close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16095

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01F 1/66
(2006.01)
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ СЧЕТЧИК ГАЗА
(21) Номер заявки: a 20080940
(22) 2008.07.16
(43) 2010.02.28
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное предприятие "Белгазтехника" (BY)
(72) Авторы: Коробченко Вячеслав Федорович; Винокуров Геннадий Николаевич (BY)
BY 16095 C1 2012.08.30
BY (11) 16095
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Научно-производственное республиканское унитарное
предприятие "Белгазтехника" (BY)
(56) RU 2047097 C1, 1995.
BY 4011 C1, 2001.
BY 2167 C1, 1998.
SU 1530915 A2, 1989.
US 4452090 A, 1984.
JP 11125548 A, 1999.
(57)
Ультразвуковой промышленный счетчик газа, содержащий мерный участок трубопровода с четырьмя приемопередающими ультразвуковыми преобразователями, установленными попарно напротив друг друга под углом к оси сечения мерного участка и
соединенными с формирователем сигналов, четыре выхода которого подключены к четырем соответствующим входам коммутатора, соединенного через усилитель и программируемый делитель с первым входом блока компарации, а четыре входа - к четырем
соответствующим выходам микроконтроллера измерения расхода газа со встроенным
счетчиком импульсов, при этом вход программируемого делителя соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен со входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока
компарации, соединенного выходом со входом микроконтроллера измерения расхода газа,
пятый выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, соединенного вторым входом и третьим выходом соответственно с выходом клавиатуры и входом жидкокристаллического дисплея, а третьим входом - с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком давления
и датчиком температуры.
BY 16095 C1 2012.08.30
Изобретение относится к технике измерения объема потребляемого газа с приведением к стандартным условиям путем вычисления коэффициента коррекции с использованием измеренных значений давления, температуры газа, введенных параметров газа и
коэффициента сжимаемости газа и может быть использовано в промышленности установках и узлах учета газа.
Наиболее близким, принятым за прототип является устройство для измерения расхода
жидкости или газа, содержащее измерительный отрезок трубопровода с калиброванным
сечением и закрепленными на нем двумя сопряженными акустическими парами излучателей и приемников, включенными в соответствующие синхрокольца, состоящие из последовательно соединенных автогенератора и усилителя синхрокольца, подключенного к
излучателю, а также блок регистрации. Устройство также содержит последовательно соединенные смеситель, первый усилитель, детектор и второй усилитель, подключенный
выходом ко входу блока регистрации, а в каждом синхрокольце сопряженные акустические пары - излучатель и приемник - выполнены с основной частотой, равной частоте автогенератора соответствующего синхрокольца, последовательно соединенные предварительный усилитель, подключенный входом к выходу приемника, детектор синхрокольца и
модулятор, подключенный ко второму входу усилителя синхрокольца, при этом выходы
детекторов синхроколец подключены к соответствующим входам смесителя.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции.
Задачей изобретения является повышение надежности, снижение массогабаритных
параметров ультразвукового счетчика, возможность производить корректные измерения
расхода газа в широком диапазоне изменения давления газа в трубопроводе без специальной коррекции коэффициента усиления усилителя и порогового срабатывания компаратора.
Технический результат достигается в ультразвуковом промышленном счетчике газа,
содержащем мерный участок трубопровода с четырьмя приемопередающими ультразвуковыми преобразователями, установленными попарно напротив друг друга под углом к
оси сечения мерного участка и соединенными с формирователем сигналов, четыре выхода
которого подключены к четырем соответствующим входам коммутатора, соединенного
через усилитель и программируемый делитель с первым входом блока компарации, а четыре входа - к четырем соответствующим выходам микроконтроллера измерения расхода
газа со встроенным счетчиком импульсов, при этом вход программируемого делителя соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен со входом
регулируемого источника опорного напряжения, выход которого соединен со вторым
входом блока компарации, соединенного выходом со входом микроконтроллера измерения расхода газа, пятый выход которого соединен с первым входом микроконтроллера,
соединенного вторым входом и третьим выходом соответственно с выходом клавиатуры и
входом жидкокристаллического дисплея, а третьим входом - с выходом аналогоцифрового преобразователя, первый и второй входы которого соединены соответственно с
датчиком давления и датчиком температуры.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.
Измерение скорости потока и расхода газа осуществляется на основе излучения ультразвуковых сигналов в поток контролируемого газа, их распространения по потоку газа и
против него, последующим приеме, обратном преобразовании в электрический сигнал с
дальнейшей обработкой. Счетчик имеет два канала измерения объема потребленного газа,
работающих поочередно циклами с периодом 2 с.
Ультразвуковой счетчик газа промышленный для измерения объемного расхода газа,
приведенного по давлению и температуре к нормальным условиям, содержит мерный участок трубопровода 1 с четырьмя приемопередающими ультразвуковыми преобразователями 2, 3, 4, 5, установленными под углом по отношению к оси сечения измерительного
участка, соединенные с формирователем импульсов 6, четыре выхода которого подключены к четырем входам коммутатора 7, а четыре входа подключены к четырем выходам
2
BY 16095 C1 2012.08.30
микроконтроллера измерения расхода газа 13; коммутатор 7 соединен с первым входом
блока компарации 11 через усилитель 8 и программируемый делитель 9, вход которого
соединен с первым выходом микроконтроллера 10, второй выход которого соединен со
входом регулируемого источника опорного напряжения 12, выход которого соединен со
вторым входом блока компарации 11, выход блока компарации 11 соединен со входом
микроконтроллера измерения расхода 13; третий выход микроконтроллера 10 соединен со
входом жидкокристаллического дисплея 17, а третий вход микроконтроллера 10 соединен
с выходом клавиатуры 18; пятый выход микроконтроллера измерения расхода газа 13 соединен со вторым входом микроконтроллера 10, третий вход микроконтроллера 10 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 16, первый и второй входы
которого соединены соответственно с датчиком давления 14 и датчиком температуры 15.
Ультразвуковой промышленный счетчик газа работает следующим образом.
Во время каждого нечетного двухсекундного периода микроконтроллер измерения
расхода газа 13 устанавливает коммутатор 7 таким образом, что импульс возбуждения поступает через формирователь импульсов 6 на ультразвуковой преобразователь 2, а ультразвуковой преобразователь 4 соединяется со входом усилителя 8 через коммутатор 7. Через
промежуток времени, достаточный для завершения переходного процесса, микроконтроллер измерения расхода газа 13 формирует с помощью формирователя импульсов 6 импульсы возбуждения ультразвукового преобразователя 2 и включает встроенный счетчик
импульсов опорной частоты. Длительность и период следования импульсов возбуждения
синхронизированы и согласованы с резонансной частотой ультразвуковых преобразователей. Принятый ультразвуковым преобразователем 4 сигнал, усиленный усилителем 8, при
превышении определенного порогового уровня вызывает срабатывание блока компарации
11 и останавливает работу встроенного в микроконтроллер измерения расхода газа 13
счетчика импульсов опорной частоты.
Выходной код счетчика импульсов, соответствующий измеренной временной задержке записывается в микроконтроллер измерения расхода газа 13.
Через определенный промежуток времени, необходимый для полного затухания колебаний, возбужденных в ультразвуковых преобразователях, микроконтроллер измерения
расхода газа 13 устанавливает коммутатор 7 таким образом, что импульс возбуждения поступает через формирователь импульсов 6 на ультразвуковой преобразователь 4, а ультразвуковой преобразователь 2 соединяется со входом усилителя 8 через коммутатор 7. Через
промежуток времени, достаточный для завершения переходного процесса, микроконтроллер измерения расхода газа 13 формирует с помощью формирователя импульсов 6 импульсы возбуждения ультразвукового преобразователя 4 и включает встроенный счетчик
импульсов опорной частоты. Длительность и период следования импульсов возбуждения
синхронизированы и согласованы с резонансной частотой ультразвуковых преобразователей. Принятый ультразвуковым преобразователем 2 сигнал, усиленный усилителем 8, при
превышении определенного порогового уровня вызывает срабатывание блока компарации
11 и останавливает работу встроенного в микроконтроллер измерения расхода газа 13
счетчика импульсов опорной частоты.
Выходной код счетчика импульсов, соответствующий измеренной временной задержке, записывается в микроконтроллер измерения расхода газов 13.
Во втором (четном) двухсекундном периоде микроконтроллер измерения расхода газа
13 устанавливает коммутатор 7 таким образом, что импульс возбуждения поступает через
формирователь импульсов 6 на ультразвуковой преобразователь 3, а ультразвуковой преобразователь 5 соединяется со входом усилителя 8 через коммутатор 7. Через промежуток
времени, достаточный для завершения переходного процесса, микроконтроллер измерения расхода газа 13 формирует с помощью формирователя импульсов 6 импульсы возбуждения ультразвукового преобразователя 3 и включает встроенный счетчик импульсов
опорной частоты. Длительность и период следования импульсов возбуждения синхрони3
BY 16095 C1 2012.08.30
зированы и согласованы с резонансной частотой ультразвуковых преобразователей. Принятый ультразвуковым преобразователем 5 сигнал, усиленный усилителем 8, при превышении определенного порогового уровня вызывает срабатывание блока компарации 11 и
останавливает работу встроенного в микроконтроллер измерения расхода газа 13 счетчика
импульсов опорной частоты.
Выходной код счетчика импульсов, соответствующий измеренной временной задержке, записывается в микроконтроллер измерения расхода газов 13.
Через определенный промежуток времени, необходимый для полного затухания колебаний, возбужденных в ультразвуковых преобразователях, микроконтроллер измерения
расхода газа 13 вновь устанавливает коммутатор 7 таким образом, что импульс возбуждения поступает через формирователь импульсов 6 на ультразвуковой преобразователь 5, а
ультразвуковой преобразователь 3 соединяется со входом усилителя 8 через коммутатор
7. Через промежуток времени, достаточный для завершения переходного процесса, микроконтроллер измерения расхода газа 13 формирует с помощью формирователя импульсов 6 импульсы возбуждения ультразвукового преобразователя 5 и включает встроенный
счетчик импульсов опорной частоты. Длительность и период следования импульсов возбуждения синхронизированы и согласованы с резонансной частотой ультразвуковых преобразователей. Принятый ультразвуковым преобразователем 3 сигнал, усиленный
усилителем 8, при превышении определенного порогового уровня вызывает срабатывание
блока компарации 11 и останавливает работу встроенного в микроконтроллер измерения
расхода газа 13 счетчика импульсов опорной частоты.
Выходной код счетчика импульсов, соответствующий измеренной временной задержке, записывается в микроконтроллер измерения расхода газов 13.
Измерение счетчиком объема потребленного газа осуществляется циклами с периодом
T ц:
- вычисление скорости потока газа:
l ⋅ cos α  1
1 
;
 −
(1)
νk =
2  t1k t 2 k 
- вычисление расхода газа в рабочих условиях (т.е. при текущих значениях температуры и давления газа):
l ⋅ cos α ⋅ Sk  1
1 
Q k = Sk ⋅ν k =
;
(2)
−
t

2
t
 1k
2k 
- вычисление приращения объема газа в рабочих условиях, измеренного за i-ый цикл
измерения k-м каналом счетчика:
∆Vik = Qik · Tц;
(3)
- вычисление приращения объема газа в рабочих условиях, протекшего за i-й цикл измерения:
K
∆Vi = ∑ ∆Vik ;
(4)
k =0
- вычисление суммарного объема потребленного газа в рабочих условиях:
i
V = ∑ ∆Vi ;
(5)
i=0
- измерение температуры газа в i-м цикле измерения Ti (К);
- измерение абсолютного давления газа в i-м цикле измерения Pi (кПа);
- вычисление в i-м цикле измерения коэффициента сжимаемости Hi по ГОСТ 30319.2-96;
- вычисление приращения объема газа, протекшего за i-ый цикл измерения, приведенного к стандартным условиям:
4
BY 16095 C1 2012.08.30
∆V ⋅ H i ⋅ Pi ⋅ Tc
;
Pc ⋅ Ti
-вычисление суммарного объема газа, приведенного к стандартным условиям:
∆Vci =
(6)
i
Vc = ∑ ∆Vci ;
(7)
i =0
где k - номер измерительного канала счетчика;
Qik - расход газа, измеренный за время i-го цикла k-м каналом счетчика;
Sk - эквивалентная площадь поперечного измерительного участка, перекрываемого k-м
каналом счетчика;
νk - скорость потока газа, измеренная k-м каналом счетчика;
ℓ - расстояние между расположенными друг против друга парами ЭП;
α - угол между направлением потока газа и направлением излучения ЭП;
PC - давление газа в стандартных условиях;
TC - стандартная температура газа 293,15 (К).
t1k - временная задержка в k-м канале счетчика по потоку газа;
t1k - временная задержка в k-м канале счетчика против потока газа.
В нечетных циклах через каждые 4-300 с происходит включение АЦП для поочередного измерения температуры газа T ( °С) или абсолютного давления газа P (кПа). Исходя
из этого, величина уровня компарации блока компарации 11, устанавливаемая регулируемым источником опорного напряжения 12 и программируемым делителем 9, изменяется
микроконтроллером 10 в соответствии с показателями давления и температуры газа, измеренными датчиком давления 14 и датчиком температуры 15 и обработанными
АЦП. Эта функция дает возможность применять заявляемый счетчик в условиях промышленной эксплуатации при широком диапазоне давлений газа в газопроводе, так как корректирует показания временной задержки прохождения акустического сигнала в
зависимости от плотности измеряемого газа.
Счетчик снабжен жидкокристаллическим дисплеем 17, на котором отображаются результаты измерений в реальном времени, и клавиатурой 18 для введения служебных параметров газа (в частности, содержание углекислого газа, азота, плотности газа) для
приведения результатов измерения к нормальным условиям.
Ультразвуковые счетчики газа промышленные могут быть изготовлены различных
типоразмеров в зависимости от объемных расходов измеряемого газа (м3 /ч).
Источники информации:
1. Патент РФ 2047097, МПК G 01F 1/66, 1995.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
98 Кб
Теги
патент, by16095
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа