具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种智能气瓶测控装置，应用于燃气钢瓶300，如图1-图8所示，该智能气瓶测控装置包括压力调节单元200、流量测量单元100和数据处理模块。

压力调节单元200包括压力调节本体、压力调节阀和第一连接端口，压力调节阀包括安装于压力调节本体的调节手柄，调节手柄凸出于压力调节本体，用于调节压力调节本体内的第一流道内燃气的压力，第一连接端口用于连接燃气钢瓶300。

流量测量单元100包括流量测量本体105、流量传感元件和第二连接端口，流量测量本体105内具有第二流道110，第二流道110与第一流道连通，流量传感元件安装于流量测量本体105，且流量传感元件的感应部位位于第二流道110；流量测量本体105固接于压力调节本体；第二连接端口设置于流量测量本体105的自由端，且与第二流道110连通，用于外接燃气管路。

数据处理模块用于处理流量传感元件所提供的信息。

本实施例所提供的智能气瓶测控装置，使用时，通过压力调节阀来调节第一流道的燃气流通压力，通过流量传感元件测量第二流道110流通的流量，以此实现对燃气用量的精确测量，即：该智能气瓶测控装置，不仅能够调节燃气使用过程中的第一流道压力，而且还能精确测量燃气的使用量；由于在测量燃气用量的过程中，只需流量传感元件将其感应到的数据传输至相应终端进行相应的数据处理即可，无需人为对燃气瓶本体及其内部直接进行干预，不受燃气瓶自身参数影响，燃气使用数据能够直接而准确地计量，而不需要额外的信息或进行过多的计算，因此，具有测量精度高、安全性高、测量便利、易于远程管理及成本低的优点。

本实施例中，如图1-图4中，在压力调节单元200中，调节手柄为旋钮210，用于调节燃气输出压力，第一连接端口230用于连接到燃气钢瓶300的机械接口。压力调节本体优先采用铝合金材质。

其中，压力调节单元200用于将燃气钢瓶出口高压调降到燃气具可接受的低压，与现有所使用的燃气钢瓶的机械调压器具有相同的构造和功能，其内部压力调节结构和外观维持不变，压力调节本体的气体出口端延伸形成用于安装流量传感元件及后续所述的压力传感元件的流量测量本体，流量测量本体内的第二流道将容纳流量传感元件的感应部位及压力传感元件的感应部位，如此，使该智能气瓶测控装置集成有流量测量功能及压力测量功能。

数据处理模块中具有通过嵌入式连接的应用程序，并能够与终端交互，终端可以为用户终端、燃气钢瓶提供商、第三方服务提供商或云端。用户终端可以为智能终端设备，如智能手机。交互方式可以为无线传输。如此可以将燃气钢瓶的状态数据及使用数据发送给用户、燃气钢瓶提供商、第三方服务提供商或云端，从而优化对燃气钢瓶的使用和管理，对于燃气钢瓶的应用，同时提供安全管理和相应服务。例如，智能终端设备与指定的云端进行通信和数据交换，这些数据可以供燃气钢瓶供应商直接实时查询，以便进行库存和生产管理。

本实施例中，如图6和图7所示，第二流道110可拆卸式固接于流量测量本体105；第二流道110主要由多个同心筒状主体依次固定套设而成，第二流道110被同心筒状主体分隔为多个环状的流通通道。将第二流道110设置成可拆卸式固定连接于流量测量本体105，可以单独对该第二流道110进行加工，其不受流量测量本体105外部形状影响，进而可以批量加工，例如，批量模制一体成型，从而降低加工及制造成本。

当气流为层流时，流体的形态为抛物体，抛物体面上各点的流速不同，管道截面越大，流速分布越广；同时，受环境影响或管道压力影响，抛物体的形状会发生改变，造成测试重复性及相应精度较差。第二流道110被筒状主体分隔多个环状流通通道后，有效截面积将减少，燃气流速的分布会大大减少(相当于大管道抛物体的一个小部分截面)，从而增强第二流道110内燃气的流动稳定性，进一步保证测量精度。

具体的，同心筒状圆柱的外壁厚度范围为：1.5～3mm，优选为：2mm，内筒壁的厚度范围为：0.8～1.5mm，优选为：1.0mm。对于直径大于6mm的流道，增加同心筒状柱体将使流动更加稳定。对于直径为8mm的流道，同心筒状柱体的数量为两个，如图6所示，由第一圆柱111和第一内圆柱113固定连接而成，中间通过一隔板分隔成对称的半环体结构，中间隔板设置有中心窗口112，该中心窗口112与第二流道的通道连通，且流量传感载体102能够插入至该中心窗口112；对于直径为12mm的流道，同心筒状柱体的数量为三个，如图7所示，由第二外圆柱115、第二内圆柱116和第三内圆柱117固定连接而成，中间通过一隔板分隔成对称的半环体结构，中间隔板设置有中心窗口112，该中心窗口112与第二流道的通道连通，且流量传感载体102能够插入至该中心窗口112；以此类推。该第二流道110选择工程塑料或与相应气体润湿材料要求相兼容的材料制成。

本实施例中，如图4所示，流量测量单元100还包括压力传感元件101，压力传感元件101固接于流量传感元件，压力传感元件101的感应部位位于第二流道110内；优选地，压力传感元件101的感应部位位于第二流道110内高灵敏度的同心圆柱体的轴线部位。压力传感元件101的设置，可以测量第二流道110内的压力情况，当不使用燃气时，若流量测量元件检测到有流量值，或压力传感元件101检测到第二流道110内的压力有变化时，则说明可能存在燃气泄漏，以提醒用户及时维修，进而避免燃气的浪费，且保证使用安全性。

本实施例中，如如图4所示，流量传感元件具有流量传感载体102，流量传感载体102一端的流量感应部位位于第二流道110内，另一端为接线端口103；压力传感元件101固设于流量传感载体102。如此设置，相当于将压力传感元件101与流量测量元件集成于一体，大大简化了结构。

本实施例中，如图4所示，数据处理模块包括电路板120，电路板120安装于流量测量本体105，流量传感元件的接线端口103电连接于电路板120，压力传感元件101电连接于电路板120。流量传感元件及压力传感元件101将测得的燃气信息传输至电路板120，电路板120通过其内部嵌入的数据处理单元对燃气信息进行处理，使用者通过获取该处理结果，从而得到精确的燃气用量及压力值。

本实施例中，电路板120具有数据接口。该数据接口包括micro-USB、mini-USB、USB-C等形式的物理数据端口，用于在无线数据访问被禁用或不易访问的情况下访问下载数据，具体的，物理数据端口用于通过笔记本电脑或手持仪或U盘等数字数据处理设备，可通过该数据端口手动下载气体使用数据和燃气钢瓶状态数据，其中，包括历史数据。所连接的数字数据处理设备能够将无线数据传输到指定的云端，以进一步进行云数据处理。此物理数据端口最好不向用户提供，而只为保障数据安全和避免干扰风险需求的供应商或第三方服务商提供服务；仅允许供应商或第三方服务提供商访问。

本实施例中，如图4所示，流量测量单元100还包括保护盖130，保护盖130盖设于电路板120之外，且固接于流量测量本体105。该保护盖130的设置可以为流量传感元件、压力传感元件101、电路板120等提供必要的防尘和防水保护。该保护盖130可以用螺钉固定在流量测量本体105上。

本实施例中，如图4所示，智能气瓶测控装置包括电池和用于安装电池的电池载体140，电池载体140固接于流量测量本体105或保护盖130，电池电连接于电路板120。电路板120为印刷电路板。可以通过螺钉134将电池载体140固定连接于保护盖130，该电池载体140连接至电路板120的电源接口。该电路板120还具有监测电池电量状态的功能，并在剩余电池电量低于20％后触发电源故障警告。用户也可自行设置并进行编程，并设置相应的警告触发功能。电池160为流量测量元件提供电源，电池160选择为大容量锂离子电池或多个碱性电池，优选为至少9Ah的高容量锂离子电池，如，C型锂离子电池，其容量可保障该智能气瓶测控装置使用两年以上。另外，电源也可以是至少两个碱性电池，如，选择至少4节AA型碱性电池，可保障该智能气瓶测控装置使用一年，且更容易采购。其中，电源电路设计符合工业标准安全规定。

本实施例中，如图4所示，数据处理模块包括无线通信模块，无线通信模块的主体固设于电池载体140。其中，无线通信模块可根据本地要求或网络可用性进行更换。在优选实施例中，该无线通信模块包含低功耗蓝牙(the Bluetooth Low Energy，BTLE)模块和远距离无线数据模块，其可以是NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)、LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)、WIFI(Wireless Fidelity)、Sigfox(低功耗宽域互联网)或其他选项。BTLE模块用于与附近用户的智能终端通信和数据交换，远距离无线数据模块用于与远程数据中心或指定的云服务器通信和数据交换。无线通信模块能够将气体使用数据以及燃气钢瓶状态转发给相配对的智能终端设备，智能终端设备可以为智能手机、平板电脑等，这些智能设备可以广泛地为用户提供实时信息。智能终端设备运行的应用程序软件能够进行数据记录、分析燃气钢瓶内燃气使用状态等信息，智能终端设备上的应用程序软件还可以将燃气钢瓶的位置信息发送到云端。具体的，智能终端设备运行其内的应用程序，该应用程序将燃气钢瓶相应数据进一步中继到指定的数据中心或云进行数据处理。如果附近没有智能终端，则根据本地可用性，将与另一个远程无线数据模块交互，如NB-IoT、WIFI、LoRa或Sigfox，直接将气体数据和钢瓶状态转发给指定的数据中心或云端进行数据处理。其中，上述远距离无线数据模块中的一个与燃气钢瓶ID一起可以提供燃气钢瓶的地理位置。为了提高定位数据的安全性，GPS模块可以组合到这些远程模块中的任何一个，例如，GPS模块可以与NB-IoT模块结合，直接将燃气钢瓶的位置传送到指定的数据中心或云端，以提供燃气钢瓶的具体详细定位。当无线通信失败时，也可以通过USB数据端口等，将智能气瓶测控装置中存储的数据下载到与之可连接的智能终端装置上。应用程序或通过数据端口的数据连接将允许用户对智能终端设备进行编程，以便定制用户所需的附加功能(例如燃气余量下限)。在另一优选实施例中，所测量的数据可以直接中继到指定云的云端。云端还可以下传指令到指定的燃气钢瓶的智能气瓶测控装置，燃气钢瓶供应商将能够通过云端的数据来管理燃气钢瓶的生产、库存和配送，这将极大地帮助特别是民用燃气钢瓶供应商提高服务质量和效率。

本实施例中，如图4所示，流量测量单元100包括保护罩170，保护罩170为一端敞口的壳体结构，且固接于流量测量本体105，电路板120、保护盖130、电池载体140、蓄电池和无线通信模块均位于保护罩170内。该保护罩170通过螺钉固定到流量测量本体105上。为了对整个装置进行更加稳定的保护，该保护罩170优先采用铝合金制成，另外，该保护罩170也可以用坚固的工程塑料制成。为了保障其密封性，可以在保护罩170和流量测量本体105之间设置保护垫圈。保护罩170还可以采用其他材料制成，如铝合金，以符合智能气瓶测控装置的结构，满足工作环境的要求及相应工业气体行业标准的安全要求。

本实施例中，如图4所示，无线通信模块的天线180设置于保护罩170内，保护罩170靠近无线通信模块的天线端部能够传送无线信号，例如，在该天线的周边由无线信号可穿透的材料构成。天线180为低功耗无线蓝牙功能的传输天线，将其置于保护罩170内，能够减少甚至避免其被损坏，从而保证其使用安全性。

当然，如图2-图3所示，还可以将无线通信模块的天线180直接设置于保护罩170之外。

本实施例中，如图1-图4所示，第二连接端口固设有用于外接燃气管道的笋状连接接头220。

本实施例中，流量测量本体105与压力调节本体通过模具一体制成。

本实施例中，流量传感元件为MEMS质量流量传感元件。其中，MEMS质量流量传感元件能够连续、精确地测量和记录燃气钢瓶的气体使用量以及燃气钢瓶状态。可以使用热飞行时间方案进行测量，以获取额外的气体热物性数据。MEMS质量流量传感元件将优选通过具有量热式质量流量传感测量能力的微机械加工制成。压力传感元件选择为MEMS管压传感元件，通过微加工压电传感工艺制成。

本实施例中，MEMS质量流量传感元件、MEMS管压传感元件和温度传感元件集成在同一个芯片上，压力传感器测量来自智能气瓶测控装置的输出压力，温度传感器将警告任何异常工作温度。此外，压力传感元件和流量传感元件能够检测管路中的流量变化及压力变化来判断是否存在泄漏，以便及时提醒用户和供应商燃气钢瓶使用的最终安全性。此外，MEMS质量流量传感元件直接且连续地测量所使用的燃气瞬时流量和总量，而无需进行额外的温度和压力测量，如燃气钢瓶管道出口连接到多个终端设备，则对所记录的多个流量进行平均。MEMS质量流量传感元件具有存储器，该存储器能够记录供应商或最终用户可预先设定的使用中燃气的总使用量。如果达到预设值，将向用户发送警报。所使用的燃气总量将叠加每次测量的数值，这些信息将及时传递给用户或供应商。当不使用燃气时，所述MEMS质量流量计将进入休眠模式，以节省电池电量。在流量传感器进入休眠时，压力传感器将检测管道内的压力，如果发现压力异常，将唤醒流量传感器进行测量，并以此确定是否有泄露存在，以及传送相应的警示给用户及传送到指定的云端。

数据处理模块，至少具有物理存储芯片如e-flash，可由MCU直接访问，以实现数据存储和数据安全。电路板120和无线通信模块150通过设置于电路板120上的数据传输接口122电连接。

如图1所示，该智能气瓶测控装置在燃气钢瓶300上的一种典型安装方式。通过与第一连接端口230紧密接合的燃气钢瓶300上的标准连接器310连接到燃气钢瓶300。并且，笋状连接接头220也与现有的机械压力调节器的出口端的机械结构相同。因此，该智能气瓶测控装置的安装与现有的机械压力调节器的安装相同。与常规机械压力调节器的使用相比，本实施例所提供的智能气瓶测控装置的使用无需培训或任何其他附加要求。在家用燃气钢瓶的应用中，对用户而言不需要改变任何当前的使用方式和附加额外的部件，可以直接更换当前的燃气钢瓶的纯机械调压阀门，另外，不会损失当前燃气钢瓶的任何性能，特别是使用安全特性。

需要说明的是，该智能气瓶测控装置的电池160安装最好由供应商或第三方服务商完成，以避免电池的质量问题。由于该智能气瓶测控装置在电量不足时触发警告并发送给用户以及指定的数据中心或云端600，因此通常可以保证不会造成因电池电量带来的使用中断。在电池突然无效的最坏情况下，由于没有设置与电源相关的切断阀，因此不会影响燃气的正常使用。但是，通信中断会立即触发服务警报，从而对故障的及时诊断和修复得到保障。

本实施例中，如图8所示，该智能气瓶测控装置通过MEMS质量流量传感元件的燃气的瞬时质量流量实现连续且精确地测量，同时计量其使用的燃气总量。

本实施例中，智能气瓶测控装置具有多个物理存储芯片或存储设备，测量数据将被安全地分别存储在多个物理存储芯片或存储设备中，以实现最终的数据安全。数据将通过蓝牙无线通信与用户的智能终端通讯，并通过规定时间内或在触发预设警报时发送数据给用户。用户的智能终端接收到的这些数据将通过智能终端无线网络进一步无缝地上传到指定的云端600或数据中心作进一步数据处理，用于提供燃气钢瓶供应商或第三方服务商远程信息获取。如果用户的智能终端没有网络接入，或者用户没有启用的智能终端，则另一个远程无线通信模块将被激活，并且所测量的数据将传输到数据中心或指定的云端600。

本实施例中，用户或供应商或第三方服务商可编程任何测量值，如燃气使用总量限制、最大或最小气体流量和/或气体使用时间。其他必要的功能，如允许密码保护访问，或用户自定义功能等可通过智能终端或云端设置。可以通过用户的智能终端编程的参数限制用户需要的信息，而其他更多的权限及数据中心的数据库维护仅开发给供应商或第三方服务商。智能气瓶测控装置能够将采集到的质量流量数字化，进而得到使用的气体总量。按照燃气钢瓶供应商或第三方服务提供商的指示，通过设定的参数对数据进行处理，以在气体使用过程中提供所有使用异常所需的警报，例如超过或低于设定质量流量或总使用量的设定限值。

本实施例中，流量测量本体105成型模制而成，具有可缩放的第二流道110，以容纳较大的流量，且与不同规格的压力调节单元及燃气钢瓶相适配。第二流道110的可缩放的结构采用现有结构即可，在此不再赘述。其中，MEMS质量流量传感元件将被置于流道中心处，其尺寸根据第二流道尺寸或燃气钢瓶型号进行调整，以便于根据各燃气钢瓶尺寸的生产和库存管理。如图5所示，压力传感元件101位于流量传感载体102的底部中心。接线端口103(信号输出接口)位于流量传感载体102的上部。MEMS质量流量传感元件采用现有的量热或飞行时间热质量流量传感原理。在MEMS质量流量传感元件的传感芯片上的集成热导率传感器可用于识别气体成分，这样，如果供气中存在不需要的气体成分，传感单元能够向用户发出警报。压力传感器元件集成在同一个流量传感元件上。对于民用的大多数燃气应用，供气压力必须在要求的范围内，否则燃气具将无法正常工作或导致安全问题。对管道内压力数据的监测与流量计量相结合可进一步确定任何可能存在的燃气泄漏，这种泄漏不仅会浪费燃气，而且可能会导致严重的安全问题。

对于优选实施例，图8示出燃气钢瓶300、用户、智能气瓶测控装置、云端600与数据处理模块以及诸如燃气钢瓶供应商或第三方服务提供商500的之间的交互关联。该燃气钢瓶350可以是单个单元或多个单元，并且每个单元将具有唯一的数字地址，及具有针对本地要求的优选通信模块或协议。每个智能气瓶测控装置通过蓝牙与用户智能终端400通信，该智能终端400具有气体使用数据以及诸如泄漏和警报等其他燃气钢瓶状态数据。智能气瓶测控装置可以与附近的WIFI或LoRa或其它无线协议通信，以向燃气钢瓶用户发出警报，并将数据中继到指定的数据中心或云端以进行数据处理。与该智能气瓶测控装置的通信还可以是直接云数据传输模块，例如，NB-IoT模块(窄带物联网)，即结合本地数据传输要求和数据中继的双模块配置。该模块与燃气钢瓶的标识码相结合，向云端提供燃气钢瓶的位置数据，或者，可以在模块中添加GPS模块以进行额外的位置识别。该智能气瓶测控装置与本地用户智能终端(智能手机或平板电脑)之间的交互优选为单向的，以防止用户篡改或对所述智能气瓶测控装置的无意干扰。另外，通过设置的密码可以允许智能终端访问智能气瓶测控装置，这一功能将优选地提供给钢瓶供应商或第三方服务提供商。智能气瓶测控装置与云数据中心之间的交互优选为双向交互，智能气瓶测控装置除了上传燃气使用量及燃气钢瓶状态外，还能够接受来自远程云端的设置和数据传输请求，并执行相应命令。云端数据与燃气钢瓶供应商或第三方服务提供商500之间的交互也将优选为双向交互，允许供应商或服务提供商将信息上传到云端中，该信息可以传输到指定的燃气钢瓶的智能气瓶测控装置，以提供燃气钢瓶供应商或第三方服务商所需的实时数据。最后，用户、供应商和第三方服务提供商还能够通过云端和智能气瓶测控装置上的应用程序进行交互，以执行在上述的各种可执行动作。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，压力调节单元和流量测量单元之间可以为可拆卸式固定连接，此时，流量测量单元与压力调节单元分离，并直接连接到供气流道或燃气管道上，以实现相应气体输送装置的测控。

总之，本实施例所提供的智能气瓶测控装置集成了气体流量传感器和压力传感器及无线通信模块，能够连续和精确地计量燃气使用量，将气瓶的燃气使用量数字化，并将该数据通过物联网传送给燃气钢瓶供应商或第三方服务提供商；同时还及时传送燃气钢瓶状态，通过管道内的压力和流量变化综合确定燃气钢瓶是否存在安全隐患，如燃气泄漏量和位置信息；通过通讯模块，并及时将安全警示信息和位置等信息传递给用户及供应商，这将大大提高燃气钢瓶的使用、安全、测控以及供应物流的效率，同时保障用户的无间断使用。

本实施例提供一种智能气瓶测控装置的控制方法，应用于上述智能气瓶测控装置，参见图9所示的智能气瓶测控装置的控制方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

S902，流量传感元件检测流经第二流道的实时流量值，以及将实时流量值发送至数据处理及远传模块。

S904，数据处理及远传模块根据实时流量值统计流经第二流道的总流量，以及将总流量发送至用户终端和/或云端服务器。

可选地，上述方法还可以包括以下步骤：

位于第二流道内的压力传感元件检测第二流道内的压力值，以及将压力值发送至数据处理及远传模块；

数据处理模块将实时流量值、压力值发送至用户终端和/或云服务器，以使用户终端和/或云端服务器根据实时流量值、压力值执行泄露检测。

可选地，还包括：

数据处理模块通过物理数据端口将实时流量值、总流量、压力值发送至移动数据处理设备，移动数据处理设备与用户终端和/或云端服务器通信连接。

本实施例所提供的智能气瓶测控装置的控制方法，可以将智能气瓶测控装置连接气瓶的燃气使用量数字化，并将该数据传送给云端服务器、用户、燃气钢瓶供应商或第三方服务提供商，以及通过管道内的压力和流量变化综合确定是否燃气钢瓶存在燃气泄漏问题；通过物理数据端口支持移动数据处理设备连接并下载智能气瓶测控装置存储的各类数据，以及将其传输到指定的云端服务器或用户终端以进一步进行处理，从而大大提高燃气钢瓶的使用、安全、测控效率，保障用户的无间断使用。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。