Пристрій для вимірювання втрат газів

1 Пристрій для вимірювання втрат газів, що містить ротаметричну трубку і поплавець, який відрізняється тим, що в нього додатково введені функціональний перетворювач, який включає ротаметричну трубку з поплавцем, перший і другий ЄМНІСНІ вимірювальні перетворювачі з ВІДПОВІДНИМИ першою і другою парами електродів, Пристрій відноситься до галузі вимірювальної техніки, а саме до приладів виміру параметрів газоповітряного середовища і може бути використаний в корозійностійкому виконанні для виміру витрат практично будь-яких середовищ у трубопроводах Відомий пристрій типу РМ ДСТ 13045-81 містить ротаметричну трубку з поплавцем Зчитування величини поточних значень витрати газу по висоті положення поплавця відбувається візуально Недоліком пристрою є низька точність, неможливість додатково вимірювати сумарну витрату потоку газу за контрольований період з наданням результатів вимірів електричним сигналом в автоматизованих системах обробки вимірювальної інформації [1] В основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій для вимірювання втрат газів, що дозволяє сполучити простоту і надійність конструкції з підвищеною точністю додатково вимірювати сумарну витрату потоку газу за контрольований період із представленням результатів усіх вимірів уніфікованим електричним сигналом (цифровим чи аналоговим), що дозволяє використовувати пристрій в автоматизованих системах обробки вимірювальної інформації Поставлена задача удосконалити винахід вирішується тим, що в пристрої для вимірювання втрат газів, який містить ротаметричну трубку і рахункові входи перетворювачів з єднані з рахунковими входами першого і другого ЛІЧИЛЬНИКІВ ВІДПОВІДНО, вихід виводу паралельного коду другого лічильника з'єднаний з інформаційними входами запам'ятовуючого регістра, виходи першого і другого ЛІЧИЛЬНИКІВ підключені до входів запам'ятовуючого регістра, виходи запам'ятовуючого регістра і таймера підключені до входів суматора 2 Пристрій по п 1 , який відрізняється тим, що стінки ротаметричної трубки виконані з напилюванням, а перша і друга пари електродів виконані трикутними і дорівнюють довжині ротаметричної трубки поплавець додатково введені функціональний перетворювач, що включає, ротаметричну трубку з поплавцем, перший і другий ЄМНІСНІ вимірювальні перетворювачі з ВІДПОВІДНИМИ першою і другою парами електродів, рахункові виходи перетворювачів з'єднані з рахунковими входами першого і другого ЛІЧИЛЬНИКІВ ВІДПОВІДНО, вихід виводу пара лельного коду другого лічильника з'єднаний з інформаційними входами запам'ятовуючого регістра, виходи першого і другого ЛІЧИЛЬНИКІВ підключені до входів запам'ятовуючого регістра, виходи запам'ятовуючого регістра і таймера підключені до входів суматора, стінки ротаметричної трубки виконані з напилюванням, а перша і друга пари електродів виконані трикутними На фіг 1 зображена функціональна блок-схема пристрою На фіг 2 зображений план розгорнення бічної поверхні ротаметричної трубки з електродами На фіг 3 зображений графік функціональних залежностей площ Sn1, Sn2 і їхні відносини першої і другої пар електродів матеріалом поплавця в залежності від його відносного положення Кн по висоті ротаметричної трубки На фіг 4 зображений графік функціональних залежностей відносин Кс = 31 / 32 електричних ємностей пар електродів від відносного положення Кн поплавця по висоті ротаметричної трубки при різних значеннях На фіг 5 зображені тимчасові діаграми форму ю ю 51952 вання числових значень у лічильниках Сч1 і Сч2 і запам'ятовуючому регістрі ЗР Пристрій для вимірювання втрат газів містить функціональний перетворювач 1 ФП, що включає поплавець 2, ротаметричну трубку 3, перший 4 і другий 5 ЄМНІСНІ вимірювальні перетворювачі ЕИП1, ЕИП2 з ВІДПОВІДНИМИ першим 6 і другим 7 парами електродів Э1, Э2, рахункові виходи перетворювачів 4, 5 ЕИП1 і ЕИП2 з'єднані з рахунковими входами першого 8 і другого 9 ЛІЧИЛЬНИКІВ СЧ1 І Сч2 ВІДПОВІДНО Вихід виводу паралельного коду лічильника 9 Сч2 з'єднаний з інформаційними входами запам'ятовуючого регістра 10 ЗР 3 виходу «1» лічильника 8 Сч1 виробляється дозвіл запису паралельного коду з лічильника 9 Сч2 у запам'ятовуючий регістр 10 ЗР, а з виходу «2» виробляється керування скиданням показань ЛІЧИЛЬНИКІВ Таймер 11 Т формує імпульси, які проходять через ПОСТІЙНІ інтервали, що дозволяють періодично підсумовувати поточні значення витрати потоку газу в суматорі 12S Пристрій для виміру витрати газу працює в такий спосіб На фіг 1 - 5 і нижче в тексті введені наступні позначення і символи Н, d — висота і діаметр ротаметричної трубки, Н,а = -cd/2, висота, основа і пло_ Tid _ Н 2 \ ща кожного з чотирид ~ ~у~ ~ + а а | кутних електродів, абсолютне і відносне полоІ_І |х _ Ь^ ження поплавця по висоті Н від основи рота метричної трубки, hn, 2а = 2 (а-іі + висота, периметр основи і бічна поверхня поплавця загальна площа і Sn = Sm + Sn2 \ площі покрить першої і другої пар електродів, С-і, Сг, електричні ємності, утворені першою і другою парами електродів з урахуванням переміщення поплавця в Кс = С-і / Cj між електродних середовищах із крайнього нижнього у крайнє верхнє положення і їх відношення, sr, sn діелектричні проникливості потоку газаповітрянного середовища і матеріалу поплавця і їх відношення Кожний з чотирьох профільованих електродів у розгорнутому плані являє собою рівнобедрені трикутники з висотою Н, рівній довжині трубки і підставами аі і а-z -(пари трикутних електродів, що утворять ємності Сі І П2 ВІДПОВІДНО), рівних половинам окружностей ВІДПОВІДНО нижньої і верхньої основ трубки, тобто аі = тг п , а2 = тг Г2, де п і Г2 радіуси нижньої і верхньої основ трубки Підстави } пар трикутних електродів ємностей С1, С2 розташовані по периметрах нижньої і верхньої основ трубки ВІДПОВІДНО Обрані конфігурації (трикутні) і взаємне розташування електродів на ЗОВНІШНІЙ поверхні трубки — одне з неодмінних умов одержання вихідного електричного сигналу, пропорційного витраті контрольованого середовища Друга умова — розходження діелектричних проникливостей контрольованого середовища (8м% 1,0) і матеріалу поплавця (8п = 3 -10) Для спрощення розрахунків функціональної залежності Сч / 32 = F (Ні) приймаються наступні допущення - підстави пар трикутних електродів рівні а-і = a-z = тг м, - бічна поверхня поплавця прямокутної форми площею Sn = 2a'hn, - зазорами між гранями електродів можна зневажати При відсутності газового потоку (Від = 0) поплавець знаходиться в крайньому нижньому положенні під прозорою ротаметричною трубкою поза між електродних просторів першої і другої пар електродів Сн —]- = 1 при Q T = 0 С2 При наявності газового потоку поплавець переміщується в між електродному просторі (положення II, , IV) і, володіючи діелектричною проникливістю Еп, приблизно на порядок більшої діелектричної проникливості 8м газу Jn » Sr, змінює в різному ступені електричні ємності Сі, П2 ВІДПОВІДНО до площ перекриттів електродів Sm, Sn2, що змінюється (2 2 1-1) OП2 о л~Ь З вираження (2 2 1-1) випливає, що вимірювана електрична величина С-і / D2 залежить від площ перекриттів електродів Snn , Sn2i , величини яких перерозподіляються в залежності від положення Й, поплавця по висоті трубки Н Su=a/2'H, а = 2Н / tga, SA = Н2 / tga, а = а-іі + а 2 ,, 2(14-1-1!) S m = h n 2(H-H. tga H-H, >П2і 2Н ">а2і tga S , (2 2 tga n 2 = h n tga 1-2) H, Введемо ВІДНОСНІ величини с, н (2 2 1-3) 51952 к -Sr KE'Sr - S П2і, , к п , sn H Е К 'SП2і (2 2 1-4) Після нижчеподаних перетворень з обліком введених відносних величин Кс, КЕ, КН одержимо П1 tga'S r Кг = S H^-hn(H-H,)+KE'hn(H-H, hn'H, n2 tga'S r hn'H, Розділивши на Н і з урахуванням виразу (2 2 1-3) одержимо „ _ 1+ К П ( 1 - К Н ) ( К Е - 1 ) (2 2 1-6) КП'КН'(КЕ-1) К П '(К Е -1) 1-KL (2 2 1-7) З вираження (2 2 1-6) визначаємо значення Кн Ки (2 2 1-ї = ИЛИ Кг. = Н ,S[-|— hn sr ~С C2+C-] С C2+C-] (2 2 1-9) Пристрій працює таким чином в електронну частину пристрою (фіг 1 - 4)входять функціональний перетворювач 1, що включає перший і другий ЄМНІСНІ перетворювачі 4, 5 з ВІДПОВІДНИМИ першою і другою парами електродів 6 і 7, рахункові виходи перетворювачів 4,5 з'єднані з рахунковими входами першого і другого ЛІЧИЛЬНИКІВ 8 і 9 ВІДПОВІДНО Вихід виходу паралельного коду лічильника 9 з'єднаний з інформаційними входами запам'ятовуючого регістра 10 3 виходу "(2" - 1)" лічильника 8 виробляється дозвіл запису паралельного коду з лічильника 9 у запам'ятовуючий регістр 10, а з виходу "2" виробляється керування скиданням показань ЛІЧИЛЬНИКІВ 8 і 9 Таймер 11 формує імпульси, що випливають через ПОСТІЙНІ інтервали Д1тік, що дозволяють періодично підсумовувати поточні значення Від \ витрати в суматорі 12 У такий спосіб лічильником 8 формується часовий інтервал Ті = ( 2 П - 1 ) 1 / f i , (2 2 1-10) у плину якого лічильник 9 заповнюється імпульсною ПОСЛІДОВНІСТЮ з частотою \-z = 1 / Сз Зі збільшенням висоти Н, положення поплавця ємність С-і = 1 / fi збільшується, ВІДПОВІДНО збільшується період Ті заповнення лічильника 8 до заданого значення 2", одночасно зменшується ємність П2 = 1 / f2 і більша КІЛЬКІСТЬ імпульсних посилок надійдуть на рахунковий вхід лічильника 9 поточних значень витрати газу, тобто прогляда Н, CM Н, CM 25,0 0 4-25 к -hn Н, 0,1 4-1,0 (2 2 1-5) - 1 + KF а, см tg a = 2Н/а Su=aH /2, см2 hn, см 2 25 25 2,0 ється пропорційність Н, (Кн) = Q T (QZ) - F ( d / C 2 ) (221-11) Кінематична схема моделі конструкції пристрою використовується цілком з незначними трудовитратними доробками — напилювання електродів Товщина шару напилювання, або його малюнок (наприклад, решітчастий) повинні забезпечити візуальне спостереження положення поплавця усередині ротаметричної трубки Включення у вимірювальну схему двох пар електродів і вимір відносини С-і / П2 величин С-і і 32 ємнісними вимірювальними перетворювачами 4, 5 дозволили використовувати високу точність і чутливість, характерні для диелькометричних методів вимірів і одночасно виключити вплив ЗОВНІШНІХ умов (температура, тиск, вологість і ш ) , а також змінюючи параметрів контрольованого середовища Крім того, вимір відносини Сі / П2 дозволяє підвищити чутливість вихідного електричного сигналу до зміни Hj, "розтягти" шкалу виміру Так, наприклад, для РМЭ, розробленому на базовій моделі промислового РМ-251 УЗ ДСТ 13045-67 максимальна зміна електричної ємності пари електродів С т а х / С т т % 1,5 рази, при вимірі відносини Кс ємностей двох пар електродів вихідний сигнал змінюється до К е т а х / К с т т » 6 разів У зв'язку з тим, що частоти fi, інформативних сигналів кілька порядків вище частот пульсації потоку середовища і вертикальних коливань поплавця, останні враховуються у вихідних електричних сигналах Q-r, Qs, підвищуючи точність вимірів і крім необ'єктивності й імовірності випадкових помилок при візуальній ОЦІНЦІ результатів вимірів оператором Таким чином, розроблений тип пристрою може характеризуватися двома класами точності класом точності базової моделі при візуальному зчитуванні інформації з висоти положення поплавця і більш високим класом точності при зчитуванні інформації, отриманої в результаті диелькометричних вимірювальних перетворень і представлених уніфікованим електричним сигналом Принцип дії пристрою пояснюється тимчасовими діаграмами (фіг 5) функціонування окремих вузлів пристрою на конкретних вихідних даних, приведених утаблиці к -hn Н, 0,08 S n = a hn, см 4 sr sn к, = ^ «1,0 6 «6 7 51952 8 Розрахункові величини площ перекриттів пар електродів матеріалом поплавця Кн S m = Ь п ' а (1 - кн) A S n 2 n ' a ' Кн S m 1 - кн S m Кн 01 , 36 , 04 , 02 , 3,2 08 , 03 , 2,8 12 , 04 , 2,4 16 , 05 , 2,0 2,0 06 , 16 , 2,4 07 , 12 , 2,8 08 , 08 , 3,2 09 , 04 , 36 , 90 , 4,0 2,3 15 , 10 , 06 , 04 , 02 , 01 , Розрахункові дані для побудови функціональних залежностей Кс = F (Кн) при різних значеннях (Kg -1) Кн Кс (Ks- 1)= 5 (Kg- 1)= 10 (Kg- 1)= 20 01 1, 31 1, 61 2,14 02 1, 23 1, 57 1, 75 03 1, 15 1, 29 1, 44 04 1, 07 1, 12 1, 20 05 1, 00 1, 00 1, 00 06 0, 93 0, 89 0, 83 07 0, 87 0, 80 0, 69 08 0, 81 0, 70 0, 57 09 0, 76 0, 62 0, 47 Джерела інформації 1 Ротаметр РМ ГОСТ 13045-81 Г, Фи I Фунш овальна блок схема пристрою Фіг З Графік ф> національних залежностей площ S n l , Sn2 і їхні ВІДНОСИНИ першої t apviot гар електродів матеріалом пстнвшэ в плеждасті від його відносного положення Кн во висоті ротам етричгі оі трубки Фіг 2 Пязн розгорнення бічної поверхні рої метрично і трубкл з електродами 10 51952 it K = F (KH) c n С Д фі Ці Со 0,6 0,? ofi 0,9 Фи 4 Графік фуньщоиальних іалежностей відносин Кс = 31 / 32 електричних ємностей пар енеітродів від відносного п о л о ж е н н я ¥ v . п о п л а в ц я п о В И С О Т І р о т а м е т р и ч к о і т р у б к и Фіг "іТиччйсові Діл рачи формування числових значень у лічильниках СчІ ,Сч7 і зяпам ятовуючому регістрі ЗР ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71