外置在线色谱分析设备等方案来实现在线流量修正。前者通过有限次数的实流标定建立组分感知变量与气体之间的映射关系，进而获得实时被测气体转换系数，对流量进行在线修正，但遍历性较差；后者利用具有代表性在线气体组成实现区域内所有仪表的流量修正，与实测气体缺乏同步性。

技术实现要素：

本发明提供一种热式气体流量计的计量输出方法、装置和存储介质，以实现热式气体流量计的计量输出除去热力学物性的影响，进而使得热式气体流量计的计量输出由气体流速和仪表结构参数决定，与被测气体的热力学物性无关，从而无需实气标定，提高气体标定过程的安全性。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种热式气体流量计的计量输出方法，包括以下步骤：

获取被测气体的温差函数；

对所述温差函数进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数；

根据修正后的温差函数以及预存的温差函数与气体流速的对应关系表，获取被测气体的流速。

根据本发明的一个实施例，对所述温差函数进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数包括：

获取被测气体的热物性参数；

将所述热物性参数与所述温差函数作计算，获取修正后的温差函数。

根据本发明的一个实施例，将所述热物性参数与所述温差函数作计算，获取修正后的温差函数包括：

将所述热物性参数与所述温差函数作除法计算，获取修正后的温差函数。

根据本发明的一个实施例，热物性参数为实时监测被测气体实际工况下的热导率参数、工况热容参数、热扩散系数、粘度参数中一个参数或多个参数的组合。

根据本发明的一个实施例，在获取被测气体的温差函数之前还包括：

获取标定气体的温差函数与气体流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，获取标定气体的温差函数与气体流速的对应关系表包括：

获取不同标准流速下的标定气体的温差函数；

对所述温差函数进行介质无关性处理，获取不同标准流速下的修正后的温差函数；

获取修正的温差函数与不同标准流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，对所述温差函数进行介质无关性处理，获取不同标准流速下的修正后的温差函数包括：

获取标定气体的热物性参数；

对所述温差函数与所述热物性参数作除法计算，获取不同标准流速下的修正后的温差函数。

根据本发明的一个实施例，不同的标准流速包括体积流速、质量流速或标准体积流速中的一种。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种热式气体流量计的计量输出装置，包括：

温差函数获取模块，用于获取被测气体的温差函数；

处理模块，用于对所述温差函数进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数；

流速获取模块，用于根据修正后的温差函数以及预存的温差函数与气体流速的对应关系表，获取被测气体的流速。

根据本发明的一个实施例，所述处理模块包括：

热物性参数获取模块，用于获取被测气体的热物性参数；

计算模块，将所述热物性参数与所述温差函数作计算，获取修正后的温差函数。

根据本发明的一个实施例，所述计算模块用于，

将所述热物性参数与所述温差函数作除法计算，获取修正后的温差函数。

根据本发明的一个实施例，还包括：

对应关系表获取模块，用于获取标定气体的温差函数与气体流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，所述对应关系表获取模块，包括：

标定温差函数获取单元，用于获取不同标准流速下的标定气体的温差函数；

标定处理单元，用于对所述温差函数进行介质无关性处理，获取不同标准流速下的修正后的温差函数；以获取修正的温差函数与不同标准流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，所述标定处理单元包括：

标定热物性参数获取单元，用于获取标定气体的热物性参数；

标定计算单元，用于对所述温差函数与所述热物性参数作除法计算，获取不同标准流速下的修正后的温差函数。

为实现上述目的，本发明第三方面实施例还提出了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，计算机可读，该程序被处理器执行时实现如前所述的热式气体流量计的计量输出方法。

根据本发明实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法、装置和存储介质，该方法包括，首先获取被测气体的温差函数；接着对所述温差函数进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数；然后根据修正后的温差函数以及预存的温差函数与气体流速的对应关系表，获取被测气体的流速，以实现热式气体流量计的计量输出除去热力学物性的影响，进而使得热式气体流量计的计量输出由气体流速和仪表结构参数决定，与被测气体的热力学物性无关，从而无需实气标定，提高气体标定过程的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图；

图2是本发明一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图；

图3是本发明另一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图；

图4是本发明又一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图；

图5是本发明再一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图；

图6是本发明另一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图；

图7是本发明实施例提出的热式气体流量计的计量输出装置的方框示意图；

图8是本发明一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出装置的方框示意图；

图9是本发明另一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出装置的方框示意图；

图10是本发明又一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出装置的方框示意图；

图11是本发明再一个实施例提出的热式气体流量计的计量输出装置的方框示意图；

图12是本发明实施例还提出的存储介质的方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法的流程图。如图1所示，该计量输出方法包括以下步骤：

s101，获取被测气体的温差函数；

需要说明的是，被测气体的温差函数u(α，f)可通过mems流速传感器获取的温度变化信号获取，其中，mems流速传感器获取的温度变化信号除了被测气体流速f导致的上游与下游的温度差，该温度变化中还携带着由气体热物性参数α(λ,ρ,cp，……)影响的温度变化。气体热物性参数影响的温度变化是指气体在静态状态下近热源与远热源之间的温度变化，通过静态状态下的气体离热源远近的温度不同，可以获取静态状态下的气体随热源加热的温度变化，并可以根据这个温度变化获取气体本身的热物性参数。由此，可以获取气体热物性参数α(λ,ρ,cp，……)，将被测气体的温差函数u(α，f)中的α剔除，使得被测气体的温差函数u(α，f)变为u’(f)，即mems流速传感器获取的温度变化仅与被测气体流速f相关。从而可根据预存的温差函数与气体流速之间的对应关系，获取被测气体流速。

其中，mems(micro-electro&mechanicalsystem，微机电系统)，是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

根据本发明的一个实施例，热物性参数α为实时监测被测气体实际工况下的热导率参数、工况热容参数、热扩散系数、粘度参数中一个参数或多个参数的组合。

实时监测被测气体实际工况是指，气体以不同流速(举例来说，当质量流速为1g/s，2g/s等)流动时，每种流速下对应的热物性参数α。

s102，对温差函数u(α，f)进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数u’(f)；

根据本发明的一个实施例，如图2所示，s102对温差函数u(α，f)进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数u’(f)包括：

s1021，获取被测气体的热物性参数α；

其中，被测气体的热物性参数α可以通过mems热物性传感器获取的温度变化来获取，mems热物性传感器检测气体处于静态时的近热源与远热源温度变化，从而根据该温度变化获取被测气体的热物性参数α。

s1022，将热物性参数α与温差函数u(α，f)作计算，获取修正后的温差函数u’(f)。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，s1022，将热物性参数α与温差函数u(α，f)作计算，获取修正后的温差函数u’(f)包括：

s10221，将热物性参数α与温差函数u(α，f)作除法计算，获取修正后的温差函数u’(f)。

其中，u’(f)＝u(α，f)/α(λ,ρ,cp，……)。

s103，根据修正后的温差函数u’(f)以及预存的温差函数u’(f)与气体流速f的对应关系表，获取被测气体的流速f。

基于此，通过流速传感器与热物性传感器的集成应用，利用热物性传感器输出对流速传感器输出进行介质无关性处理，以消除气体组分变化对流速输出的影响，解决了气体组分检测缺乏实时性且局限于特定气体类型的问题，提高了热式气体流量计在多组分气体计量领域的精准度和适应性。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，在s101之前，在获取被测气体的温差函数之前还包括：

s201，获取标定气体的温差函数与气体流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，如图5所示，s201获取标定气体的温差函数与气体流速的对应关系表包括：

s2011，获取不同标准流速下的标定气体的温差函数；

不同标准流速可以为不同体积流速、不同标准体积流速或不同质量流速，下面以不同质量流速为例进行说明。

已知标定气体的质量流速，1g/s，使用流速传感器获取该质量流速1g/s下的温差函数；

已知标定气体的质量流速，2g/s，使用流速传感器获取该质量流速2g/s下的温差函数；依次类推，获取多个不同质量流速下的温差函数。

s2012，对温差函数进行介质无关性处理，获取不同标准流速下的修正后的温差函数；获取修正的温差函数与不同标准流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，如图6所示，s2012对温差函数进行介质无关性处理，获取不同标准流速下的修正后的温差函数包括：

s20121，获取标定气体的热物性参数；

使用热物性传感器获取质量流速为1g/s下的标定气体的热物性参数。使用热物性传感器获取质量流速为2g/s下的标定气体的热物性参数。依次类推，获取多个不同质量流速下标定气体的热物性参数。

s20122，对温差函数与热物性参数作除法计算，获取不同标准流速下的修正后的温差函数。

将质量流速为1g/s下的标定气体的热物性参数与质量流速为1g/s下的标定气体的温差函数作除法计算，剔除标定气体温差函数中的热物性参数，使得标定气体的温差函数仅与质量流速相关，进而获取一组修正后的温差函数与质量流速的对应关系。

同样的，将质量流速为2g/s下的标定气体的热物性参数与质量流速为2g/s下的标定气体的温差函数作除法计算，剔除标定气体温差函数中的热物性参数，使得标定气体的温差函数仅与质量流速相关，进而获取一组修正后的温差函数与质量流速的对应关系。

依次类推，获取多组修正后的温差函数与质量流速的对应关系。

其中，由于最终获取的修正后的温差函数与热物性参数不相关，即与气体本身属性无关，进而标定气体可以为空气或氮气，提高了标定过程的安全性。

同理还可以获取多组修正后的温差函数与体积流速的对应关系，或多组修正后的温差函数与标准体积流速的对应关系。实际使用时可以根据需求情况选择何种流速进行标定。

根据本发明的一个实施例，不同的标准流速包括体积流速、质量流速或标准体积流速中的一种。其中，标准体积即为摩尔体积。

基于此，通过对流速传感器与热物性传感器输出进行介质无关性处理，无需实气标定，采用空气或氮气等常见介质一次标定后，即可用于任意气体计量，大大简化仪表标定流程，降低了mems热式气体流量计的工程实现成本，同时，解决了实气标定获得的气体转换系数在全量程范围内不唯一的问题。

图7是本发明实施例提出的热式气体流量计的计量输出装置的方框示意图。如图7所示，该装置，包括：

温差函数获取模块101，用于获取被测气体的温差函数u(α，f)；

处理模块102，用于对温差函数u(α，f)进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数u’(f)；

流速获取模块103，用于根据修正后的温差函数u’(f)以及预存的温差函数u’(f)与气体流速f的对应关系表，获取被测气体的流速f。

需要说明的是，被测气体的温差函数u(α，f)可通过mems流速传感器获取的温度变化信号获取，其中，mems流速传感器获取的温度变化信号除了被测气体流速f导致的上游与下游的温度差，该温度变化中还携带着由气体热物性参数α(λ,ρ,cp，……)影响的温度变化。气体热物性参数影响的温度变化是指气体在静态状态下近热源与远热源之间的温度变化，通过静态状态下的气体离热源远近的温度不同，可以获取静态状态下的气体随热源加热的温度变化，并可以根据这个温度变化获取气体本身的热物性参数。由此，可以获取气体热物性参数α(λ,ρ,cp，……)，将被测气体的温差函数u(α，f)中的α剔除，使得被测气体的温差函数u(α，f)变为u’(f)，即mems流速传感器获取的温度变化仅与被测气体流速f相关。从而可根据预存的温差函数与气体流速之间的对应关系，获取被测气体流速。

其中，mems(micro-electro&mechanicalsystem，微机电系统)，是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，处理模块102包括：

热物性参数获取模块1021，用于获取被测气体的热物性参数α；

其中，被测气体的热物性参数α可以通过mems热物性传感器获取的温度变化来获取，mems热物性传感器检测气体处于静态时的近热源与远热源温度变化，从而根据该温度变化获取被测气体的热物性参数α。

计算模块1022，将热物性参数α与温差函数u(α，f)作计算，获取修正后的温差函数u’(f)。

根据本发明的一个实施例，计算模块1022用于，

将热物性参数α与温差函数u(α，f)作除法计算，获取修正后的温差函数u’(f)。

其中，u’(f)＝u(α，f)/α(λ,ρ,cp，……)。

基于此，通过流速传感器与热物性传感器的集成应用，利用热物性传感器输出对流速传感器输出进行介质无关性处理，以消除气体组分变化对流速输出的影响，解决了气体组分检测缺乏实时性且局限于特定气体类型的问题，提高了热式气体流量计在多组分气体计量领域的精准度和适应性。

根据本发明的一个实施例，如图9所示，该装置还包括：

对应关系表获取模块201，用于获取标定气体的温差函数与气体流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，如图10所示，对应关系表获取模块201，包括：

标定温差函数获取单元2011，用于获取不同标准流速下的标定气体的温差函数；

不同标准流速可以为不同体积流速、不同标准体积流速或不同质量流速，下面以不同质量流速为例进行说明。

已知标定气体的质量流速，1g/s，使用流速传感器获取该质量流速1g/s下的温差函数；

已知标定气体的质量流速，2g/s，使用流速传感器获取该质量流速2g/s下的温差函数；依次类推，获取多个不同质量流速下的温差函数。

标定处理单元2012，用于对温差函数进行介质无关性处理，获取不同标准流速下的修正后的温差函数；以获取修正的温差函数与不同标准流速的对应关系表。

根据本发明的一个实施例，如图11所示，标定处理单元2012包括：

标定热物性参数获取单元20121，用于获取标定气体的热物性参数；

使用热物性传感器获取质量流速为1g/s下的标定气体的热物性参数。使用热物性传感器获取质量流速为2g/s下的标定气体的热物性参数。依次类推，获取多个不同质量流速下标定气体的热物性参数。

标定计算单元20122，用于对温差函数与热物性参数作除法计算，获取不同标准流速下的修正后的温差函数。

将质量流速为1g/s下的标定气体的热物性参数与质量流速为1g/s下的标定气体的温差函数作除法计算，剔除标定气体温差函数中的热物性参数，使得标定气体的温差函数仅与质量流速相关，进而获取一组修正后的温差函数与质量流速的对应关系。

同样的，将质量流速为2g/s下的标定气体的热物性参数与质量流速为2g/s下的标定气体的温差函数作除法计算，剔除标定气体温差函数中的热物性参数，使得标定气体的温差函数仅与质量流速相关，进而获取一组修正后的温差函数与质量流速的对应关系。

依次类推，获取多组修正后的温差函数与质量流速的对应关系。

其中，由于最终获取的修正后的温差函数与热物性参数不相关，即与气体本身属性无关，进而标定气体可以为空气或氮气，提高了标定过程的安全性。

同理还可以获取多组修正后的温差函数与体积流速的对应关系，或多组修正后的温差函数与标准体积流速的对应关系。实际使用时可以根据需求情况选择何种流速进行标定。

基于此，通过对流速传感器与热物性传感器输出进行介质无关性处理，无需实气标定，采用空气或氮气等常见介质一次标定后，即可用于任意气体计量，大大简化仪表标定流程，降低了mems热式气体流量计的工程实现成本，同时，解决了实气标定获得的气体转换系数在全量程范围内不唯一的问题。

图12是本发明实施例还提出的存储介质的方框示意图。如图12所示，存储介质301上存储有计算机程序，计算机可读，该程序被处理器302执行时实现如前的热式气体流量计的计量输出方法。

由此，在热式气体流量计中集成流速传感器和热物性传感器，通过热物性传感器输出对流速传感器输出进行介质无关性处理，通过标定获得被测介质流量与介质无关性传感器输出的定量关系，测量过程中直接输出被测介质流量，解决且不受气体组分检测对于特定检测方法和装置的局限。mems热式气体流量计内置“介质无关性标定曲线”(即流速与修正后的温差函数的对应关系)，无需通过实流标定获取气体转换系数对流量进行二次转换修正。

本发明实施例中将mems热式气体流量计多组分气体修正方法中常规的气体转换系数修正流量的方案改进为热物性在线跟踪补偿，由于改进后流量计无需再次进行实气标定获取气体转换系数，大大简化标定流程，并解决了固定气体转换系数无法确保全量程检测精度的问题，提高了热式气体流量计在多组分气体领域的计量精准度和环境适应性。

利用mems热物性传感器实时跟踪被测气体由于组分或环境因素(温度和压力)引起的物性变化，由于改进后无需获知被测气体具体组分和环境状态，不再局限于气体组分检测对于特定检测方法和装置，同时减少了对于“实气”标定的依赖性，推动了热式气体流量计在多组分混合气体领域的推广应用。

综上所述，根据本发明实施例提出的热式气体流量计的计量输出方法、装置和存储介质，该方法包括，首先获取被测气体的温差函数；接着对温差函数进行介质无关性处理，获取修正后的温差函数；然后根据修正后的温差函数以及预存的温差函数与气体流速的对应关系表，获取被测气体的流速，以实现热式气体流量计的计量输出除去热力学物性的影响，进而使得热式气体流量计的计量输出由气体流速和仪表结构参数决定，与被测气体的热力学物性无关，从而无需实气标定，提高气体标定过程的安全性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。