Дводіапазонний газовий лічильник

Реферат: Винахід належить до вимірювальної техніки та може бути використаний в газовій промисловості для обліку споживання газу, а також для калібрування та повірки газових лічильників. Дводіапазонний газовий лічильник складається з чутливого елемента, лічильного блоку та індикатора. Новим в пристрої є додатковий клапан-перемикач, а також те, що чутливий елемент складається з двох автономних блоків, відповідно для мінімального та максимального режимів споживання газу. Мінімальний чутливий блок включає джерело світла, фотоелектричний перетворювач та резервуар з рідиною, в яку занурено сифон, через який подається газ, і бульбашки світла при подачі газу періодично розсіюють потік світла від джерела світла до фотоелектричного перетворювача. Максимальний чутливий блок включає джерело світла, фотоелектричний перетворювач та турбінку в каналі, що приводиться в обертальний рух потоком газу. На одній або більше лопатках турбінки встановлено дзеркало, що при обертанні періодично відбиває потік світла від джерела до фотоелектричного перетворювача. Фотоелектричні перетворювачі обох блоків підключені до лічильного блоку. Клапан-перемикач, відповідно до величини витрати газу в попередній момент часу спрямовує увесь потік газу або через мінімальний, або через максимальний чутливі блоки, і, відповідно, перемикає алгоритми підрахунку витрати на лічильному блоці. Технічний результат - розширення діапазону вимірювань та підвищення точності. UA 98300 C2 (12) UA 98300 C2 UA 98300 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вимірювальної техніки та може бути використаний для обліку споживання природного газу у житлово-комунальній галузі, для калібрування та повірки газових лічильників у метрологічних установах, в хімічній промисловості, а також в інших галузях, де є потреба у вимірюванні витрат газів при широкому діапазоні режимів їх споживання. Відомий пристрій - газовий лічильник, який містить канал у вигляді труби для проходження потоку газу та трубчасту камеру, розташовану так, щоб газ, який надходить в неї з каналу, утримувався, по суті, нерухомим, який відрізняється тим, що в каналі розташовані дві пари ідентичних датчиків, підключених до мікрокомп'ютера. Пристрій працює в такий спосіб. Перший по потоку датчик кожної пари вимірює температуру навколишнього середовища. Другі датчики періодично нагрівають і протягом періоду охолодження визначають швидкості їх охолодження. На підставі виміряних швидкостей та отриманих раніше тарирувальних значень мікрокомп'ютер розраховує витрату газу, компенсовану з урахуванням густини [1]. Недоліком даного пристрою є необхідність утримувати потік газу в трубчастій камері в нерухомому стані, що практично є можливим тільки при відносно невеликих величинах витрати газу. Недоліком вказаного пристрою також є його інерційність, внаслідок витрат часу на охолодження газу, тобто діапазон вимірювань даного пристрою є обмеженим, а у випадку періодичної зміни режиму споживання газу інерційність пристрою буде джерелом похибки. За прототип узято відомий пристрій - лічильник Єгіазаряна для рідини та газів СЖГ-Є [2], який містить відвідні трубопроводи, між якими розташовано звужуючий пристрій, що сполучається з крильчаткою з лопатями, електронний блок з кроковим двигуном та індикатором, який відрізняється тим, що електронний блок оснащений сприймаючим органом, що складається з котушки та сердечника, кінці котушки електрично з'єднані зі входом крокового двигуна, а вихід останнього - з індикатором. Сприймаючий орган встановлено ззовні трубопровода над ділянкою з немагнітного матеріалу, а крильчатка оснащена пластинами з магнітного матеріалу або постійними магнітами, які жорстко встановлені на кінцях однієї чи кількох лопатей крильчатки, причому електронний блок з кроковим двигуном та індикатором виконано з можливістю встановлення на трубопроводі або поза ним. Пристрій працює в такий спосіб, що енергія вимірюваного потоку рідини або газу приводить в обертальний рух розташовану по потоку турбіну, на лопатях якої пластини з магнітного матеріалу продукують магнітне поле, яке обертається та індукує електричний струм в котушці, за величиною якого визначається витрата газу. Недоліком описаного пристрою є те, що додатковий опір чутливого органу - турбіни викликаний навантаженням її для генерації електричної енергії, є джерелом додаткової похибки - заниженого значення швидкості потоку, тобто витрати, порівняно з реальною. Похибка стає суттєвою при наближенні до нижньої межі діапазону вимірювань. (Якщо величини аеродинамічних сил на лопатях крильчатки буде недостатньо для подолання крутного моменту тертя в підшипниках, потік газу буде проходити між лопатями крильчатки при нульових показаннях лічильника, що при великих проміжках часу роботи на подібному режимі призведе до суттєвої похибки). Також недоліком описаного пристрою є те, що геометрія та аеродинамічні характеристики турбіни можуть бути оптимізовані тільки для певного, вузького діапазону швидкостей потоку. При зміні швидкостей потоку в широких межах, між поступальною швидкістю потоку та продукуванню ним кутовою швидкістю обертання турбіни матиме місце нелінійна функціональна залежність, яка може бути додатковим джерелом похибки. В основу запропонованого пристрою - дводіапазонного газового лічильника - поставлено задачу розширення діапазону вимірювань та забезпечення заданої точності на всьому діапазоні. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що запропонований пристрій складається з мінімального вимірювального блоку з фотоелектричним пристроєм, максимального вимірювального блоку з фотоелектричним пристроєм та лічильного блоку. На рисунку подано функціональну схему дводіапазонного газового лічильника, що пояснює його структуру та принцип роботи. На схемі наведені: клапан-перемикач 1 з датчиком режиму 2, канали подачі газового потоку 3 до мінімального вимірювального блоку 4 та до максимального вимірювального блоку 5. Мінімальний вимірювальний блок 4, який служить для вимірювання витрати газу в режимі мінімальної подачі, складається з резервуара 6, заповненого хімічно нейтрального до споживаного газу рідиною 7 (наприклад, водою для побутових газових лічильників), в яку занурено сифон 8 для подачі газу. В протилежних стінках резервуара 6 влаштовано оптично прозорі вікна, в одному вікні встановлено джерело світла 9, а в протилежному вікні - приймальний фотоелектричний перетворювач 10, в такий спосіб, що світловий потік від джерела 9 до перетворювача 10 на своєму шляху перетинає потік газових бульбашок з сифону 8. В нижній частині резервуара 6 влаштовано апендикс 11 зі зворотним 1 UA 98300 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 клапаном 12 та шприцом 13 для поповнення робочої рідини 7, по мірі її випаровування. Всередині резервуара 6 встановлено датчик рівня рідини 14 з індикатором 15. Згори резервуара встановлено сепаратор парів рідини 16, з якого осушений від парів газ потрапляє через канал 17 до споживача. Приймальний фотоелектричний перетворювач 10 електрично з'єднаний з лічильним блоком 18, в якому вмонтовано перемикач режиму 19, та індикатор 20 обсягу спожитого газу. Другий канал 3 з'єднується з максимальним вимірювальним блоком 5, який складається з трубки 21, в якій встановлено крильчатку 22, здатну обертатися під дією потоку газу. На одній або кількох лопатях крильчатки 22 встановлено дзеркало 23. У стінках трубки 21 влаштовано оптично прозорі вікна. В одному вікні встановлено джерело світла 24, а в протилежному вікні - фотоелектричний перетворювач 25, в такий спосіб, що при певному куті повороту крильчатки 22 світловий потік з джерела 24 відбивається від дзеркала 23 до перетворювача 25, який електрично з'єднаний з лічильним блоком 18. Трубка 21 закінчується каналом 17 - до споживача. Запропонований дводіапазонний газовий лічильник працює в такий спосіб. Датчик режиму 2, в залежності від величини секундної витрати газу в попередній момент часу, перемикає клапанперемикач 1 на мінімальний або максимальний режим. Відповідно, клапан-перемикач 1 перекриває один з двох каналів 3, пропускаючи потік газу або до мінімального вимірювального блоку 4, або до максимального вимірювального блоку 5. Датчик режиму 2 також перемикає перемикач режиму 19 лічильного блоку 18. В мінімальному вимірювальному блоці 4 потік газу через сифон 8 потрапляє до робочої рідини 7 у резервуарі 6. З сифону 8 бульбашки газу підіймаються крізь рідину 7 і на своєму шляху перетинають світловий потік джерела 9. Внаслідок різниці коефіцієнтів оптичного переломлення рідини та газу, на кожній газовій бульбашці відбувається розсіювання світла, наслідком чого є періодична зміна освітленості фотоелектричного перетворювача 10, на якому формується послідовність електричних сигналів, яка подається на лічильний блок 18, причому. частота електричних сигналів є пропорційною до секундної витрати газу через мінімальний вимірювальний блок 4. А газ, пройшовши крізь рідину 7, спрямовується до сепаратора 16, на якому конденсуються пари рідини 7, захоплені з потоком газу. Під дією сили тяжіння сконденсовані краплі рідини 7 стікають назад, до резервуара 6, а осушений газ через канал 17 потрапляє до споживача. Рівень робочої рідини 7 у резервуарі 6 контролюється датчиком рівня 14, і, у випадку досягнення мінімально припустимого рівня на індикаторі 15 подається сигнал про необхідність поповнення обсягу рідини 7. Поповнення рідини 7 здійснюється таким чином. Насосом 13 з рідиною 7 створюють надлишковий тиск, що перевищує тиск газу в магістралі. Під дією надлишкового тиску зворотний клапан 12 відкривається і через апендикс 11 пропускає порцію рідини 7 до резервуара 6. Після досягнення максимально припустимого рівня рідини 7 в резервуарі 6 датчик рівня 14 подає на індикатор сигнал про заповнення резервуара 6. У максимальному вимірювальному блоці 5 потік газу, потрапляючи на крильчатку 22, приводить її в обертальний рух. Світловий промінь джерела 24 періодично відбивається від дзеркала 23 і потрапляє на фотоелектричний перетворювач 25, на якому формується послідовність електричних сигналів, яка подається на лічильний блок 18, причому частота електричних сигналів є функціонально пов'язаною з величиною секундної витрати газу через максимальний вимірювальний блок 5. А газ на виході з максимального вимірювального блоку 5 через канал 17 потрапляє до споживача. У лічильному блоці 18 частота електричних імпульсів від фотоелектричних перетворювачів 10 або 25, за відповідним алгоритмом, вибраним перемикачем режиму 18, трансформується у величину секундної витрати газу. За часом роботи, секундна витрата газу інтегрується у накопичений обсяг спожитого газу, величина якого показується на індикаторі 20. Реалізація винаходу дозволить розширити діапазон використання газового лічильника та забезпечити прийнятну точність на всьому експлуатаційному діапазоні. Новизну автор і заявник вбачає в поєднанні в одному пристрої двох різних фізичних принципів для вимірювання витрати газу в мінімальному та максимальному діапазонах вимірювань, причому для вимірювання мінімальних величин витрати газу здійснюється вимірювання частоти проходження крізь потік світла газових бульбашок, пропущених крізь рідину, а для вимірювання максимальних величин витрати газу вимірювання частоти обертання турбінки, що приводиться в рух газовим потоком, шляхом вимірювання частоти відбиття світлового потоку дзеркальцем, встановленим на лопатці турбінки. Заявлене рішення не випливає явним чином з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність даного рішення критерію "винахідницький рівень". [1]. Хейбертс Альбертус Теодорус. Газовый счѐтчик. Патент Российской Федерации на изобретение, заявка №2000104868/28 от 29.07.1997 класс G01F 1/684, G01F 1/698 Реферат. http://www.fips.ru. 2 UA 98300 C2 [2]. Егиазарян Э.Л. Счетчик Егиазаряна для жидкостей и газов СЖГ-Е. Патент Российской Федерации на изобретение, заявка №99100113/13 от 1999.01.13, класс А01J 5/01, G01F 1/075. G01F 1/34. Реферат. httD://www.fips.ru. 5 10 15 20 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Дводіапазонний газовий лічильник, який складається з чутливого елементу, на який діє потік газу, лічильного блоку та індикатора, який відрізняється тим, що додатково містить клапанперемикач з датчиком режиму, а чутливий елемент складається з двох автономних чутливих блоків, відповідно для мінімального та максимального режимів споживання газу, кожен з яких містить трубку, через яку пропускається потік газу, джерело світла, що проходить крізь трубку з газом та з'єднаний з лічильним блоком фотоелектричний перетворювач, що трансформує світлові сигнали в електричні імпульси, що подаються на лічильний блок, причому мінімальний чутливий елемент являє собою резервуар з хімічно нейтральною до газу рідиною, в яку занурено сифон, через який подається потік газу, бульбашки якого, перетинаючи світловий потік від джерела світла, періодично викликають його розсіювання, призводячи до генерації на фотоелектричному перетворювачі електричних сигналів з частотою, яка є у функціональній залежності від величини витрати газу, а резервуар додатково оснащено конденсатором для відокремлення парів рідини від потоку газу та датчиком рівня рідини з індикатором та пристроєм для її поповнення, а максимальний чутливий елемент являє собою трубку, в якій встановлено турбінку, що приводиться в обертальний рух дією потоку газу, а на одній або декількох лопатках якої встановлено дзеркальце, що періодично відбиває потік світла від джерела світла до фотоелектричного перетворювача, призводячи до генерації на ньому електричних сигналів частотою, що є в функціональній залежності відвитрати газу, і, в залежності від величини витрати газу в попередній момент часу, потік газу до споживача, за допомогою клапанаперемикача, спрямовується цілком або через мінімальний, або через максимальний чутливий блоки, при цьому обчислення величини витрати газу в лічильному блоці здійснюється, відповідно, за мінімальним або максимальним алгоритмом. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3