close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2336499

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 336 499
(13)
C1
(51) МПК
G01F 1/66 (2006.01)
G01F 15/04 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2007110330/28, 21.03.2007
(72) Автор(ы):
Кременец Евгений Михайлович (RU),
Леонтейчук Константин Владимирович (RU),
Овс ников Михаил Трофимович (BY),
Шептовецкий Александр Юрьевич (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
21.03.2007
(45) Опубликовано: 20.10.2008 Бюл. № 29
(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью
"АЛЬТОНИКА" (ООО "АЛЬТОНИКА") (RU)
2 3 3 6 4 9 9
усилитель,
компаратор,
триггер
и
счетчик
импульсов. Первый регистр св зан с термореле, а
второй регистр - с таймером. Выходы блока
коррекции
подключены
к
последовательно
соединенным арифметическому и суммирующерегистрирующему блокам, первый из которых
также св зан с датчиком давлени . Изобретение
обеспечивает высокую точность измерени за счет
автоматической
коррекции
вычисл емого
объемного расхода при изменении компонентного
состава природного газа и соответствующих этому
составу параметров (плотности и показател адиабаты), а также коррекции получаемых
результатов,
учитывающей
температурные
изменени показател адиабаты. 3 ил.
R U
(57) Реферат:
Изобретение
относитс к
бытовым
ультразвуковым счетчикам дл измерени расхода
газа. В мерном участке трубопровода со
встроенными датчиком давлени и термореле
установлены два ультразвуковых преобразовател ,
дл которых
предусмотрен
аналоговый
коммутатор,
управл емый
таймером
и
формирователем импульсов возбуждени . Имеетс блок коррекции вычисл емого объемного расхода,
выполненный со схемой вычитани , двум регистрами, умножителем и схемой вычислений
обратной величины. Схема вычитани подключена
к
выходу
аналогового
коммутатора
через
последовательно
соединенные
приемный
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК ГАЗА
2 3 3 6 4 9 9
Адрес дл переписки:
117638, Москва, ул. Сивашска , 2А, ООО
"АЛЬТОНИКА", А.Д. Чупрову
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2165598 С1, 20.04.2001. RU 2082951
С1, 27.06.1997. RU 2101681 С1, 10.01.1998. JP
63-131027 А, 03.06.1988.
C 1
C 1
2 3 3 6 4 9 9
2 3 3 6 4 9 9
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 336 499
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01F 1/66 (2006.01)
G01F 15/04 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007110330/28, 21.03.2007
(72) Inventor(s):
Kremenets Evgenij Mikhajlovich (RU),
Leontejchuk Konstantin Vladimirovich (RU),
Ovsjanikov Mikhail Trofimovich (BY),
Sheptovetskij Aleksandr Jur'evich (RU)
(24) Effective date for property rights: 21.03.2007
(45) Date of publication: 20.10.2008 Bull. 29
(73) Proprietor(s):
Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'ju
"AL'TONIKA" (OOO "AL'TONIKA") (RU)
C 1
2 3 3 6 4 9 9
R U
adiabat index.
EFFECT: provision of high measurement accuracy.
3 dwg
Страница: 3
EN
C 1
(57) Abstract:
FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention is related to household
ultrasonic counters for measurement of gas flow
rate. Two ultrasonic transducers are installed in
measured
section
of
pipeline
with
inbuilt
pressure sensor and thermoswitch, for which
analog switching device controlled by timer and
excitation pulse shaper are provided. There is
unit of calculated volume flow rate correction,
which is arranged with subtraction circuit, two
registers,
multiplier
and
circuit
of
reverse
value
calculation.
Circuit
of
subtraction
is
connected to outlet of analog switching device
via
serially
connected
receiving
amplifier,
comparator, trigger and pulse counter. The first
register is connected with thermoswitch, and the
second one - with timer. Outlets of correction
unit
are
connected
to
serially
connected
arithmetic and summing-registering units, the
first of which is also connected with pressure
sensor. Invention provides high accuracy of
measurement by automatic correction of calculated
volumetrical flow rate with change of component
composition of natural gas and parameters that
correspond to this composition (density and
adiabat index), and also correction of received
results that accounts for temperature changes of
2 3 3 6 4 9 9
(54) ULTRASONIC GAS FLOW METER-COUNTER
R U
Mail address:
117638, Moskva, ul. Sivashskaja, 2A, OOO
"AL'TONIKA", A.D. Chuprovu
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к технике измерени расхода газа, в частности к бытовым
ультразвуковым счетчикам дл измерени расхода газа с приведением результатов
измерени к стандартным услови м по температуре и давлению газа, и предназначено дл применени в жилищно-коммунальном хоз йстве и в отрасл х газовой промышленности.
Известен ультразвуковой расходомер-счетчик дл измерени объемного расхода газа,
приведенного по давлению и температуре к стандартным услови м, содержащий мерный
участок трубопровода с датчиком давлени и с двум встроенными ультразвуковыми
преобразовател ми, св занными, соответственно, с первыми входом и выходом и со
вторыми входом и выходом аналогового коммутатора, третий вход которого через таймер
подключен к выходу опорного генератора, четвертый вход через формирователь
зондирующих импульсов соединен со вторым выходом таймера, а выход аналогового
коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор,
триггер, счетчик импульсов и схему вычитани подключен к первому входу
арифметического устройства, второй вход которого подключен к выходу датчика давлени ,
при этом второй выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного
генератора - ко второму входу счетчика импульсов, выход которого подключен ко входу
схемы сложени (патент JP №50-61571, G01F 1/66).
Недостатком известного устройства вл етс то, что оно может использоватьс дл измерени расхода, приведенного к стандартной температуре, лишь дл одного
определенного состава газа. При переходе, например, от измерени расхода метана к
измерению расхода природного газа или воздуха необходимо введение коэффициентов
пересчета.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решени вл етс ультразвуковой газовый расходомер-счетчик по патенту RU №2165598, G01F 1/66, G01F
15/04. Это ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий мерный участок
трубопровода с датчиком давлени и встроенными первым и вторым ультразвуковыми
преобразовател ми, св занными соответственно с первыми входом-выходом и со вторыми
входом-выходом аналогового коммутатора, третий вход которого подключен к первому
выходу таймера, а четвертый вход через формирователь импульсов возбуждени подключен ко второму выходу таймера, третий выход аналогового коммутатора через
последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер и счетчик
импульсов подключен к первому входу схемы вычитани , вход щей в состав блока
коррекции вычисл емого объемного расхода, выход которой соединен с первым входом
арифметического блока, второй вход арифметического блока соединен с выходом датчика
давлени , а выход - со входом суммирующе-регистрирующего блока, при этом второй
выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного генератора - ко
входу таймера и ко второму входу счетчика импульсов, который дополнительно содержит N
параллельно включенных блоков пам ти и второй коммутатор, а также последовательно
соединенные блок определени типа газовой среды, блок кода стандартной плотности,
делитель кодов и суммирующе-регистрирующее устройство, при этом выход схемы
сложени подключен ко входам каждого из N блоков пам ти и к входу блока определени типа газовой среды, выход которого св зан с управл ющим входом второго коммутатора,
выход которого соединен с третьим входом арифметического устройства, кодовый выход
которого подключен ко второму входу делител кодов.
Недостатком наиболее близкого аналога вл етс то, что необходима точность
измерений в среде природного газа с различным содержанием компонентов может быть
обеспечена лишь в узком температурном диапазоне.
Другой недостаток известного технического решени заключаетс в том, что не
учитываетс зависимость от температуры показател адиабаты ? газа, котора ,
например, дл природного газа в диапазоне температур от минус 40 до 50°С составл ет
приблизительно 2% от значени ?С при стандартной температуре.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков.
Предметом насто щего изобретени вл етс ультразвуковой расходомер-счетчик газа,
Страница: 4
DE
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
содержащий мерный участок трубопровода с датчиком давлени и встроенными первым и
вторым ультразвуковыми преобразовател ми, св занными соответственно с первыми
входом-выходом и со вторыми входом-выходом аналогового коммутатора, третий вход
которого подключен к первому выходу таймера, а четвертый вход через формирователь
импульсов возбуждени подключен ко второму выходу таймера, третий выход аналогового
коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор,
триггер и счетчик импульсов подключен к первому входу схемы вычитани , вход щей в
состав блока коррекции вычисл емого объемного расхода, выход которой соединен с
первым входом арифметического блока, второй вход арифметического блока соединен с
выходом датчика давлени , а выход - со входом суммирующе-регистрирующего блока, при
этом второй выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного
генератора - ко входу таймера и ко второму входу счетчика импульсов, - при этом в
блок коррекции вычисл емого объемного расхода введены первый регистр, выход которого
подключен к третьему входу арифметического блока и последовательно соединенные
второй регистр, умножитель и схема вычислений обратной величины, выход которой
подключен к первому входу первого регистра и к четвертому входу арифметического
блока, а в мерный участок трубопровода встроено термореле, вывод которого подключен
ко второму входу первого регистра, при этом выход счетчика импульсов подключен к
первому входу второго регистра и ко второму входу умножител , первый выход таймера
подключен ко второму входу второго регистра, а выход второго регистра подключен ко
второму входу схемы вычитани .
Задачей предлагаемого изобретени вл етс создание ультразвукового расходомерасчетчика газа, обеспечивающего более высокую, чем наиболее близкий аналог, точность
измерени объемного расхода в широком диапазоне температур и при различном
компонентном составе природного газа.
Обеспечиваемый технический результат заключаетс в автоматической коррекции
вычисл емого объемного расхода в случае изменений компонентного состава природного
газа и соответствующих этому составу параметров (плотности и показател адиабаты), а
также коррекции получаемых результатов на температурные изменени показател адиабаты.
Суть изобретени по сн етс на фиг.1-фиг.3.
На фиг.1 представлена структурна схема предлагаемого ультразвукового расходомерасчетчика газа.
На фиг.2 приведена структурна схема составной части ультразвукового расходомерасчетчика газа - блока коррекции вычисл емого объемного расхода.
На фиг.3 представлены временные диаграммы работы ультразвукового расходомерасчетчика газа.
На представленных рисунках использованы следующие обозначени : 1 - мерный
участок; 2 - формирователь импульсов возбуждени ; 3 - таймер; 4 - первый
ультразвуковой преобразователь; 5 - второй ультразвуковой преобразователь; 6 аналоговый коммутатор; 7 - приемный усилитель; 8 - опорный генератор; 9 - триггер; 10
- счетчик импульсов; 11 - компаратор; 12 - блок коррекции вычисл емого объемного
расхода; 13 - схема вычитани ; 14 - умножитель; 15 - второй регистр; 16 арифметический блок; 17 - схема вычислений обратной величины; 18 - первый регистр, 19
- термореле; 20 - датчик давлени ; 21 - суммирующе-регистрирующий блок.
Рассматриваемый ультразвуковой расходомер-счетчик газа содержит мерный участок 1
трубопровода со встроенным датчиком 20 давлени и с установленными внутри
трубопровода первым 4 и вторым 5 ультразвуковыми преобразовател ми, св занными,
соответственно, с первыми входом-выходом и со вторыми входом-выходом аналогового
коммутатора 6. Третий вход аналогового коммутатора 6 подключен к первому выходу
таймера 3, второй выход которого через формирователь 2 импульсов возбуждени подключен к четвертому входу аналогового коммутатора 6. Третий выход аналогового
коммутатора 6 через последовательно соединенные приемный усилитель 7, компаратор
Страница: 5
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
11, триггер 9 и счетчик 10 импульсов подключен к первому входу схемы 13 вычитани ,
вход щей в состав блока 12 коррекции вычисл емого объемного расхода, выход которой
соединен с первым входом арифметического блока 16. Второй вход арифметического
блока 16 соединен с выходом датчика 20 давлени , а выход - со входом суммирующерегистрирующего блока 21. Второй выход таймера 3 подключен ко второму входу триггера
9. Выход опорного генератора 8 подключен ко входу таймера 3 и ко второму входу
счетчика 10 импульсов. В блок 12 коррекции вычисл емого объемного расхода введены
первый регистр 18, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока
16, и последовательно соединенные второй регистр 15, умножитель 14 и схема 17
вычислений обратной величины. Выход схемы 17 вычислений обратной величины
подключен к первому входу первого регистра 18 и к четвертому входу арифметического
блока 16. В мерный участок 1 трубопровода встроено термореле 19, вывод которого
подключен ко второму входу первого регистра 18, вход щего в состав блока 12 коррекции
вычисл емого объемного расхода. Выход счетчика 10 импульсов подключен к первому
входу второго регистра 15 и ко второму входу умножител 14. Первый выход таймера 3
подключен ко второму входу второго регистра 15, а выход второго регистра 15 подключен
ко второму входу схемы 13 вычитани .
Мерный участок 1 трубопровода с установленными в нем первым 4 и вторым 5
ультразвуковыми преобразовател ми и встроенным датчиком 20 давлени конструктивно
выполнены так же, как и в вышеупом нутых аналогах по патентам JP №50-61571, G01F
1/66 и RU №2165598, G01F 1/66, G01F 15/04.
Термореле 19 вл етс стандартным элементом промышленной автоматики. Из двух
контактов термореле 19 один соединен с общей шиной ультразвукового расходомерасчетчика газа. Поэтому сигнал на его втором контакте (называемом в материалах данного
изобретени - просто "вывод") мен етс в зависимости от замыкани или размыкани контактов термореле 19. Подключение реле, один из контактов которого соединен с общей
шиной устройства, а другой предназначен дл управлени какими-либо блоками, вл етс стандартным дл узлов промышленной автоматики. Установка термореле 19 на мерном
участке 1 трубопровода не имеет принципиальных особенностей по сравнению с известной
установкой датчика 20 давлени .
Все другие перечисленные выше функциональные элементы рассматриваемого
ультразвукового расходомера-счетчика газа, обеспечивающие расчет объемного расхода
газа, реализованы на основе однокристального микроконтроллера, что позвол ет
обеспечить высокую надежность работы в реальных услови х эксплуатации.
Таким образом, возможность практической реализации предлагаемого устройства не
вызывает сомнений.
Рассматриваемый ультразвуковой расходомер-счетчик газа работает следующим
образом.
Измерение скорости потока природного газа осуществл етс посредством:
- поочередного излучени ультразвуковых импульсов в мерном участке 1 трубопровода
по направлению потока газа (показанного стрелкой на фиг.1) и против него;
- приема излученных ультразвуковых импульсов;
- преобразовани прин тых ультразвуковых импульсов в электрический сигнал;
- измерени временных интервалов между моментами излучени и приема каждого из
указанных ультразвуковых импульсов;
- вычислительных процедур, учитывающих величины измеренных временных
интервалов и геометрические размеры мерного участка 1.
Вычисление объемного расхода газа осуществл етс по геометрическим размерам
мерного участка 1 и измеренной скорости потока природного газа, скорректированной в
зависимости от измеренного давлени и параметров газа.
Дл реализации указанного выше метода измерени скорости потока природного газа
формирователь 2 импульсов возбуждени по запускающим импульсам таймера 3 (фиг.3в)
формирует импульсы возбуждени дл идентичных первого 4 и второго 5 ультразвуковых
Страница: 6
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
преобразователей.
Длительность и период повторени импульсов возбуждени , а также
последовательность работы узлов ультразвукового расходомера-счетчика газа задаетс таймером 3.
В первом (нечетном) интервале измерений осуществл ютс генерирование
ультразвуковых импульсов первым ультразвуковым преобразователем 4, излучение их в
направлении по потоку газа, прием излученных ультразвуковых импульсов вторым
ультразвуковым преобразователем 5 и обработка прин того сигнала. В этом интервале
измерений таймер 3 формирует сигнал управлени аналоговым коммутатором 6, условно
показанный высоким уровнем "1" (фиг.3б), переключа аналоговый коммутатор 6 таким
образом, чтобы через аналоговый коммутатор 6:
- выходные сигналы формировател 2 импульсов возбуждени поступали бы на первый
ультразвуковой преобразователь 4;
- выходные сигналы второго ультразвукового преобразовател 5 поступали бы на вход
приемного усилител 7.
Через небольшой интервал времени t3-t1 (фиг.3б), достаточный дл окончани всех
переходных процессов в аналоговом коммутаторе 6 и приемном усилителе 7, таймер 3
формирует на своем втором выходе импульс, длительностью t4-t3, показанный на фиг.3в
и синхронизированный с высокой точностью относительно выходных импульсов опорного
генератора 8 (фиг.3а).
Одновременно по фронту формируемого импульса (фиг.3в) в момент времени t3 таймер
3 устанавливает триггер 9 в состо ние, которое обозначено на фиг.3г высоким уровнем
("1"). Это состо ние триггера 9 разрешает работу счетчика 10 импульсов. То есть, при
построении триггера 9 по простейшей схеме асинхронного R-S-триггера на двух элементах
ИЛИ-НЕ, таймер 3 должен быть подключен к его S-входу, а временные диаграммы на
фиг.3г тогда соответствуют пр мому выходу асинхронного R-S-триггера.
Сформированный импульс со второго выхода таймера 3 поступает на вход
формировател 2 импульсов возбуждени и переводит его в активное состо ние
формировани импульса возбуждени заданных амплитуды и длительности t4-t3. С выхода
формировател 2 импульсов возбуждени через аналоговый коммутатор 6 указанный
импульс возбуждени поступает на первый ультразвуковой преобразователь 4 и вызывает
в нем излучение ультразвукового импульса.
Ультразвуковой импульс, излучаемый первым ультразвуковым преобразователем 4,
распростран етс в мерном участке 1 в направлении потока газа и принимаетс вторым
ультразвуковым преобразователем 5, который преобразует его в электрический сигнал,
поступающий через аналоговый коммутатор 6 на приемный усилитель 7.
Усиленный сигнал с выхода приемного усилител 7 (фиг.3д) поступает на вход
компаратора 11. При превышении амплитудой указанного сигнала порогового уровн в
момент времени t5 компаратор 11 вырабатывает импульс превышени порога (фиг.3е).
В течение промежутка времени tp1=t5-t3, равного временному интервалу от начала
импульса возбуждени до момента формировани компаратором 11 импульса превышени порога, фактически равного времени распространени ультразвукового сигнала по потоку
газа, триггер 9 находитс в состо нии "1" (фиг.3г). В этом его состо нии на счетный
вход счетчика 10 импульсов поступают импульсы от опорного генератора 8 (фиг.3а).
Момент начала счета счетчиком 10 импульсов синхронизирован с высокой точностью
относительно импульсов опорного генератора 8, а также относительно фронта импульса
возбуждени , формируемого в момент времени t3.
С компаратора 11 импульс превышени порога поступает на второй вход триггера 9. В
момент времени t5 триггер 9 переходит в состо ние "0", соответствующее низкому уровню
сигнала на выходе триггера 9 (фиг.3г), и останавливает работу счетчика 10 импульсов.
Выходной код n счетчика 10 импульсов, соответствующий измеренному временному
интервалу tp1=t5-t3, поступает на первый вход блока 12 коррекции вычисл емого объемного
расхода. Указанный вход соединен с первым входом схемы 13 вычитани , со вторым
Страница: 7
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
входом умножител 14 и с первым входом второго регистра 15.
В рассматриваемом первом (нечетном) интервале измерений таймер 3 формирует на
своем первом выходе высокий ("1") уровень сигнала (фиг.3б), который разрешает запись
во второй регистр 15 кода n измеренного временного интервала tp1 из счетчика 10
импульсов.
Спуст промежуток времени t'1-t1 сигнал на первом выходе таймера 3 становитс нулевым (фиг.3б), и начинаетс повторный (четный) интервал измерений, в течение
которого осуществл ютс формирование, излучение, прием и обработка ультразвукового
сигнала при его распространении в мерном участке 1 против потока газа.
В этот интервал измерений таймер 3 переключает аналоговый коммутатор 6 таким
образом, чтобы выход формировател 2 импульсов возбуждени был бы подключен ко
второму ультразвуковому преобразователю 5, а первый ультразвуковой преобразователь 4
был бы соединен через аналоговый коммутатор 6 со входом приемного усилител 7.
Через небольшой интервал времени t'3-t'1 (фиг.3б), достаточный дл окончани всех
переходных процессов в аналоговом коммутаторе 6 и приемном усилителе 7, таймер 3
формирует на своем втором выходе импульс, длительностью t'4-t'3, показанный на фиг.3в
и синхронизированный с высокой точностью относительно выходных импульсов опорного
генератора 8 (фиг.3а).
Одновременно по фронту формируемого импульса (фиг.3в) в момент времени t'3
таймер 3 устанавливает триггер 9 в состо ние, которое обозначено на фиг.3г высоким
уровнем "1". Это состо ние триггера 9 разрешает работу счетчика 10 импульсов.
Сформированный импульс со второго выхода таймера 3 поступает на вход
формировател 2 импульсов возбуждени и переводит его в активное состо ние
формировани импульса возбуждени заданных амплитуды и длительности t'4-t'3. С
выхода формировател 2 импульсов возбуждени через аналоговый коммутатор 6
указанный импульс возбуждени поступает на второй ультразвуковой преобразователь 5 и
вызывает в нем излучение ультразвукового импульса.
Ультразвуковой импульс, излучаемый вторым ультразвуковым преобразователем 5,
распростран етс в мерном участке 1 против потока газа и принимаетс первым
ультразвуковым преобразователем 4, который преобразует его в электрический сигнал,
поступающий через аналоговый коммутатор 6 на приемный усилитель 7.
Усиленный сигнал с выхода приемного усилител 7 (фиг.3д) поступает на вход
компаратора 11. При превышении амплитудой указанного сигнала порогового уровн в
момент времени t'5 компаратор 11 вырабатывает импульс превышени порога (фиг.3е).
В течение промежутка времени tp2=t'5-t'3, равного временному интервалу от начала
импульса возбуждени до момента формировани компаратором 11 импульса превышени порога, фактически равного времени распространени ультразвукового сигнала против
потока газа, триггер 9 находитс в состо нии "1" (фиг.3г). В этом его состо нии на
счетный вход счетчика 10 импульсов поступают импульсы от опорного генератора 8
(фиг.3а). Счетчик 10 импульсов продолжает подсчет импульсов.
Момент начала счета счетчиком 10 импульсов синхронизирован с высокой точностью
относительно импульсов опорного генератора 8, а также относительно фронта импульса
возбуждени , формируемого в момент времени t'3.
С компаратора 11 импульс превышени порога поступает на второй вход триггера 9. В
момент времени t'5 триггер 9 переходит в состо ние "0" и останавливает работу
счетчика 10 импульсов. Выходной код n' счетчика 10 импульсов, соответствующий
измеренному временному интервалу tp2=t'5-t'3, поступает в блок 12 коррекции
вычисл емого объемного расхода, где подаетс на первый вход схемы 13 вычитани , на
второй вход умножител 14 и на первый вход второго регистра 15. Однако запись кода
n', соответствующего временному интервалу tp2, во второй регистр 15 не производитс ,
так как в этом интервале измерений таймер 3 формирует на своем первом выходе (фиг.3б)
уровень "0", который запрещает запись кода n' измеренного временного интервала tp2 во
второй регистр 15.
Страница: 8
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
Кажда пара нечетного и четного интервалов измерений рассматриваемого
ультразвукового расходомера-счетчика газа соответствует одному циклу измерений
объемного расхода газа. Циклы измерений повтор ютс с периодом Тц.
Таким образом, на первый вход схемы 13 вычитани и второй вход умножител 14 в
четном интервале измерений поступают коды (n и n'), соответствующие значени м времени
распространени ультразвукового импульса в мерном участке 1 по направлению потока
газа tp1 и против потока газа tp2.
Схема 13 вычитани производит вычисление кодовых значений, соответствующих
разности времен распространени ультразвуковых импульсов против потока газа и по
потоку газа ?t=tp2-tp1, полученных в одном цикле измерений Тц. Умножитель 14 производит
вычисление произведени tp1?tp2.
Выходной код, соответствующий указанной разности времен распространени ультразвуковых импульсов против потока газа и по потоку газа ?t, с выхода схемы 13
вычитани поступает на первый вход арифметического блока 16.
Выходной код с выхода умножител 14 через схему 17 вычислений обратной величины
1/(tp1?tp2) поступает на второй вход арифметического блока 16 и на первый
(информационный) вход первого регистра 18.
При установлении стандартной температуры Т С происходит срабатывание термореле
19, чувствительный элемент которого располагаетс во внутренней полости мерного
участка 1 ультразвукового расходомера-счетчика газа и соприкасаетс непосредственно с
газовой средой. При срабатывании термореле 19 его контакты замыкаютс (или
размыкаютс , что не вл етс принципиальным дл рассматриваемого изобретени ). При
этом на выводе термореле 19 формируетс управл ющий импульс, который поступает на
второй вход (управлени ) первого регистра 18 и производит запись в него кода 1/(tp1?tp2)
при стандартной температуре, то есть 1/(tC1?tC2).
С выхода первого регистра 18 выходной код 1/(tC1?tC2) поступает на третий вход
арифметического блока 16.
Вычисление объемного расхода газа осуществл етс по алгоритму, вытекающему из
уравнений ультразвукового расходомера-счетчика газа. Суть данного алгоритма
заключаетс в следующем.
Дл массы М газа, проход щего через мерный участок 1 трубопровода в единицу
времени, объемный расход QC газа, приведенный к значению стандартной плотности
газа ?C при стандартных температуре TC и давлении PC равен:
35
40
45
50
где Q - объемный расход газа в рабочих услови х: при температуре T и давлении Р;
? - плотность газа в рабочих услови х.
Объемный расход Q газа в единицу времени при рабочей температуре T и давлении Р
равен:
где S - площадь поперечного сечени мерного участка длиной l;
? - средн по сечению трубопровода скорость потока газа.
Времена распространени ультразвукового импульса по потоку газа tp1 и против потока
газа tp2 можно представить в виде:
где l - измерительна база или длина мерного участка 1 трубопровода;
С - скорость ультразвукового импульса в газовой среде.
В этом случае выражение (1) дл объемного расхода газа при стандартных температуре
TC и давлении РC с учетом уравнений (3) представл етс в следующем виде:
Страница: 9
RU 2 336 499 C1
5
Дл рассматриваемого ультразвукового расходомера-счетчика газа диаметр сечени трубопровода выбираетс таким образом, чтобы течение газа можно было рассматривать
как однородное и несжимаемое по всей длине l мерного участка 1. Это условие
выполн етс , если ? 2<<С 2. Легко убедитьс , что при расходе газа 10 м 3/ч
отношение ? 2/С 2?4?10 -4. Следовательно, выражение (4) с достаточно высокой степенью
точности можно представить в виде:
10
Скорость С ультразвукового импульса в газе дл частот ниже 10 6 Гц может быть
выражена по формуле:
15
где ? - показатель адиабаты газовой среды при рабочих температуре и давлении;
K - коэффициент сжимаемости при рабочих температуре и давлении.
Скорость СC ультразвукового импульса в газе при стандартной температуре и давлении:
20
25
30
35
40
где ?C - показатель адиабаты газовой среды при стандартных температуре и давлении;
KC - коэффициент сжимаемости газа при стандартных температуре и давлении.
Тогда с учетом выражений (5)-(7) объемный расход газа, приведенный к значению при
стандартных температуре и давлении, определ етс по формуле:
Использу выражение (3) при стандартной температуре TC и при ? 2<<С 2, с точностью
не хуже 4?10 -4, получим:
Тогда, с учетом выражений (8) и (9), объемный расход газа, приведенный к значению
при стандартных температуре и давлении, определ етс по формуле:
Дл сетей природного газа с избыточным давлением до 0,2 МПа отношение K/KC?1 (с
точностью 0,002) и может быть опущено.
Показатель адиабаты природного газа, метана, азота определ етс в виде (ГОСТ
30319.1-96 "Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических
свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки"):
45
50
где Xa - мол рное содержание азота в компонентах природного газа.
При Xa?5% и давлени х газа Р?0,6 МПа с погрешностью не более 0,1% выражение (11)
может быть преобразовано к виду:
Дл природного газа при стандартных температуре и давлении ?С?1,302. Тогда
выражение (11) принимает вид:
Страница: 10
RU 2 336 499 C1
Скорость звука дл природного газа по ГОСТ 30319.1-96 определ етс в виде:
5
откуда с учетом ранее прин того избыточного давлени до 0,2 МПа можно записать:
10
Использу выражени (3), аналогично (9) выразим значение С 2 в виде:
Подставл (9) и (16) в (15), получим:
15
Подставл выражение (17) в выражение (13), получим итеративную формулу дл определени зависимости показател адиабаты от температуры газа:
20
25
где i - номер итерации.
В первой итерации при i=1 принимаетс ?0=?C.
Расчет показывает, что в первой итерации погрешность определени показател адиабаты по формуле (17) в диапазоне температур от минус 40 до 50°С не превышает
0,11% по сравнению со значени ми, рассчитанными по уравнению состо ни ,
приведенному в ГОСТ 30319.3.
Тогда, подставл (17) в (10), получим выражение дл объемного расхода газа,
приведенного к значению при стандартных значени х температуры и давлени :
30
35
40
где A - коэффициент пропорциональности, св зывающий геометрические параметры S, l
мерного участка 1 ультразвукового расходомера-счетчика газа и стандартное давление
газа РC.
Соответственно, за промежуток времени, равный одному циклу измерений Тц, объем
газа, прошедший через мерный участок 1, приведенный к значению при опорной
температуре, давлении и стандартной плотности газа ?0 равен:
45
50
где В - коэффициент пропорциональности, св зывающий геометрические параметры S, l
мерного участка 1 ультразвукового расходомера-счетчика газа, длительность цикла
измерений Тц и стандартное давление газа РС.
В соответствии с полученными выражени ми (19) или (20) устанавливаютс функции
арифметического блока 16.
Согласно выражени м (19) или (20), арифметический блок 16 производит умножение на
посто нный множитель 1,087945 значени 1/(tC1?tC2), поступающего на третий вход
Страница: 11
RU 2 336 499 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
арифметического блока 16 с выхода первого регистра 18, а также умножение на
посто нный множитель - 8,7945 значени 1/(tp1?tp2), поступающего на второй вход
арифметического блока 16 с выхода схемы 17 вычислений обратной величины, и
выполн ет суммирование обоих результатов умножени и перемножение полученной
суммы с кодовым сигналом, пропорциональным разности временных
интервалов ?t=tp2-tp1, который подаетс на первый вход арифметического блока 16 с
выхода схемы 13 вычитани , и кодовым сигналом, пропорциональным давлению Р,
который подаетс на четвертый вход арифметического блока 16 с выхода датчика 20
давлени .
В зависимости от функции, выполн емой рассматриваемым расходомером-счетчиком
газа, полученный результат умножаетс либо на посто нный множитель A (при вычислении
расхода газа), либо на посто нный множитель B (при вычислении объема газа,
прошедшего за один цикл измерени ).
Выходной кодовый сигнал с выхода арифметического блока 16 подаетс на
суммирующе-регистрирующий блок 21, в котором осуществл етс усреднение значений
расхода QC или накопление значений ?VC, полученных в каждом цикле измерений.
Таким образом, в случае изменени компонентного состава природного газа и
соответствующих этому составу параметров (плотности и показател адиабаты) при
установлении стандартной температуры газа предложенный ультразвуковой расходомерсчетчик газа автоматически выполн ет коррекцию вычисл емого объемного расхода газа.
Это позвол ет решить поставленную задачу: создать ультразвуковой расходомерсчетчик газа, обеспечивающий более высокую, чем наиболее близкий аналог, точность
измерени объемного расхода в широком диапазоне температур и при различном
компонентном составе природного газа.
Обеспечиваемый технический результат заключаетс в автоматической коррекции
вычисл емого объемного расхода в случае изменений компонентного состава природного
газа и соответствующих этому составу параметров (плотности и показател адиабаты),
также коррекции результата в соответствии с температурными изменени ми показател адиабаты. Причем измеренный объемный расход газа приводитс к стандартным услови м
по температуре и давлению.
Совокупность признаков, общих с наиболее близким аналогом, и отличительных
признаков обладает новизной, промышленно применима, поэтому предлагаемое
техническое решение может быть классифицировано как изобретение.
Формула изобретени Ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий мерный участок трубопровода с
датчиком давлени и встроенными первым и вторым ультразвуковыми преобразовател ми,
св занными соответственно с первыми входом-выходом и со вторыми входом-выходом
аналогового коммутатора, третий вход которого подключен к первому выходу таймера, а
четвертый вход через формирователь импульсов возбуждени подключен ко второму
выходу таймера, третий выход аналогового коммутатора через последовательно
соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер и счетчик импульсов подключен к
первому входу схемы вычитани , вход щей в состав блока коррекции вычисл емого
объемного расхода, выход которой соединен с первым входом арифметического блока,
второй вход арифметического блока соединен с выходом датчика давлени , а выход - со
входом суммирующе-регистрирующего блока, при этом второй выход таймера подключен
ко второму входу триггера, а выход опорного генератора - ко входу таймера и ко
второму входу счетчика импульсов, отличающийс тем, что в блок коррекции вычисл емого
объемного расхода введены первый регистр, выход которого подключен к третьему входу
арифметического блока, и последовательно соединенные второй регистр, умножитель и
схема вычислений обратной величины, выход которой подключен к первому входу первого
регистра и к четвертому входу арифметического блока, а в мерный участок трубопровода
встроено термореле, вывод которого подключен ко второму входу первого регистра, при
Страница: 12
CL
RU 2 336 499 C1
этом выход счетчика импульсов подключен к первому входу второго регистра и ко второму
входу умножител , первый выход таймера подключен ко второму входу второго регистра, а
выход второго регистра подключен ко второму входу схемы вычитани .
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 13
RU 2 336 499 C1
Страница: 14
DR
RU 2 336 499 C1
Страница: 15
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
395 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа