[发明专利]气体流量计

说明书

技术领域

本发明涉及测定体积的气体流量计领域。这里描述的气体流量计技术特别适用于住宅应用的气体流量计。

背景技术

测定体积的住宅用气体流量计的最常见形式是隔膜气体流量计。

这是一种以正位移原理工作的机械装置，其在每个完全的周期内允许固定体积的气体通过。机械流量计在正常的操作中会受到磨损的影响，这将导致精度随时间降低以及最后完全失效的可能性。自动计量读数(Automatic Meter Reading，AMR)装置的日益流行意味着必须经常用一些形式的编码器与机械读出器形成接口，以便可以自动地读出消耗量信息。

希望可以提供不包含运动部件的气体流量计，即静态气体流量计，其中，消耗的气体的体积的测量是直接以电子形式获得的。从这种实现中还可以获得其他的益处，包括基于使用时间、高峰需求或者局部气体价格变动来设置更加复杂的价目表的能力，或者与其他诸如电、油或可再生能源之类的家用能源共享信息的能力。已经开发出了三个类型的静态体积测量的气体流量计。第一类型是可以商业获得的用于利基应用的传播时间式超声流量计，利基应用可以支撑这种流量计的高昂成本。第二类型已知技术是热质量流量计，这是该领域中的较新的技术，采用了旁路方法和微型加工传感器。第三类型是射流振荡器流量计，这种类型是在20世纪50年代开发的。所有这些剂量技术都具有比机械式流量计更昂贵的缺点，并要求相当数量的电池能量，这也增大了成本。

US3,688,106(Brain)描述了一种用于测量导管中的气体速度的流量计。这种流量计具有一个离子源和两个离子采集器，以便导管中的首先被电离，然后通过采集器。将电压脉冲施加到第一采集器，测量这个脉冲和在第二采集器处所采集到的离子数量中产生的效果之间的间隔，来给出气体速度。通过确定在第二个采集器位置处在脉冲之间采集的离子的数量来测量气体密度，从速度和密度的乘积中得到质量流量。在该系统中，施加到第一采集器的电压脉冲是100Hz方波，120伏的电压被施加通过第二采集器。高电压和高调制频率使这种设计不适合家用气表所需要的低电压供电工作。在US3,842,670和US2,632,326中描述了离子化速度气体流量计的其他结构。

希望提供在US 3,688,106(Brain)中描述的通用类型的气体流量计，其可以以几伏的工作电压工作，以便可以用标准电池对这种流量计进行经济地供电。然而，对于Brain所描述的流量计的几何结构，本质上要求采集器的电极是足够间隔的，使得采集器对气流表现出很小的阻抗或者不表现出阻抗。从而，需要一个超过100伏的工作电压来提供足够大的电场以使流量计的电极发挥作用。由于要用只有几伏的工作电压来产生相同的电场，安装在Brain流量计中的导管直径需要小100倍，这会显著地阻挡家用气体供应的气流。

至少在其优选实施例中，本发明寻求提供一种改进的体积测量的气体流量计，这种流量计以电学操作原理和离子化气流检测工作，采用下面的原理：气体的速度场与离子化分布相互作用，并改变检测到的信号。在特定的实施例中，该气体流量计特别适用于计量来自国家或地区的供气网络的气体用量。

发明内容

因此，从一个方面考虑，本发明提供了气体流量计，该气体流量计包括一个用作气流通路的导管以及在使用中用于使导管中的气流电离的电离装置。在电离装置下游的调制电极结构用于调制在已电离的气流中的离子分布。在调制电极结构下游的至少一个第一检测电极结构用于检测已电离气流中的已调制的离子分布。配置调制电极结构和检测电极结构中的至少一个，以产生具有至少一个平行于气流方向的实质分量的电场。

从而，根据本发明，电极结构产生电场，该电场具有至少一个平行于气流方向的实质分量。通过使电场平行而不是像现有技术中的情况那样垂直于气流方向，通过改变电极结构的电极之间的间距，可以调制电场强度，间距的这种改变不需要影响通过导管的气流，以这种方式，可以使气体流量计的流体动态需要独立于电学需要，这使得可以制造可以以足够低的电压工作的用作家用气体流量计的气体流量计。

可以配置调制电极结构来产生具有至少一个平行于气流方向的实质分量的电场(例如)来选择用作已电离的气流的离子的特定极性。另外或可替换地，可以配置检测电极结构来产生具有至少平行于气流方向的实质分量的电场(例如)来选择性地检测离子的特定极性。

在特定实施例中，产生的电场基本上平行于气流的方向。然而，这不是必要的。例如，高电场可以包括基本上平行于气流方向的分量以及基本上垂直于气流方向的分量。