close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14991

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14991
(13) C1
(19)
G 01F 1/66
(2006.01)
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ БЫТОВОЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ГАЗА
(21) Номер заявки: a 20060884
(22) 2006.09.04
(43) 2008.04.30
(71) Заявитель: Общественное объединение разработчиков приборов ультразвуковой техники и технологий
(BY)
(72) Авторы: Чернобай Леонид Александрович; Карташевич Александр Николаевич; Лисовский Владислав Васильевич; Чернобай Андрей Леонидович (BY)
(73) Патентообладатель: Общественное объединение разработчиков приборов ультразвуковой техники и технологий
(BY)
(56) RU 2178148 C2, 2002.
BY 3869 C1, 2001.
BY 1298 U, 2004.
RU 46848 U1, 2005.
SU 1506279 A1, 1989.
BY 14991 C1 2011.10.30
(57)
Ультразвуковой бытовой расходомер-счетчик для измерения объемного расхода газа,
приведенного по температуре к нормальным условиям, характеризующийся тем, что содержит мерный участок трубопровода с двумя встроенными ультразвуковыми преобразователями, соответственно связанными с первым и вторым входами первого аналогового
коммутатора, третий вход которого подключен к первому выходу таймера, второй выход
которого подключен через формирователь зондирующих сигналов к четвертому входу
первого аналогового коммутатора, выход которого через последовательно соединенные
приемный усилитель, первый компаратор и первый триггер подключен к тактовому входу
Фиг. 1
BY 14991 C1 2011.10.30
сумматора-вычитателя, информационный вход которого связан с выходом измерительного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом опорного генератора, вход
управления которого подключен к третьему выходу таймера, четвертый выход которого
подключен ко входу управления измерительного счетчика, а пятый выход - к тактовому
входу первого регистра и входу управления сумматора-вычитателя, выход которого подключен к информационному входу первого регистра, первому входу умножителя кодов и
первому входу блока памяти, второй вход которого соединен с выходом первого регистра,
а выход - со вторым входом умножителя кодов, выход которого связан со входом суммирующе-регистрирующего блока, тактовый вход которого соединен с тактовым входом
умножителя кодов и с шестым выходом таймера; отсечной клапан, установленный на выходе мерного участка трубопровода и содержащий корпус, внутри которого расположен
микродвигатель постоянного тока, вал которого жестко соединен с датчиком угла поворота и первой шторкой, вращающейся относительно второй шторки, неподвижно укрепленной на выходе мерного участка трубопровода; генератор тока, выход которого соединен
со входом составного сопротивления и входом датчика угла поворота, выход которого
связан со вторым входом второго компаратора, выход которого через элемент задержки
соединен со входом сброса второго триггера, выход которого подключен ко входу питания микродвигателя постоянного тока и тактовому входу счетчика управления, выход которого связан со входом управления второго аналогового коммутатора, входы которого
соединены с отводами составного сопротивления, а выход - с первым входом второго
компаратора; картоприемник магнитной карточки, первый выход которого соединен с
первым входом схемы сравнения кодов, а второй выход - с тактовым входом второго регистра и входом установки второго триггера, тактовый вход которого подключен к выходу
схемы сравнения кодов, второй вход которой связан с выходом схемы вычитания кодов,
второй вход которой подключен к выходу суммирующе-регистрирующего блока и информационному входу второго регистра, выход которого соединен с первым входом схемы
вычитания кодов.
Изобретение относится к технике измерения расхода газа, в частности к бытовым ультразвуковым счетчикам газа с приведением результатов измерения к нормальным условиям по температуре, и может найти применение в жилищно-коммунальном хозяйстве для
учета расхода бытовыми газовыми приборами (газовая плита или колонка).
Известно устройство [1] - ультразвуковой газовый расходомер-счетчик, содержащий
мерный участок трубопровода с датчиком давления и двумя встроенными ультразвуковыми преобразователями, опорный генератор, таймер, формирователь зондирующих импульсов, аналоговый коммутатор, арифметическое устройство, приемный усилитель,
компаратор, триггер, счетчик импульсов, схему сложения и схему вычитания, N параллельно включенных блоков памяти, подключенных ко второму коммутатору, блок определения типа газовой среды, блок кода стандартной плотности, делитель кодов, генератор
импульсов, логическую схему определения мгновенной фазы колебаний опорного генератора в момент прекращения счета, M - накопительных конденсаторов, соединенных с выходами преобразователя уровней питания, и M параллельно включенных коммутаторов,
вход каждого из которых подключен к накопительному конденсатору, а выход - к цепи
питания каждого блока через соответствующий сглаживающий фильтр.
Однако данное устройство обладает тем недостатком, что расход газа приводится к
нормальным условиям по температуре, давлению и плотности газа, что не требуется для
учета газа бытовыми приборами, работающими в газовых сетях низкого давления, что
приводит к дополнительному увеличению стоимости счетчика газа.
2
BY 14991 C1 2011.10.30
Дополнительным недостатком является сложность и высокая стоимость конструкции
электронного блока.
Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой расходомерсчетчик газа [2], состоящий из мерного участка трубопровода с двумя встроенными пьезоэлектрическими преобразователями, аналогового коммутатора, таймера, формирователя
зондирующих сигналов, приемного усилителя, опорного генератора, компаратора, измерительного счетчика, первого триггера, сумматора-вычитателя, умножителя кода, первого
регистра, блока памяти, суммирующе-регистрирующего устройства. При этом первый и
второй пьезоэлектрические преобразователи соединены с первым и вторым входами аналогового коммутатора, третий вход которого подключен к первому выходу таймера, второй выход которого соединен со входом формирователя зондирующих сигналов, выход
которого подключен к четвертому входу аналогового коммутатора, выход которого соединен со входом приемного усилителя, связанный выходом со входом компаратора.
Выход компаратора подключен ко входу триггера, выход которого соединен с тактовым входом сумматора-вычитателя, информационный вход которого подключен к выходу
измерительного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом опорного генератора, вход управления которого соединен с третьим выходом таймера. Четвертый выход
таймера соединен с выходом управления измерительного счетчика.
Выход сумматора-вычитателя соединен с входом умножителя кодов и с информационным входом регистра, а также с первым входом блока памяти, второй вход которого подключен к выходу регистра. Тактовый вход регистра соединен с тактовым входом
сумматора-вычитателя и с пятым выходом таймера, шестой выход которого соединен с
тактовым входом умножителя кодов и суммирующе-регистрирующего блока.
Недостатками данного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, так как в нем производится измерение только суммарного расхода с запоминанием
и выдачей объема, пропущенного через счетчик на индикатор через индикаторное табло.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей
бытового ультразвукового счетчика газа. Для этого в известное устройство введена возможность перекрытия потока газа, проходящего по мерному участку.
Перекрытием газового потока управляет дебитная магнитная карточка. При установке
карточки в предлагаемое устройство фиксируется суммарный расход, измеренный в момент установки карточки. При превышении лимита (оплаченный объем газа, код которого
записан на магнитную карточку) производится перекрытие измерительного трубопровода
отсечным клапаном.
Для открытия линии поступления газа к потребителю необходимо установить магнитную карточку в устройство. При идентификации оплаченного объема производится открытие канала поступления газа с последующим измерением суммарного объема газа,
потребляемого бытовыми газовыми приборами со сравнением с оплаченным объемом,
введенного в счетчик.
Для решения поставленной задачи в ультразвуковой бытовой счетчик газа дополнительно введены: отсечной клапан, установленный на выходе мерного участка трубопровода и содержащий корпус, внутри которого расположен микродвигатель постоянного тока,
вал которого жестко соединен с датчиком угла поворота и первой шторкой, вращающейся
относительно второй шторки, неподвижно укрепленной на выходе мерного участка трубопровода; генератор тока, выход которого соединен со входом составного сопротивления
и входом датчика угла поворота, выход которого связан со вторым входом второго компаратора, выход которого через элемент задержки соединен со входом сброса второго триггера, выход которого подключен ко входу питания микродвигателя постоянного тока и к
тактовому входу счетчика управления, выход которого связан со входом управления второго аналогового коммутатора, входы которого соединены с отводами составного сопротивления, а выход - с первым входом второго компаратора; картоприемник магнитной
3
BY 14991 C1 2011.10.30
карточки, первый выход которого соединен с первым входом схемы сравнения кодов, а
второй выход - с тактовым входом второго регистра и входом установки второго триггера,
тактовый вход которого подключен к выходу схемы сравнения кодов, второй вход которой связан с выходом схемы вычитания кодов, второй вход которой подключен к выходу
суммирующе-регистрирующего блока и информационному входу второго регистра, выход
которого соединен с первым входом схемы вычитания кодов.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства. Ультразвуковой бытовой
счетчик газа с расширенными возможностями содержит мерный участок трубопровода 1 с
двумя встроенными ультразвуковыми преобразователями 2, 3, соответственно связанные
с первым и вторым входами первого аналогового коммутатора 4, третий вход которого
подключен к первому выходу таймера 5, второй вход которою через формирователь зондирующих сигналов 6 подключен к четвертому входу первого аналогового коммутатора 4.
Выход первого аналогового коммутатора 4 через последовательно соединенные приемный
усилитель 7, первый компаратор 9 и первый триггер 11 подключен к тактовому входу
сумматора-вычитателя 12, информационный вход которого связан с выходом измерительного счетчика 10, тактовый вход которого подключен к выходу опорного генератора 8.
Вход управления которого соединен с третьим выходом таймера 5, четвертым выходом
связанным со входом управления измерительного счетчика 10, пятый выход таймера 5
подключен к тактовому входу первого регистра 14 и входу управления сумматоравычитателя 12, выход которого подключен к информационному входу первого регистра
14, к первому входу умножителя кодов 13 и первому входу блока памяти коэффициентов
15, второй вход которого соединен с выходом первого регистра 14. Выход блока памяти
коэффициентов 15 подключен ко второму входу умножителя кодов 13, выход которого
связан со входом суммирующе-регистрирующего блока 16, тактовый вход которого соединен с тактовым входом умножителя кодов 13, и с шестым выходом таймера 5.
В ультразвуковой бытовой счетчик газа дополнительно введены отсечной клапан, устанавливаемый на выходе мерного участка трубопровода 1, состоящий из корпуса 17, внутри которого расположен микродвигатель постоянного тока 18, вал которого жестко
соединен с датчиком угла поворота 19 и с первой шторкой 20. Кроме этого, счетчик газа
содержит вторую шторку 21, неподвижно укрепляемую на выходе мерного участка 1, генератор тока 22, составное сопротивление 23, второй аналоговый коммутатор 24, второй
компаратор 25, второй триггер 26, элемент задержки 33, счетчик управления 27, схему
сравнения кодов 29, схему вычитания 31, второй регистр 32, картоприемник магнитной
карточки 29 с установленной в него магнитной карточкой 28. При этом генератор тока 22
соединен со входом датчика угла поворота 19 и одним из выводов составного сопротивления 23, второй вывод которого соединен с общей шиной. Выход датчика угла поворота 19
связан со вторым входом второго компаратора 25, выход которого через элемент задержки
33 соединен со входом сброса второго триггера 26. Выход триггера 26 подключен ко входу питания микродвигателя 18 и к тактовому входу счетчика управления 27, выход которого соединен со входом управления второго аналогового коммутатора 24. Выходы
второго аналогового коммутатора 24 подключены к отводам составного сопротивления
23, и выход данного коммутатора соединен с первым входом второго компаратора 25.
Первый выход картоприемника 29 подключен к первому входу схемы сравнения 30, второй выход картоприемника 29 связан с тактовым входом второго регистра 32 и со входом
установки второго триггера 26, тактовый вход которого подключен к выходу схемы сравнения кодов 30, второй вход которого связан с выходом схемы вычитания кодов 31. Второй вход схемы вычитания кодов 31 подключен к выходу суммирующе-регистирующего
блока 16 и к информационному входу второго регистра 32, выход которого соединен с
первым входом схемы вычитания кодов 31.
На фиг. 2 представлена временная диаграмма работы ультразвукового счетчика газа.
Позиция 1 - сигнал управления направления зондирования на первом выходе таймера 5;
4
BY 14991 C1 2011.10.30
поз. 2 - импульс зондирования на входе формирования зондирующих сигналов 6; поз. 3 сигнал разрешения режима генерации опорного генератора 8, поступающего с третьего
выхода таймера 5; поз. 4 - сигнал разрешения счетного режима измерительного счетчика
10, поступающего с четвертого выхода таймера 5; поз. 5 - сигнал управления режимом
сумматора-вычитателя 12, определяющий высокий уровень сигнала режима сложения;
поз. 6 - импульсы, поступающие с пятого выхода таймера 5 на тактовые входы первого
регистра 14 и сумматора-вычитателя 12; поз. 7 - выходной сигнал первого компаратора 9;
поз. 8 - сигнал на выходе приемного усилителя 7.
Ультразвуковой бытовой счетчик газа работает следующим образом. Измерение скорости потока и расхода газа в счетчике осуществляется на основе излучения акустических
импульсов в поток контролируемого таза, их распространении по потоку газа и против
него, последующем приеме, обратном преобразовании в электрический сигнал с дальнейшей обработкой. Для этого формирователь зондирующих сигналов по запускающим импульсам, поступающих со второго выхода таймера 5, формирует высоковольтные импульсы с длительностью, равной половине длительности периода резонансной частоты одного
из двух идентичных ультразвуковых преобразователей 2 и 3. Период повторения зондирующих импульсов, а также временная диаграмма работы счетчика формируется и синхронизируется запускающими импульсами таймера 5. Период повторения зондирующих
импульсов выбран достаточно большим и равным нескольким сотням миллисекунд и более, что необходимо как для возобновления очередного цикла работы счетчика после затухания реверберационных помех в мерном участке после очередною излучения
ультразвуковых сигналов, так и для обеспечения минимального энергопотребления при
сохранении требуемых метрологических характеристик.
В первом периоде измерений осуществляется генерирование, прием и обработка ультразвукового сигнала при его распространении по потоку газа. При этом с первого выхода
таймера 5 поступает низкий уровень сигнала на аналоговый коммутатор 4, по которому
аналоговый коммутатор переключается таким образом, что выход формирователя зондирующего сигнала 6 подключается к первому пьезоэлектрическому преобразователю 2,
второй пьезоэлектрический преобразователь 3 подключен к приемному усилителю 7.
С третьего выхода таймера 5 после этого формируется высокий уровень сигнала, по которому опорный генератор 8, выполненный па основе высокочастотного кварцевого резонатора, переходит на режим генерации. После временного интервала, во время которого
опорный генератор 8 устанавливается в рабочий режим, формируется на втором выходе
таймера 5 импульс, поступающий на вход формирователя зондирующих сигналов 6. Высоковольтный импульс с выхода данной схемы поступает на первый пьезоэлектрический
преобразователь 2, который при этом излучает акустический импульс в мерный участок,
который распространяется в нем по направлению движения потока газа. Одновременно на
измерительный счетчик 10 с четвертого выхода таймера 5 поступает высокий уровень
сигнала, который разрешает счетный режим измерительного счетчика. Акустический импульс распространяется по мерному участку трубопровода и поступает на второй пьезоэлектрический преобразователь 3. Электрический сигнал с выхода данного преобразователя через первый аналоговый коммутатор 4 поступает на вход приемного усилителя
7. Усиленный сигнал с выхода усилителя поступает па вход первого компаратора 9, на
выходе которого в момент превышения электрического сигнала уровня опорного напряжения формируется фронт сигнала, по которому устанавливается в состояние логической
единицы первый триггер 11 и производится занесение выходного кода измерительного
счетчика 10 во входной регистр первого входа сумматора-вычитателя 12. Режим генерирования высокочастотных импульсов опорным генератором 8 прекращается после этого
при поступлении низкого уровня сигнала управления с третьего выхода таймера 5, одновременно измерительный счетчик 10 переводится в ждущий режим. Во втором цикле измерения производится измерение времени распространения против потока. При этом
5
BY 14991 C1 2011.10.30
уровень сигнала с первого выхода таймера 5 устанавливает первый аналоговый коммутатор 4 в следующее положение, при котором формирователь зондирующих импульсов 6
подключен ко второму пьезоэлектрическому преобразователю 3 и соответственно первый
преобразователь 2 соединен со входом приемного усилителя 7. Высокий уровень сигнала
с третьего выхода таймера 5 переводит опорный генератор 8 в режим генерации. По истечении временного интервала, необходимого для установления режима генерирования высокостабильных тактовых импульсов, со второго выхода таймера 5 поступает импульс
зондирования на вход формирователя зондирующих сигналов 6. Одновременно по четвертому выходу формируется высокий уровень сигнала разрешения счетною режима измерительного счетчика 10. Высоковольтный импульс с выхода формирователя зондирующих
сигналов поступает па второй пьезоэлектрический преобразователь 3, который при этом
излучает акустический импульс, распространяющийся по мерному участку трубопровода
против потока движения газа. При поступлении данного импульса на первый пьезоэлектрический преобразователь 2 формируется электрический сигнал, посылающий через приемный усилитель 7 на первый компаратор 9. При превышении принимаемого сигнала
уровня опорного напряжения на выходе данного компаратора формируется фронт сигнала, который устанавливает в единичное состояние первый триггер 11. При этом в регистр
второго входа сумматора-вычитателя 12 заносится код с выхода измерительного счетчика
10. После этого управляющие сигналы с третьего и четвертого выхода таймера 5 переводят опорный генератор 8 и измерительный счетчик 10 в ждущий режим. После проведения первого и второго периода измерений в регистрах, установленных на входах
сумматора-вычитателя 12, заносятся коды временных интервалов времен распространения
t1 и t2 .
Определение объемного расхода в предлагаемом ультразвуковом счетчике газа производится на основе следующих выражений.
Объемный расход Q газа в единицу времени равен:
(1)
Q = υ⋅S,
где S - площадь поперечного сечения мерного участка и трубопровода;
υ - средняя по сечению трубопровода скорость потока газа.
Времена распространения t1 и t2 ультразвука по потоку газа и против него можно представить в виде:
L
L
,
t1 =
и t2 =
(2)
c+υ
c−υ
где L - акустическая база или длина мерного участка трубопровода;
c - скорость ультразвука в газе.
Исходя из выражений (1) и (2) объемный расход определяется в соответствии с выражением:
S 2
(c − υ 2 ) ( t 2 − t 1 ) .
Q=
(3)
2L
Для мерного участка трубопровода бытового ультразвукового счетчика при расходах
газа до 10 м3/ч при выполнении условия V2<<C2 выражение (3) можно упростить и вычислять объемный расход газа с достаточно высокой степенью точности:
(4)
Q = AC2 (t 2 − t1 ),
S
где A =
- коэффициент, зависящий от типоразмера счетчика.
2L
При этом скорость ультразвука может быть определена из выражения [1] для идеального газа:
6
BY 14991 C1 2011.10.30
c2 =
γRT
,
µ
(5)
где γ - показатель адиабаты Пуассона, равный γ = 1 +
R
.
µCv
Следовательно:

R  RT

C 2 = 1 +
,
(6)
 µC v  µ
где µ - молекулярный вес газа;
R - универсальная газовая постоянная;
Cv - удельная теплоемкость.
Из выражения (6) видно, что скорость ультразвука уменьшается с ростом молекулярной
массы газа, увеличивается с возрастанием абсолютного значения температуры газового
потока и пропорционально зависит от изменений температуры (C ≈ √T) в газовой магистрали.
Для получения объема газа, измеряемого бытовым ультразвуковым счетчиком, приведенного к нормальным условиям по температуре (+20 °С) в связи с незначительным изменением давления в измерительной магистрали по сравнению с изменением температуры в
диапазоне (±50 °С), используем уравнение Клайперона-Менделеева:
PV =
1
µ
RT.
(7)
При условии изобарного процесса P = const, µ = const для рабочей температуры TR и
опорной T0 выполняются следующие соотношения:
R
PV0 = T0 ;
µ
R
PVR = TR .
(8)
µ
Из этого следует, что объем, приведенный к температуре T0, определяется в соответствии с выражением:
T
V0 = VR 0 ,
(9)
TR
Используя вышеприведенные соотношения (6), (9), (4), получаем выражение для измеренного расхода, приведенного к нормальной температуре T0:

R  RT0

Q0 = A1 +
⋅ (t 2 − t1 ) .
(10)
 µC V  µ
В общем виде приведенный расход определяется в соответствии с выражением:
Q0 = Bµ (t 2 − t1 ),
(11)
где Bµ - коэффициент, зависящий от типа газовой среды.
Значение коэффициента Bµ является постоянной величиной для каждого типа газовой
среды. Тип газовой среды определяется по суммарной кодовой величине (t1 + t2), являющейся функцией C скорости распространения ультразвука в газовой среде. Это связано с
тем, что бытовые ультразвуковые счетчики измеряют объемный расход для трех типов
7
BY 14991 C1 2011.10.30
рабочей газовой среды - природный газ и пары сниженного газа (пропан-бутан), а при поверке счетчиков - аналогичная газовая среда или воздух.
Возможные значения скорости ультразвука [4] в природном газе для известных различных месторождений при 20 °С находятся в пределах (414-431) м/с. В парах сниженного
газа с различной концентрацией пропана и 6утана в смеси при 20 °С скорость ультразвука
находится в пределах значений (207-226) м/с. Скорость ультразвука в воздухе при этой же
температуре находится в пределах (328-335) м/с. Используя известные соотношения,
можно определить, что в максимальном температурном диапазоне работы бытовых счетчиков (– 50 °С до +50 °С) области возможных значений скоростей ультразвука в вышеприведенных газовых средах не перекрываются.
Для определения объемного расхода после цикла зондирования против потока с пятого
выхода таймера 5 поступает высокий уровень сигнала, по которому сумматор-вычитатель
12 устанавливается в режим суммирования. При этом на выходе данной схемы формируется код t1 + t2. Данный код (старшие разряды) определяет тип газовой среды и заносится
по переднему фронту сигнала с шестого выхода таймера 5 в первый регистр 14. Данный
код является старшими разрядами адреса для блока памяти 15. При занесении кода в первый регистр - низкий уровень сигнала, с пятого выхода таймера 5 переводит в режим вычитания сумматор-вычитатель 12. При этом на выходе этого блока формируется код
разности t2–t1.
В связи с тем, что в выражении (11) присутствует усредненная по сечению скорость
потока газа, из блока памяти необходимо считывать значение коэффициента Bµ, умноженного на поправочный коэффициент k, связанный с изменением профиля потока через
измерительный участок 1 трубопровода. Это обусловлено тем, что каждый газ имеет присущую ему кинематическую вязкость, поэтому с изменением профиля потока, приводящего к различным показаниям расхода для различных газов. Поэтому поправочный
коэффициент k позволяет обеспечивать связь результатов измерения для различных газов
между собой.
Для этого по старшим разрядам кода разности t2–t1, которые поступают на второй вход
блока памяти 15, считывается код скорректированного коэффициента, которого поступает
на второй вход умножителя кодов 13.
Число разрядов кода разности t2–t1, поступающих на второй вход блока памяти выбирается таким образом, чтобы при переходе на следующий коэффициент относительная погрешность измерения объемного расхода не превышали 0,2 %. Значение скорректированного коэффициента Bµ определяется предварительно при поверке счетчика на
образцовой установке на воздухе с последующим пересчетом на природный газ и пары
сжиженного газа (например, для природного газа коэффициент пересчета равен 1,673 на
всех расходах).
По спаду импульса с шестого выхода таймера определенный мгновенный расход за
один цикл зондирования по и против потока суммируется в сумирующе-регистрирующем
блоке с кодом суммарного объема, определенного на предыдущих циклах.
Работа отсечного клапана (фиг. 3 - чертеж шторки), перекрывающего поток газа, происходит следующим образом. В исходном состоянии (до включения питания) взаимное
расположение первой (20) и второй (21) шторок обеспечивает перекрытие мерного участка трубопровода.
При установке дебитной магнитной карточки 28 в картоприемник 29 последний проверяет наличие оплаченного лимита и при положительном результате проверки на втором
выходе картоприемника 29 формируется импульс, по которому код суммарного расхода,
поступающий с выхода суммирующе-регистрирующего блока 16, заносится во второй регистр 32. По этому же импульсу устанавливается в единичное состояние второй триггер
26, передний фронт сигнала с выхода данного триггера переводит в следующее состояние
счетчик управления 27, который при этом подключает ко второму входу второго компара8
BY 14991 C1 2011.10.30
тора 25 (через второй аналоговый коммутатор 24) опорное напряжение с одного из шести
выводов составного сопротивления 23. Высокий уровень сигнала с выхода второго триггера 26 поступает на микродвигатель постоянного тока 18, который при этом начинает
вращать вал, соединенный с первой шторкой 20 и датчиком угла поворота 19. В качестве
датчика угла поворота используется переменное сопротивление, подвижный контакт которого жестко соединен с валом микродвигателя. При вращении вала величина сопротивления меняется в пределах (0 ÷ 1)R, причем изменение происходит по нарастающей с
переходом от максимального значения к минимальному.
Остановкой вращения вала микродвигателя управляет составное сопротивление 23, генератор тока 22, второй аналоговый коммутатор 24 и второй компаратор 25. Составное
сопротивление 23 изготовлено из идентичного материала, как и переменное сопротивление датчика угла поворота, и имеет шесть отводов. Сопротивление между последовательными отводами имеет величину R/6.
В предлагаемом счетчике газа возможно шесть вариантов взаимного расположения
шторок (20, 21). При этом шаг изменения величины сопротивления переменного резистора датчика угла поворота также составляет R/6. Переход к следующему состоянию подвижной шторки 20 относительно неподвижной 21 происходит при изменении кода
счетчика управления 27 по высокому уровню сигнала, с выхода второго триггера 26 генератор тока 20 формирует на своем выходе ток I0, который одновременно протекает через
составной резистор 23 и переменный резистор датчика угла поворота 19. При переключении счетчика управления 27 в следующее состояние второй аналоговый коммутатор 24
подключает к первому входу второго компаратора 25 с одного из выводов составного сопротивления 23 опорное напряжение, величина которого превышает предыдущее значение на величину I0⋅R/6.
На второй вход второго компаратора 25 поступает с датчика угла поворота 19 напряжение I0Ri. При превышении данного уровня опорного напряжения, поступающего на первый вход, на выходе второго компаратора 25 формируется импульс, который
устанавливает в нулевое состояние второй триггер 26, при этом снимается питающее
напряжение с микродвигателя 18 и шторка 21 устанавливается в положение, открывающее
канал прохождение потока газа по измерительному трубопроводу 1.
На фиг. 4 приведена принципиальная схема составного сопротивления. Она состоит из
семи последовательно включенных сопротивлений, шесть из которых имеют значение
R/6, седьмое сопротивление имеет значение R0, значительно меньше значения R/6. Схема
управления микродвигателя 18 выполнена таким образом, что при вращении вала двигателя при сравнении уровня напряжения, поступающего на второй компаратор 25 с датчика
угла поворота 19 с опорным напряжением, снимаемым с одного из отводов составного резистора 23 на выходе данного компаратора формируется фронт сигнала, который с задержкой устанавливает в нулевое состояние второй триггер 26. При этом снимается
питающее напряжение с микродвигателя 18.
Время задержки выбирается таким образом, чтобы дополнительное изменение величины сопротивления датчика угла поворота 19 за счет задержки превышало значение R0. Это
необходимо в связи с тем, что микродвигатель вращается только в одну сторону и требуется обеспечить управление подвижной шторки 20 при повороте вала двигателя на 360°.
Рассмотрим, каким образом происходит переход с максимально возможного значения
переменного резистора датчика угла поворота на минимальное.
На первый вход второго компаратора 25 с шестого отвода составного резистора поступает максимально возможное значение опорного напряжения. При включении двигателя
на второй вход данного компаратора с датчика угла поворота 19 поступает линейно меняющееся напряжение. При равенстве уровней напряжения на входах второго компаратора 24, на выходе данной схемы формируется фронт сигнала, который с задержкой
сбрасывает второй триггер 26, снимая тем самым питающее напряжение с микродвигателя
9
BY 14991 C1 2011.10.30
18. При этом за счет задержки происходит переход от максимально возможного значения
сопротивления датчика угла поворота на минимальное. При следующем цикле работы
микродвигателя происходит остановка вала двигателя при сравнении уровней сигналов на
входах второго компаратора 25. При этом опорное напряжение поступает с первого отвоR
да составного резистора 22 и равно I0 .
6
После открытия мерного участка трубопровода со второго выхода картоприемника 29
на второй вход схемы сравнения 30 поступает код, считанный с кредитной карточки 28.
На первый вход схемы сравнения 30 с выхода схемы вычитания 31 поступает разность кодов текущего суммарного расхода счетчика с кодом суммарного расхода, зафиксированного в момент установки магнитной карточки.
При превышении дайной разности на выходе схемы сравнения 30 устанавливается высокий уровень сигнала. Передний фронт данного сигнала устанавливает высокий уровень
на выходе второго триггера 26, который переводит счетчик управления 27 в последующее
состояние. Вал микродвигателя 18 начинает вращаться при поступлении питающего
напряжения. Подвижная шторка 21 производит закрытие канала поступления потока газа
потребителю. Выход второго триггера устанавливается в нулевое состояние при приходе
импульса с выхода второго компаратора 25.
Для открытия канала поступления газа потребителю необходимо извлечь использованную магнитную карточку 28 из картоприемника 29, затем установить новую карточку.
При идентификации оплаченного объема картоприемник выдает импульс, который переводит счетчик управления 27 в последующее состояние и устанавливает второй триггер 26
в единичное состояние, что приводит к переходу подвижной шторки 20 в положение,
обеспечивающее открытие канала поступления газа.
В предлагаемом техническом решении существенно расширяются функциональные
возможности счетчика. Бытовой ультразвуковой счетчик приобретает дополнительные
функции расчетного блока, что позволяет производить расчет за использованный газ на
основе предоплаты. Эффективно вести учет энергоресурсов и управлять потреблением
газа бытовыми газовыми приборами, сокращению персонала по поверке показаний эксплуатируемых счетчиков газа и к существенному сокращению государственных средств
на закупку природного газа.
Источники информации:
1. Патент RU 2165598 C2, 2001.
2. Патент RU 2178148 C2, 2002.
Фиг. 2
10
BY 14991 C1 2011.10.30
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
933 Кб
Теги
by14991, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа