Пристрій вимірювання витрати газу

Реферат: Пристрій вимірювання витрати газу має датчик тиску газу в балоні, датчик температури газу в балоні, лічильник пробігу автомобіля, обчислювальний блок для розрахунку кількості газу, аналого-цифровий перетворювач, один вхід якого сполучений з датчиком тиску. Аналогоцифровий перетворювач підключений до обчислювального блока, сполученого з інформаційним табло, інтерфейсним драйвером GPS для підключення до GPS/GSM трекера і лічильником пробігу автомобіля. Додатково пристрій має два датчики: температури і рівня рідкої фази в балоні. Датчик рівня рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. UA 122559 U (12) UA 122559 U UA 122559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до газозаправного вимірювального обладнання, що застосовується при експлуатації газобалонних транспортних засобів, у тому числі автомобілів, що працюють на зрідженому газі, зокрема до вимірювальних пристроїв для автомобілів і інших транспортних засобів, забезпечених газобалонним обладнанням і дозволяє здійснювати дистанційний контроль витрати газу при роботі двигуна транспортного засобу. Відомо, що зріджений вуглеводневий газ (ЗВГ) містить суміш газів пропану та бутану, в якій в незначній кількості присутні метан, етан та інші компоненти. Зріджений вуглеводневий газ в будь-якому резервуарі, наприклад газовому балоні, представлений двома фазами: рідкою та паровою. У звичайному стані в балоні із зрідженим газом має місце газодинамічний баланс, який пов'язаний з випаровуванням рідкої фази газу до того часу, поки тиск парової фази газу не збільшиться до певного значення, при якому випаровування рідкої фази припиниться. Тиск парової фази газу в балоні залежить тільки від температури газу та процентного співвідношення пропану та бутану в газовій суміші. Із-за відсутності достовірної інформації про щільність ЗВГ традиційними методами вимірювання (через вимір рівня рідини) не удається забезпечити точний облік ЗВГ по масі. Традиційний метод вимірювання маси ЗВГ в резервуарі полягає у вимірі рівня зрідженого газу, обчислення по градуювальній таблиці його обсягу і обчислення маси як добуток обсягу на щільність. Відомий пристрій (див. Ультрозвуковий датчик рівня "SIGMA". ТОВ RCS, suppot@rcs.kiev.ua) для виміру кількості ЗВГ в автомобільному балоні. Як вимірник рівня рідкої фази в ньому використовується ультразвуковий датчик рівня. Аналогічним пристроєм є вимірник рівня палива ЗВГ в газовому балоні автомобіля (див. Ultrasonic fuel level detector. Model: ULM 1001, China). Даний пристрій використовує традиційний метод виміру маси ЗВГ. Вимірюваний ультразвуковим датчиком рівень рідкої фази, обчислюється за градуювальною таблицею обсяг і обчислюється кількість літрів в балоні автомобіля. Відомі пристрої мають низьку точність вимірювання, обумовлену тим, що в них не враховується співвідношення пропану і бутану в суміші і кількість зрідженого газу, представленого парової фазою. Так, наприклад, балон місткістю 90 літрів при температурі рідкої фази 20 °C і співвідношення пропану і бутану 90/10 буде містити рідку фазу зі щільністю 0,508 кг/л. Повна заправка 90 літрового балона має вагу 36,4 кг. А при температурі 20 °C і співвідношенні пропану і бутану 10/90 рідка фаза буде мати щільність 0,566 кг/л, при цьому повна заправка має вагу 40,7 кг. Як видно різниця в 4,3 кг. Також виникає істотна похибка, обумовлена неврахуванням парової фази газу, наприклад, при співвідношенні пропан бутану 90/10 при температурі 20 °C при мінімальній рідкій фазі, вага парової фази становить 1,3 кг. Досить висока похибка традиційного методу, в наведених вище джерелах, не дозволяє використовувати цей метод для контролю витрат газу транспортних засобів. Відомий спосіб визначення ЗВГ в резервуарі [див. Способ определения массы сжиженного углеводородного газа в резервуаре. Совлуков А.С., Терешин В.И. (RU) № 2506545, 2007 г.]. Технічний результат у відомому способі вирішується тим, що в резервуарі вимірюється електрична ємність за допомогою радіочастотного датчика, що розташовується в резервуарі, при цьому одночасно вимірюють температуру в резервуарі з ЗВГ в декількох місцях в порожнині резервуара по вертикалі із застосуванням відповідних датчиків температури, про масу ЗВГ судять за результатами спільного функціонального перетворення електричної ємності і усереднених значеннях температури рідкої і парової фази газу. Цей спосіб характеризується високою точністю виміру за наявності в резервуарі градієнта температури по висоті. Для автомобільних балонів з ЗВГ, висота яких не перевищує 0,8 м, враховуватиградієнт температури немає необхідності. Тому використовувати цей метод для виміру маси ЗВГ в автомобільному балоні не доцільно. Відомий пристрій вимірювання витрати газу [див. пaт. UA № 117642, МПК G01F 9/00, 11/00, опубл. 26.06.2017], що містить датчик тиску газу, датчик температури, аналого-цифровий перетворювач, один вхід якого з'єднаний з датчиком тиску, інший вхід - з датчиком температури, один вихід аналого-цифрового перетворювача підключений до засобу розрахунку кількості заправленого газу, виконаному у вигляді обчислювального блока, другий вихід з'єднаний з інформаційним табло, при цьому пристрій додатково обладнаний лічильником пробігу транспортного засобу, при цьому як датчик тиску встановлений датчик тиску газу в балоні, як датчик температури встановлений датчик температури газу в балоні, обчислювальний блок також з'єднаний з лічильником пробігу транспортного засобу та інтерфейсним драйвером для підключення до GPS/GSM трекера. 1 UA 122559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомий пристрій вибраний як прототип. Прототип і пристрій, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: - датчик тиску газу в балоні; - датчик температури газу в балоні; - аналого-цифровий перетворювач (АЦП), один вхід якого сполучений з датчиком тиску, інший вхід - з датчиком температури, один вихід аналого-цифрового перетворювача підключений до засобу розрахунку кількості заправленого газу, виконаного у вигляді обчислювального блока, другий вихід сполучений з інформаційним табло. - обчислювальний блок; - індикаторне табло: - інтерфейсний драйвер; - лічильник пробігу транспортного засобу. Відомий пристрій не може бути використаним для визначення кількості зрідженого газу в балоні транспортного засобу. Відомий пристрій дозволяє лише визначити тиск і температуру парової фази ЗВГ в балоні з об'ємом Vб. А значить, використовуючи таблиці залежності тиску від температури парової суміші [див. "Проблемы и опыт разработки методик выполнения измерений для организации и коммерческого учета СУГ ". Летуновский А.А., ж-л "АвтоГазоЗаправочный Комплекс + Альтернативное топливо"], можна визначити процентне співвідношення пропана і бутана в газовій суміші. Додавши до цього вимірника ультразвуковий датчик рівня та датчик температури рідкої фази можна буде визначити щільність рідкої фази Р ж знаючи процентне співвідношення пропану і бутану та температуру рідкої фази. Змірявши висоту рідкої фази ультразвуковим датчиком, можна визначити об'єм Vж рідкої фази. Тоді маса рідкої фази Мж=Vж*Рж.(1) Знаючи процентне співвідношення пропану і бутану та температуру парової фази, можна по графіку визначити щільність парової фази Рп. Тоді маса пари буде обчислена за формулою Mп=(Vб-Vж)*Рп (2). Тоді спільна маса газу ЗВГ в балоні: Мг=Мж+Мп=Vж*Рж+(Vб-Vж)*Рп (3). Використовуючи розраховану масу газу Мг і отриману в результаті зважування балона з газом при різному співвідношенні пропану і бутану і температури газу, можна отримати коефіцієнти для коригування розрахованої маси газу. Це коректування просто необхідне для того, щоб компенсувати висоту рідкої фази при різних співвідношеннях пропану і бутану і температури рідкої фази. При цьому помилку при вимірюванні можна зменшити до мінімуму. Отримавши масу газу Мг після компенсації, можна перерахувати її в літри при стандартних умовах для 20 °C. В основу корисної моделі поставлена задача створення малогабаритного, автономного, простого пристрою, що дозволяє вимірювати кількість зрідженого газу в балонах транспортного засобу, вимірювати витрату зрідженого газу при експлуатації за певний інтервал руху транспортного засобу і здійснювати дистанційний контроль витрати газу. Поставлена задача в пристрої вимірювання витрати газу, що містить датчик тиску газу в балоні, датчик температури газу в балоні, лічильник пробігу автомобіля, обчислювальний блок для розрахунку кількості газу, аналого-цифровий перетворювач, один вхід якого сполучений з датчиком тиску, інший вхід - з датчиком температури газу в балоні, а аналого-цифровий перетворювач підключений до засобу розрахунку кількості заправленого газу, виконаного у вигляді обчислювального блока, сполученого з інформаційним табло, інтерфейсним драйвером GPS для підключення до GPS/GSM трекера і лічильником пробігу автомобіля, вирішене тим, що пристрій додатково забезпечений двома датчиками температури і рівня рідкої фази в балоні, при цьому датчик рівня рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. Аналоговий датчик температури рідкої фази в балоні підключений до аналого-цифрового перетворювача, а цифровий датчик температури рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. Аналоговий датчик температури газу в балоні підключений до аналогоцифрового перетворювача, а цифровий датчик температури газу в балоні підключений до обчислювального блока. Новим в корисній моделі, що заявляється, є те, що пристрій додатково забезпечений двома датчиками температури і рівня рідкої фази в балоні, при цьому датчик рівня рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. Аналоговий датчик температури рідкої фази в балоні підключений до аналого-цифрового перетворювача, а цифровий датчик температури рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. Аналоговий датчик температури газу в балоні підключений до аналого-цифрового перетворювача, а цифровий датчик температури газу в балоні підключений до обчислювального блока. 2 UA 122559 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фігурах 1-2 приведена схема пристрою. 1 - датчик тиску газу в балоні; 2 - датчик температури газу в балоні; 3 – аналого-цифровий перетворювач (АЦП); 4 - обчислювальний блок; 5 - індикаторне табло: 6 - інтерфейсний драйвер; 7 - лічильник пробігу транспортного засобу; 8 - датчик рівня рідкої фази в балоні; 9 - датчик температури рідкої фази в балоні. Пристрій вимірювання витрати газу (далі - пристрій-см. фіг. 1) включає датчик 1 тиску газу в балоні, датчик 2 температури газу в балоні, аналогo-цифровий перетворювач (АЦП) 3, входи якого підключені до виходів датчиків 1 і 2, а вихід АЦП 3 сполучений зі входом обчислювального блока 4. До обчислювального блока 4 підключений лічильник пробігу транспортного засобу 7, датчик рівня рідкої фази в балоні 8, індикаторне табло 5 і інтерфейсний драйвер 6 для підключення до GPS/GSM трекера і датчик температури рідкої фази в балоні 9. Як датчик тиску 1 газу в балоні може бути застосований датчик надлишкового тиску PC-50 фірм APLISENS, як датчик температури газу в балоні 2 і температури рідкої фази в балоні 9 використана термопара Дтпl 035-010.120, яка підключена до АЦП 3, який інтегрований в мікроконтролер обчислювача, як який може бути використаний STM32, а як інтерфейсний драйвер RS485 може бути використана мікросхема фірми Maxim. Датчик рівня рідкої фази виконаний з використанням датчика ультразвукa, що працює під управлінням контролера ультразвука фірми Texas Instruments. Датчики температури газу і рідкої фази в балоні 2 та 9 поміщені в капсули, які встановлені усередині газового балона і закріплені на штативі. При використанні цифрових датчиків температури 2 і 9, типа D18B20, їх підключення проводиться безпосередньо до обчислювального блока 4 (див. фіг. 2). Пристрій вимірювання витрати газу працює таким чином: Живлення пристрою здійснюється від бортової мережі транспортного засобу (12 Вольт). Обчислювальний блок 4 з певною циклічністю знімає показники датчиків: тиску 1, температури газу 2, температури рідкої фази 9 і датчика рівня 8 рідкої фази в балоні. На підставі цих даних проводиться розрахунок маси газу в балоні транспортного засобу по формулі: Мг=Мж+Мп=Vж*Рж+(Vб-Vж)*Рп, (3) Після цього проводиться корекція Мг, пов'язана із залежністю швидкості ультразвука від щільності рідкої фази. Потім маса перераховується в літри за стандартних умов 20 °C. Ця інформація відображується на цифровому табло 5 і передається за допомогою драйвера 6 на GPS/GSM трекер. У режимі визначення витрати газу за фіксований пробіг беруться свідчення кількості газу в початковий момент з Мг1 і по прибутку сигналу з лічильника 7 пробігу транспортного засобу Мг2, далі обчислюється витрата газу R по формулі R=(Mгl-Mг2)/L, (4) де L - кількість пробігу автомобіля (км), за яким відбувається вимір витрати газу R. Ця інформація також відображується на цифровому табло 5 і передається на GPS/GSM трекер за допомогою драйвера 6. В порівнянні з відомими аналогами заявлений пристрій додатково дозволяє визначити калорійність і октанове число ЗВГ, оскільки ця інформація визначається на основі процентного співвідношення пропана і бутану, а обчислювальний блок визначає це співвідношення, використовуючи таблиці (див. "Проблемы и опыт разработки методик выполнения измерений для организации и коммерческого учета СУГ", Летуновский А.А., ж-л "АвтоГазоЗаправочный Комплекс + Альтернативное топливо"), а також контролює правильність роботи і відключення газу заправного клапана при заправці транспортного засобу, для забезпечення температурного запасу (при розширенні газу), що покращує безпеку роботи з ЗВГ. Технічний результат, який досягається при вирішенні поставленої задачі, полягає в підвищенні точності вимірювання і автоматизації процесу вимірювання витрати ЗВГ в балоні транспортного засобу. Пристрій, що заявляється, дозволяє обчислювати кількість ЗВГ в балоні будь-якої геометричної форми, використовуючи тарування газового балона за допомогою зважування. 3 UA 122559 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Пристрій вимірювання витрати газу, що містить датчик тиску газу в балоні, датчик температури газу в балоні, лічильник пробігу автомобіля, обчислювальний блок для розрахунку кількості газу, аналого-цифровий перетворювач, один вхід якого сполучений з датчиком тиску, а аналого-цифровий перетворювач підключений до обчислювального блока, сполученого з інформаційним табло, інтерфейсним драйвером GPS для підключення до GPS/GSM трекера і лічильником пробігу автомобіля, який відрізняється тим, що додатково забезпечений двома датчиками: температури і рівня рідкої фази в балоні, при цьому датчик рівня рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що аналоговий датчик температури рідкої фази в балоні підключений до аналого-цифрового перетворювача, а цифровий датчик температури рідкої фази в балоні підключений до обчислювального блока. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що аналоговий датчик температури газу в балоні підключений до аналого-цифрового перетворювача, а цифровий датчик температури газу в балоні підключений до обчислювального блока. 4 UA 122559 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5