Обчислювач для витратоміра змінного перепаду тиску

1 Обчислювач для витратоміра змінного перепаду тиску, який складається з обчислювального пристрою, пристрою відображення і блока пам'яті, при цьому пристрій відображення і блок пам'яті підключені до першого і другого виходів обчислювального пристрою, який відрізняється тим, що введені клавіатура, два штерфейсних вузли і узгоджувальний пристрій, вихід узгоджувального пристрою через перший штерфейсний вузол підключений до входу обчислювального пристрою, клавіатура і другий штерфейсний вузол підключені до третього та четвертого виходів обчислювально го пристрою, при цьому на входи узгоджувального пристрою подаються сигнали від сенсорів температури, тиску та різниці тиску, живлення сенсорів виконується від узгоджувального пристрою, а вихід другого інтерфейсного вузла є виходом обчислювача і підключений до системи збору інформації 2 Обчислювач для витратоміра змінного перепаду тиску по п 1, який відрізняється тим, що узгоджувальний пристрій складається з блока живлення, мікроконтролера і N ланцюжків, виходи яких об'єднані і підключені до входу мікроконтролера, вихід якого є виходом узгоджувального пристрою, кожен із ланцюжків складається з послідовно з'єднаних нормуючого підсилювача і аналогоцифрового перетворювача, при цьому входи ВІДПОВІДНИХ нормуючих підсилювачів є сигнальними входами узгоджувального пристрою і підключені до ВІДПОВІДНИХ сенсорів температури, тиску та різниці тиску Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний в різних областях промисловості та комунального господарства для вимірювання миттєвих витрат і об'ємів газоподібних продуктів, що транспортуються по трубопроводах - природного газу, стисненого повітря та перегрітої пари Відомий витратомір газу, що складається з встановленого в трубопроводі звужуючого пристрою, сенсорів тиску, різниці тиску і температури, розв'язуючих підсилювачів, Т-подібних ДІЛЬНИКІВ напруги та масштабного підсилювача (А С СССР № 514198, м кп G01F 1/00, надруковано в 1975 стандартну процедуру обчислення витрат газу Q по виміряним значенням Р, Т і ДР (детальний опис правил обчислення дивись в керівному документі «Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50213-80» Розглянутий витратомір є аналогом по відношенню до пристрою, що заявляється Недоліками пристрою-аналога є обмежені функціональні можливості, в тому числі - неможливість вводу в витратомір та врахування при розрахунках значень густини природного газу, процентного вмісту азоту і вуглецю, що час від часу змінюються, - відсутність апаратних засобів для реєстрації результатів вимірювання (вбудованого годинника реального часу, блоку пам'яті та інше), - нестабільність «нульових» значень аналогових сигналів при ЗМІНІ температури довколишнього середовища та зумовлені цим явищем ненормовані похибки обчислення витрат газу, - відсутність апаратних засобів для самоконтролю працездатності обчислювача, - малий діапазон вимірювання витрат газу Р) Витратомір працює наступним чином Сенсори тиску і температури вимірюють тиск в трубопроводі Р і температуру газу Т До вимірювальних зон звужуючого пристрою підключено сенсор різниці тиску При протіканні газу, на звужуючому пристрої виникає перепад тиску АР, пропорцюнальний квадрату швидкості потоку V Сенсор різниці тиску вимірює значення перепаду тиску Решта елементів витратоміра реалізує аналоговими методами 1 ю ю СО Ю 53557 Дійсно, за допомогою одного сенсора різниці тиску класу 0,1 можно вимірювати перепад тиску на звужуючому пристрої в діапазоні 100 1, при цьому на нижній межі диапазону відносна похибка вимірювання складе 10% Діапазон витрат з допустимою «Правилами обліку природного газу» відносною похибкою (не більше 4%), становить в кращому разі 7 1 Згідно з «Правилам обліку ,», витрати, менші ніж нижня межа вимірювань, мають замінятись значеннями нижньої межі Тому всі споживачі зацікавлені в зниженні нижньої межі вимірювань Відомий витратомір газу, що складається з встановленого в трубопроводі звужуючого пристрою, сенсорів тиску, різниці тиску і температури, розв'язуючих операційних підсилювачів, Тподібних ДІЛЬНИКІВ напруги, масштабного підсилювача, джерела напруги, двох ДІОДІВ І резистора (АС СССР № 838352, м кл G01F 1/00, автори 8 А Бровкін і Н І Писарєв, заявлено 21 09 79 р , надрук 15 06 81 р , бюл № 22) Даний пристрій відрізняється від пристроюаналога (дивись вище) наявністю ряду вузлів та зв'язків, ЯКІ забезпечують контроль працездатності витратоміра Недоліками даного пристрою також є обмежені функціональні можливості, перечислені вище для першого пристрою-аналога Цей пристрій також є аналогом по відношенню до пристрою, що заявляється Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, є «Обчислювач витрат і КІЛЬКОСТІ» авторів Ахунов Я Р , Ісаков А І , Поляков Р І , Максимов ІС (патент Роси RU № 2062448, заявлено 09 07 93 р , надруковано 20 06 96 р , бюл № 17), що складається з двох вхідних пристроїв, елементу АБО, RS-тригера, обчислювального пристрою, пристрою відображення інформації і блоку пам'яті, при цьому виходи вхідних пристроїв підключені до входів елементу АБО та RS-тригера, виходи елементу АБО та RS-тригера підключені до першого та другого входів обчислювального пристрою, а пристрій відображення інформації та блок пам'яті підключені до першого та другого виходів обчислювального пристрою Обчислювач призначений для обробки сигналів двох ЛІЧИЛЬНИКІВ рідини (газу), обладнаних частотно-імпульсними виходами, що працюють почергово Імпульси з виходу першого (другого) вхідного пристрою через елемент АБО поступають на вхід обчислювального пристрою, який шляхом підрахунку КІЛЬКОСТІ імпульсів за мірний відрізок часу (наприклад, за секунду) визначає миттєву витрату Об'єми рідини (газу) за годину, добу формуються шляхом інтегрування миттєвих витрат та архівуються в блоку пам'яті На пристрій відображення інформації виведено значення миттєвих витрат Перевагами даного пристрою є - можливість автоматичної фіксації результатів обліку (об'єми за годину, добу та ш) в блоку пам'яті, - наявність пристрою для відображення результатів обліку, - виконання розрахунків в цифровому вигляді, что забезпечує високу достовірність результатів Недоліками пристрою - відсутність апаратних засобів для управління обчислювачем та вибору інформації для відображення, - відсутність апаратних засобів для підключення обчислювача до автоматизованої системи збору інформації, - відсутність апаратних засобів для включення обчислювача в витратомір змінного перепаду тиску Даний пристрій є прототипом по відношенню до обчислювача, що заявляється Спільними суттєвими ознаками є - обчислюючий пристрій, - пристрій відображення, - блок пам'яті, - зв'язок пристрою відображення з обчислюючим пристроєм, - зв'язок блоку пам'яті з обчислюючим пристроєм Задачею винаходу, що пропонується, є розширення діапазону вимірювання витрат газоподібного продукту, який транспортується по одному трубопроводу Для цього в пристрої забезпечена обробка сигналів кількох сенсорів різниці тиску (з різними верхніми межами вимірювань), що одночасно вимірюють перепад тиску на звужуючому пристрої Поставлена задача вирішується тим, що в обчислювач для витратоміра змінного перепаду тиску, який складається з обчислюючого пристрою, пристрою відображення і блоку пам'яті, при цьому пристрій відображення і блок пам'яті підключені до першого і другого виходів обчислюючого пристрою, введені клавіатура, два інтерфейсних вузли і узгоджуючий пристрій, вихід узгоджуючого пристрою через перший штерфейсний вузол підключений до входу обчислювального пристрою, клавіатура і другий штерфейсний вузол підключені до третього та четвертого виходів обчислювального пристрою, при цьому на входи узгоджуючого пристрою подаються сигнали від сенсорів температури, тиску та різниці тиску, живлення сенсорів виконується від узгоджуючого пристрою, а вихід другого штерфейсного вузла являється виходом обчислювача і підключений до системи збору інформації 2 Обчислювач для витратоміра змінного перепаду тиску по п 1, який відрізняється тим, що узгоджуючий пристрій складається з блоку живлення, м ікро контроллера і N ланцюжків, виходи яких об'єднані і підключені до входу мікроконтролера, вихід якого є виходом узгоджуючого пристрою, кожен із ланцюжків складається з послідовно з'єднаних нормуючого підсилювача і аналогоцифрового перетворювача, при цьому входи ВІДПОВІДНИХ нормуючих підсилювачів являються сигнальними входами узгоджуючого пристрою і підключені до ВІДПОВІДНИХ сенсорів температури, тиску та різниці тиску Блок-схема обчислювача для витратоміра змінного перепаду тиску приведена на фігурі До складу обчислювача входять обчислюючий пристрій 1, пристрій відображення 2, блок пам'яті З, перший 4 і другий 5 інтерфейсні вузли, клавіатура 6 і узгоджуючий пристрій 7 До першого, другого, третього та четвертого виходів обчислювального 53557 пристрою 1 підключені ВІДПОВІДНО пристрій відображення 2, блок пам'яті 3, другий інтерфейсний вузол 5 і клавіатура 6 Вихід узгоджуючого пристрою 7 через перший інтерфейсний вузол 4 підключений до входу обчислювального пристрою 1 До складу узгоджуючого пристрою згідно п 2 формули винаходу входить блок живлення 8, N нормуючих підсилювачів 9, N аналого-цифрових перетворювачів 10 та мікроконтролер 11 При цьому виходи всіх N аналого-цифрових перетворювачів 10 об'єднані і підключені до входу мікроконтролера 11 Сигнальними входами узгоджуючого пристрою 7 є входи N нормуючих підсилювачів 9, а його виходом - вихід мікроконтролера 11 Обчислювач працює слідуючим чином До вимірювальних зон звужуючого пристрою підключені одночасно (N-2) сенсорів різниці тиску, які мають різні верхні межі вимірювань Живлення сенсорів тиску та різниці тиску виконується від блоку живлення 8, що входить до складу узгоджуючого пристрою 7 Сенсори тиску і температури формують ВИХІДНІ аналогові сигнали, пропорцюнальні тиску в трубопроводі Р та температурі газоподібного продукту І ВИХІДНІ аналогові сигнали всіх (N-2) сенсорів різниці тиску однозначно визначають перепад тиску ДР на звужуючому пристрої В нормуючих підсилювачах 9 узгоджуючого пристрою 7 ВИХІДНІ сигнали сенсорів приводятся до вхідного діапазону аналого-цифрових перетворювачів (далі за текстом - АЦП) В АЦП 10 сигнали сенсорів підлягають аналого-цифровому перетворенню ВИХІДНІ КОДИ ВСІХ АЦП почергово переда ються в мікроконтролер 11, де піддаються обробці для корекції нелінійності індивідуальних статичних характеристик перетворення сенсорів 3 виходу мікроконтролера 11 цифрові коди, ВІДПОВІДНІ показам сенсорів тиску, температурі і різниці тиску, через перший інтерфейсний вузол 4 почергово передаються в обчислювальний пристрій 1 Обчислювальний пристрій 1 аналізує покази всіх сенсорів різниці тиску і в якості результату вимірювання АР вибирає покази одного з сенсорів Алгоритм вибору слідуючий При протіканні газоподібного продукту, на звужуючому пристрої виникає перепад тиску ДР Допустимо, що ДР вимірюється трьома сенсорами, верхні межі яких дорівнюють 1000000, 10000 і 100 одиниць ВІДПОВІДНО (далі по тексту перший, другий і третій сенсори) Поки ДР < 100, сигнали першого і другого сенсорів будуть близькі до нуля, а вихідний сигнал третього сенсора буде знаходитись в діапазоні робочих значень При 100 < ДР < 10000 сигнал першого сенсора буде близький до нуля, вихідний сигнал третього сенсора покаже перевантаження, і лише сигнал другого сенсора буде знаходитись в діапазоні рабочих значень При 10000 < ДР < 1000000 (одиниць) ВИХІДНІ сигнали другого і третього сенсорів покажуть перевантаження, а перепад тиску буде вимірюватись першим сенсором Обчислювальний пристрій по виміряним значенням Р, Т і ДР розраховує миттєву витрату Q газоподібного продукту, зведену до стандартних умов (детальний опис правил обробки сигналів дивись в "Правилах РД 50-213-80" або в ГОСТ 8 563) Параметри налагодження і конфігурації обчислювача - значення внутрішнього діаметру і ІНШІ характеристики трубопроводу, діаметр отвору звужуючого пристрою, технічні і метрологічні характеристики сенсорів температури, тиску і різниці тиску, значення характеристик газоподібного продукту, що повільно змінюються в часі (для природного газу - значення густини, процентного вмісту азоту і вуглецю), вводяться оператором в обчислювальний пристрій 1 через клавіатуру 6 Об'єми газоподібного продукту за години, доби, МІСЯЦІ обчислювальний пристрій 1 підраховує шляхом інтегрування миттєвих витрат і архівує в блоці пам'яті З В другому архіві, що також зберігається в блоці пам'яті 3, фіксуються інтервали часу відсутності обліку за рахунок неробочого стану обчислювача (з вказанням причин) В третьому архіві з прив'язкою до моментів часу репструються втручання оператора - дії, які привели до зміни параметрів конфігурації і налагодження обчислювача На пристрій відображення (по команді, яка видається оператором через клавіатуру 6), викликаються результати вимірювання Р, Т і ДР, або миттєве значення витрат газоподібного продукту Q, або розділ одного з архівів Переваги заявленого обчислювача для витратоміра змінного перепаду тиску полягають в слідуючому 1 За рахунок одночасної обробки сигналів від кількох сенсорів різниці тиску, в обчислювачі забезпечується вимірювання перепаду тиску в дуже широкому діапазоні значень Це дозволяє забезпечити обчислення витрат газоподібного продукту в більш широкому діапазоні, ніж в відомих пристроях Наприклад, при використанні трьох сенсорів різниці тиску, діапазон витрат газоподібного продукту може складати 300 1 або більше 2 Адаптація обчислювача до різних видів газоподібних продуктів забезпечується заміною робочої програми обчислювального пристрою 1 3 Наявність клавіатури дозволяє оперативно змінювати (при необхідності) параметри конфігурації та налагодження, перевіряти архівні записи про об'єми газоподібного продукту за мірні інтервали часу (година, доба), час відсутності обліку, втручання оператора та інше 4 Обчислювач обладнаний штерфейсним вузлом 5 для зв'язку з системою збору інформації, що дозволяє включати його до складу автоматизованих систем більш високого рівня Зразки обчислювачів по даному винаходу на протязі кількох років успішно експлуатуються в складі автоматизованих вузлів обліку природного газу, перегрітої пари і стисненого повітря на промислових підприємствах нашої країни 53557 •ІГ. TOB "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24