Ультразвуковой счетчик газа промышленный

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СЧЕТЧИК ГАЗА ПРОМЫШЛЕННЫЙ(71) Заявитель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие Белгазтехника(72) Авторы Коробченко Вячеслав Федорович Винокуров Геннадий Николаевич Климкович Борис Владимирович(73) Патентообладатель Научно-производственное республиканское унитарное предприятие Белгазтехника(57) Ультразвуковой счетчик газа промышленный, содержащий мерный участок трубопровода с ультразвуковыми преобразователями, формирователь импульсов, коммутатор, блок компарации, источник напряжения, усилитель, датчик давления, отличающийся тем, что дополнительно содержит микроконтроллер измерения расхода газа, программируемый делитель, жидкокристаллический дисплей, клавиатуру, аналого-цифровой преобразователь,датчик температуры, при этом мерный участок трубопровода содержит четыре ультразвуковых преобразователя, установленные под углом по отношению к оси сечения мерного 51712009.04.30 участка, соединенные с формирователем импульсов, четыре выхода которого подключены к четырем входам коммутатора, а четыре входа подключены к четырем выходам микроконтроллера измерения расхода газа коммутатор соединен с первым входом блока компарации через усилитель и программируемый делитель, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен со входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока компарации, выход блока компарации соединен со входом микроконтроллера измерения расхода третий выход микроконтроллера соединен со входом жидкокристаллического дисплея, а третий вход микроконтроллера соединен с выходом клавиатуры пятый выход микроконтроллера измерения расхода газа соединен со вторым входом микроконтроллера, третий вход микроконтроллера соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком давления и датчиком температуры.(56) 1. Пат РФ 2165598, МПК 01 1/66, 2001. Полезная модель 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 использована в промышленных установках и узлах учета газа. Наиболее близким, принятым за прототип, является ультразвуковой газовый расходомерсчетчик 1, содержащий мерный участок трубопровода с датчиком давления и с двумя встроенными ультразвуковыми преобразователями, соответственно связанными с первым и вторым входом аналогового коммутатора, третий вход которого связан с выходом опорного генератора через таймер, четвертый вход - со вторым выходом таймера через формирователь зондирующих импульсов, а выход коммутатора подключен к первому входу арифметического устройства через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер, вторым входом связанный со вторым выходом таймера, счетчик импульсов,счетным входом подключенный к выходу опорного генератора, а выходом - к схеме сложения, и схему вычитания, причем выход датчика давления подключен ко второму входу арифметического устройства, последовательно соединенныепараллельно включенных блоков памяти и второй коммутатор, последовательно связанные блок определения типа газовой среды, блок кода стандартной плотности, делитель кодов и суммирующе-регистрирующее устройство, причем выход схемы сложения подключен ко входамблоков памяти и ко входу блока определения типа газовой среды, выход которого связан с управляющим входом второго коммутатора, соединенного выходом с третьим входом арифметического устройства, кодовый выход которого подключен ко второму входу делителя кодов. Недостатком известного устройства является использование арифметического устройства блока стандартной плотности, блоков памяти, что усложняет построение счетчика,вследствие использования большого количества дискретной логики и снижения надежности конструкции. Задачей полезной модели 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. 51712009.04.30 Технический результат достигается в ультразвуковом счетчике газа промышленном,содержащем мерный участок трубопровода с ультразвуковыми преобразователями, формирователь импульсов, коммутатор, блок компарации, источник напряжения, усилитель,датчик давления, дополнительно содержащем микроконтроллер измерения расхода газа,программируемый делитель, жидкокристаллический дисплей, клавиатуру, аналогоцифровой преобразователь, датчик температуры, при этом мерный участок трубопровода содержит четыре ультразвуковых преобразователя, установленные под углом по отношению к оси сечения мерного участка, соединенные с формирователем импульсов, четыре выхода которого подключены к четырем входам коммутатора, а четыре входа подключены к четырем выходам микроконтроллера измерения расхода газа коммутатор соединен с первым входом блока компарации через усилитель и программируемый делитель, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход которого соединен со входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока компарации, выход блока компарации соединен со входом микроконтроллера измерения расхода третий выход микроконтроллера соединен со входом жидкокристаллического дисплея, а третий вход микроконтроллера соединен с выходом клавиатуры пятый выход микроконтроллера измерения расхода газа соединен со вторым входом микроконтроллера, третий вход микроконтроллера соединен 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, последующем 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 ультразвуковыми преобразователями 2, 3, 4, 5, установленными под углом по отношению к оси сечения измерительного участка, соединенными с формирователем импульсов 6, четыре выхода которого подключены к четырем входам коммутатора 7, а четыре входа подключены к четырем выходам 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 аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 16, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиком давления 14 и датчиком температуры 15. Ультразвуковой счетчик газа промышленный 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 3 51712009.04.30 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 газа 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 синхронизированы 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 газа 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 компара 4 51712009.04.30 ции 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. Измерение счетчиком объема потребленного газа осуществляется циклами с периодом Тц вычисление скорости потока газа вычисление расхода газа в рабочих условиях (т.е. при текущих значениях температуры и давления газа) вычисление приращения объема газа в рабочих условиях, измеренного за -й цикл измерения -м каналом счетчика ц вычисление приращения объема газа в рабочих условиях, протекшего за -й цикл измерения вычисление суммарного объема потребленного газа в рабочих условиях измерение температуры газа в -м цикле измерения Тизмерение абсолютного давления газа в -м цикле измерения Р (кПа) вычисление в -м цикле измерения коэффициента сжимаемости Н по ГОСТ 30319.2-96 вычисление приращения объема газа, протекшего за -й цикл измерения, приведенного к стандартным условиям вычисление суммарного объема газа, приведенного к стандартным условиям где- номер измерительного канала счетчика- расход газа, измеренный за время -го цикла -м каналом счетчика- эквивалентная площадь поперечного измерительного участка, перекрываемого-м каналом счетчика- скорость потока газа, измеренная -м каналом счетчика- расстояние между расположенными друг против друга парами ЭП- угол между направлением потока газа и направлением излучения ЭП Рс - давление газа в стандартных условиях Тс - стандартная температура газа 293,15 (К) 5 51712009.04.30 1 - временная задержка в -м канале счетчика по потоку газа 1 - временная задержка в -м канале счетчика против потока газа. В нечетных циклах через каждые 4-300 с происходит включение АЦП для поочередного измерения температуры газа Т (С) или абсолютного давления газа Р (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 измерении 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 (м 3/ч). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.