Способ определения приведенного к нулевой влажности мгновенного объемного расхода влагосодержащего газа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИВЕДЕННОГО К НУЛЕВОЙ ВЛАЖНОСТИ МГНОВЕННОГО ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ВЛАГОСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Автор Лисовский Владислав Васильевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Способ определения приведенного к нулевой влажности мгновенного объемного расхода влагосодержащего газа, в котором поток указанного газа пропускают через внутреннюю полость преобразователя объемного расхода, содержащего два пьезоэлемента,посылают ультразвуковые сигналы от первого пьезоэлемента ко второму и обратно соответственно по потоку газа и против него, измеряют разностьвремен распространения указанных сигналов между пьезоэлементами и определяют мгновенный объемный расход изм в соответствии с выражением изм,где- коэффициент преобразования, зависящий от вида исследуемого газа,и одновременно пропускают через указанный преобразователь СВЧ-колебания между двумя элементами связи, соединенными соответственно с генератором и приемником указанных колебаний, тем самым используя указанную полость в качестве объемного СВЧрезонатора, и определяют величинупереходного ослабления указанного резонатора, Фиг. 2 18568 1 2014.08.30 вызванного наличием влаги в исследуемом газе, а затем определяют приведенный к нулевой влажности мгновенный объемный расход газа пр в соответствии с выражениемпризм 1,где- коэффициент, зависящий от геометрических размеров резонатора. Изобретение относится к технике измерения объемного расхода и количества газа с приведением результатов измерения к нормальным условиям по влажности и может найти применение в промышленности и сельском хозяйстве для повышения точности учета израсходованного газа. Известны способы измерения объемного расхода и количества газовых сред акустическими методами 1, 2, в том числе и многолучевыми повышенной точности, однако все они измеряют по сути дела объемный расход, который затем по известным методикам 3 приводится к нормальным условиям по температуре, плотности (давлению) и влажности. Недостатком этих способов является то, что в расчеты берется средняя влажность прокачиваемой партии газа, тогда как в реальных условиях эта величина значительно изменяется, что приводит к большим ошибкам в учете потребляемого газа. Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерения объемного расхода и количества израсходованного газа за счет приведения полученных значений к нормальным условиям по влажности путем непрерывного контроля содержания влаги и внесения соответствующей автоматической коррекции в результат. Поставленная задача решается следующим образом. Предложен способ определения приведенного к нулевой влажности мгновенного объемного расхода влагосодержащего газа, в котором поток указанного газа пропускают через внутреннюю полость преобразователя объемного расхода, содержащего два пьезоэлемента, посылают ультразвуковые сигналы от первого пьезоэлемента ко второму и обратно соответственно по потоку газа и против него, измеряют разностьвремен распространения указанных сигналов между пьезоэлементами и определяют мгновенный объемный расход изм в соответствии с выражением изм,где- коэффициент преобразования, зависящий от вида исследуемого газа, и одновременно пропускают через указанный преобразователь СВЧ-колебания между двумя элементами связи, соединенными соответственно с генератором и приемником указанных колебаний, тем самым используя указанную полость в качестве объемного СВЧрезонатора, и определяют величинупереходного ослабления указанного резонатора,вызванного наличием влаги в исследуемом газе, а затем определяют приведенный к нулевой влажности мгновенный объемный расход газа пр в соответствии с выражением призм(1-/),где- коэффициент, зависящий от геометрических размеров резонатора. Данный способ предложен для автоматической коррекции по влажности ультразвуковых расходомеров-счетчиков газа, в том числе и разработанных в последнее время и серийно выпускаемых ЗАО Газдевайс УБСГ 001 5, которые имеют конструкцию блока первичных преобразователей, расхода подобную бисферическим резонаторам, применяемым в микроволновой (СВЧ) влагометрии 6. Совмещение в одном устройстве двух первичных измерительных преобразователей(расхода и влажности) приводит к появлению новых возможностей в решении задачи существенного повышения точности измерения объемного расхода и количества влагосодержащих газовых сред с приведением результата к нулевой влажности. Теория измере 2 18568 1 2014.08.30 ния расхода ультразвуковыми методами в настоящее время разработана достаточно хорошо 2, также как и микроволновая влагометрия 6. Резонаторные методы влагометрии применяются в тех случаях, когда влажность контролируемого объекта весьма мала, как у влагосодержащих газовых сред, либо когда чувствительность других методов просто недостаточна. В использованной конструкции устройства применен первичный преобразователь расхода ультразвукового счетчика газа УБСГ - 001 4, геометрические размеры центральной части которого (220 мм - длина,135 мм - ширина и 12 мм - высота), имеющего,кроме того, высокую степень чистоты литой внутренней поверхности, что позволяет реализовать его в качестве резонатора для определенного типа сверхвысокочастотной электромагнитной волны, в данном случае с резонансной частотой 1,8 ГГц. На фиг. 1 приведены схематическое изображение бисферического резонатора и график зависимости напряженностиэлектромагнитного поля вдоль его центральной оси от расстояниядо начала координат, совмещенного с торцом резонатора. Форма корпуса первичного преобразователя расхода ультразвукового счетчика газа УБСГ 001 со встроенными пьезокерамическими преобразователями и добавленными петлями связи изображена на фиг. 2, откуда видно, что она имеет конструкцию, подобную бисферическому резонатору, имеющему центральную областьи сужающиеся торцевые части(фиг. 1 а), становящиеся запредельными для возбужденных в центральной области типов волн. Это свойство хорошо иллюстрирует фиг. 1 б, где на графике зависимости напряженности электромагнитного поляот расстояниявидно отсутствие в торцевых частях, начиная с некоторого сечения, напряженности электромагнитной волны,основного типа для данного резонатора, что позволяет изготавливать последние с открытыми боковыми стенками. Данное обстоятельство вполне согласуется с существующей конструкцией корпуса первичного преобразователя расхода ультразвукового счетчика газа УБСГ - 001 (фиг. 2). Здесь 1-1 пьезокерамические преобразователи, 2-2 петли связи для ввода и регистрации СВЧ-энергии (два элемента связи, позволяющие контролировать влажность газа). Таким образом, появляется возможность совместного решение системы двух уравнений, связывающих объемный расход в функции влажности изм и переходное ослабление резонатора , также связанное с влажностью, что позволяет вычислить объемный расход пр, приведенный к нормальным условиям по влажности в соответствии с уравнением призм(1-/),где пр - мгновенный объемный расход, приведенный к нулевой влажности изм- измеренный мгновенный объемный расход- коэффициент преобразования, зависящий от типа газа- разность времени распространения акустического сигнала по и против потока- измеренное переходное ослабление резонатора с влагосодержащей газовой средой- коэффициент, зависящий от геометрических размеров резонатора. Что и реализовано в модернизированном ультразвуковом счетчике газа УБСГ - 001-М. Таким образом, предлагаемый способ позволяет относительно простой и недорогой приборной реализацией существенно повысить точность измерения расхода и количества газовых сред за счет приведения результата к нулевой влажности. 18568 1 2014.08.30 Источники информации 1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - М Машиностр., 1989. 700 с. 2. Чернобай Л.А., Карташевич А.Н., Лисовский В.В. Результаты разработки и опыт эксплуатации УЗ-счетчиков газа типоразмера -25 в сб. Научно-технический прогресс в области механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства. - Минск РУНИП ИМЭСХ НАН Б, 2002. - С. 176-182. 3. Промышленные и бытовые счетчики газа Справочно-методическое пособие. ГНИЙ Теплоэнергетического Приборостроения. - М., 2001. - 115 с. 4.20050082, 2006. 5. Паспорт и техническое описание УЗ-счетчиков УБСГ - 001 (16-100). - М. ЗАО Газдевайс, 2002. - 16 с. 6. Лисовский В.В. Теория и практика сверхвысокочастотного контроля влажности. Минск БГАТУ. - 2005. - 292 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4