Пристрій-перетворювач імпульсів для повірки роторних лічильників газу

Реферат: Пристрій-перетворювач імпульсів для повірки роторних лічильників газу містить основу для встановлення лічильника, джерело направлених світлових променів, формувач імпульсів та приймач імпульсів, зорієнтований на сприйняття відбитих від досліджуваного об'єкта променів. Як формувач імпульсів використовується один з роторів лічильника. Як джерело та приймач світлових променів застосовується оптоволоконний датчик, що має можливість настроювання параметрів чутливості у режимі формування імпульсу та у режимі відсутності імпульсу і який оснащений кабелем з двома оптичними волокнами, розташованими в основі пристрою і направленими на ротор лічильника. При цьому настроювання датчика у режимі формування імпульсу проводять в положенні ротора, за якого лінія променів направлена на поверхню гребінця ротора, а у режимі відсутності імпульсу - на поверхню впадини ротора. UA 99960 U (12) UA 99960 U UA 99960 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до засобів вимірювальної техніки і може бути використана для контролю і повірки роторних лічильників газу. Відомий затискний пристрій для роторних лічильників у складі комп'ютеризованої установки для визначення та контролю метрологічних характеристик лічильників газу, що містить верхній патрубок і основу для встановлення лічильника, у якій змонтований індуктивний безконтактний датчик (датчик ДІБ), розташований так, що зазор між датчиком і ротором лічильника знаходиться в межах від 1 мм до 1,5 мм. В процесі повірки лічильника потік повітря протікає через пристрій і встановлений у ньому лічильник, ротори лічильника обертаються і, при проходженні гребінців металевого ротора повз індуктивний датчик, датчик генерує електричний імпульсний сигнал. Цей сигнал надходить в ПЕОМ, при цьому об'єм газу, що виміряний лічильником, визначається за кількістю імпульсів, отриманих від датчика [1]. Недоліком цього пристрою є значна втрата тиску у ньому, спричинена тим, що в основі пристрою змонтовано індуктивний безконтактний датчик, який знаходиться у безпосередній близькості від роторів лічильника (на відстані не більше 1,5 мм) і перекриває потік повітря, що протікає через лічильник. Номінальний діаметр проходу роторних побутових лічильників становить 15-20 мм, тоді як діаметр індуктивного датчика, що знаходиться у цьому проході, дорівнює 12 мм, що призводить до значної втрати тиску у пристрої і обмежує загальну кількість таких пристроїв, які можуть бути встановлені у даній установці. Крім цього, недоліком цього пристрою є можливість пошкодження індуктивного датчика роторами лічильника, що обертаються з високою швидкістю і знаходяться на малій відстані (до 1 мм) від датчика, яка може бути не витримана внаслідок неправильного встановлення лічильника. Найближчим по технічній суті є пристрій-перетворювач імпульсів для зняття показань лічильників газу, що містить джерело направлених (світлових або інфрачервоних, або лазерних) променів, формувач імпульсів та приймач імпульсів, орієнтований на відліковий механізм досліджуваного приладу, у якому як формувач імпульсів використовують відлікову шкалу ролика з найменшою швидкістю обертання, при цьому приймач імпульсів зорієнтований на сприйняття відбитих від відлікової шкали ролика досліджуваного приладу імпульсів з зони найбільшої кількості міток з найменшою ціною поділки, під'єднаний до ПЕОМ з програмним забезпеченням послідовності/кількості отриманих імпульсів і відновлення необхідної кількості імпульсів методом математичної статистики [2]. У порівнянні з аналогом [1] цей пристрій не створює додаткових втрат тиску при повірці лічильників, тому що як формувач імпульсів у ньому використовують шкалу ролика відлікового механізму, і цей механізм, а також джерело направлених променів та приймач імпульсів знаходяться поза межами потоку повітря, яке протікає через лічильник. Однак, недоліком пристрою [2] є його низька надійність, обумовлена тим, що приймач імпульсів зорієнтований на сприйняття променів, відбитих від відлікової шкали ролика з зони найбільшої кількості міток з найменшою ціною поділки. Ці мітки розташовані на малій відстані одна від одної, причому кольори міток і фону ролика є різними для кожного типу лічильників, внаслідок чого їх контрастність може бути недостатньою для формування чіткого сигналу. До того ж, в процесі експлуатації лічильників якість міток, контрастність кольорів, а також прозорість скла відлікового пристрою, як правило, погіршується, тому послідовність імпульсів, що надходять від приймача до ПЕОМ, буде мати нестійкий характер, за якого навіть додаткове програмне забезпечення для відновлення необхідної кількості імпульсів методом математичної статистики виявиться недієвим. Крім цього, суттєвим недоліком пристрою [2] є його обмежена точність, обумовлена ціною найменшої поділки шкали відлікового пристрою, лічильника, яка для 3 побутових газових лічильників дорівнює 0,2 дм . Враховуючи, що рекомендований контрольний об'єм повітря, яке необхідно пропустити через побутовий лічильник при його повірці, дорівнює 3 20 дм , похибка відліку цього об'єму (за умови абсолютної чіткості відліку імпульсів) буде 3 становити не менше 0,2 дм 100  1% . При цьому час протікання вказаного об'єму через 20 дм3 3 лічильник за найменшої витрати 0,016 м /год. буде дорівнювати 75 хв., що значно збільшує загальний час повірки роторних побутових лічильників у порівнянні з аналогом [1]. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою-перетворювача імпульсів для повірки роторних лічильників газу, який мав би підвищену точність і надійність відліку імпульсів і, разом з тим, не створював би додаткової втрати тиску. Цей технічний результат досягається тим, що у пристрої-перетворювачі імпульсів для повірки роторних лічильників газу, що містить основу для встановлення лічильника, джерело направлених світлових променів, формувач імпульсів та приймач імпульсів, зорієнтований на сприйняття відбитих від досліджуваного об'єкта променів - як формувач імпульсів використовують один з роторів лічильника, а як джерело та приймач світлових променів 1 UA 99960 U 5 10 15 20 25 30 35 застосовують оптоволоконний датчик, що має можливість настроювання параметрів чутливості у режимі формування імпульсу та у режимі відсутності імпульсу і який оснащений кабелем з двома оптичними волокнами, розташованими в основі пристрою і направленими на ротор лічильника, причому настроювання датчика у режимі формування імпульсу проводять в положенні ротора, за якого лінія променів направлена на поверхню гребінця ротора, а у режимі відсутності імпульсу - на поверхню впадини ротора. Завдяки тому, що у запропонованому пристрої як формувач імпульсів використовують один з роторів лічильника (а не шкалу ролика відлікового механізму), кількість імпульсів, сформованих відбитими від досліджуваного об'єкта променями, збільшується, а ціна імпульсу і похибка відліку контрольного об'єму зменшується. Враховуючи, що передаточне число 3 роторного побутового лічильника (тобто кількість обертів ротора на 1 м виміряного газу) дорівнює 15000, а за один оберт ротора його гребінці формують 2 імпульси, ми можемо 3 визначити ціну цього імпульсу, яка буде становити 1000 дм  0,0333 дм 3 . За такої ціни імпульсу 15000  2 3 3 похибка відліку контрольного об'єму 20 дм буде дорівнювати 0,0333дм 100  0,1666% . Ця 3 20 дм похибка є в 6 разів меншою, ніж похибка ±1 %, яку має пристрій [2], тобто точність відліку імпульсів у запропонованому пристрої є значно вищою. Крім цього, відлік імпульсів у запропонованому пристрої є більш надійним, ніж у аналога [2], що досягається завдяки застосуванню як джерела та приймача світлових променів оптоволоконного датчика, що має можливість настроювання параметрів чутливості у режимі формування імпульсу та у режимі відсутності імпульсу, причому настроювання датчика у режимі формування імпульсу проводять в положенні ротора, за якого лінія променів направлена на поверхню гребінця ротора, а у режимі відсутності імпульсу - на поверхню впадини ротора. Такий оптоволоконний датчик містить у собі електронний блок, що перетворює сигнал від фотоприймача, що постійно змінюється, в серію прямокутних імпульсів на виході датчика. При цьому настроювання блока проводиться за двох рівнів сигналу, який створюється під дією променів, відбитих від поверхонь гребінця та впадини ротора, що робить послідовність імпульсного сигналу більш чіткою, ніж у пристрою [2], який зорієнтований на сприйняття мілких міток і потребує додаткової програми для відновлення втрачених імпульсів. Завдяки тому, що оптоволоконний датчик оснащений кабелем з двома оптичними волокнами, розташованими в основі пристрою і направленими на ротор лічильника, запропонований пристрій не створює значних додаткових втрат тиску у порівнянні з аналогом [1]. Це пояснюється тим, що діаметр робочої частини оптичного кабелю дорівнює всього 3 мм, тоді як діаметр індуктивного датчика, що використовується у аналога, дорівнює 12 мм, тобто площа поперечного перерізу елемента, що змонтований в основі пристрою і частково 2 перекриває потік повітря, зменшена у 12  16 разів. Крім цього оптичний кабель може бути 2 3 40 45 50 55 розміщено на значно більшій відстані від роторів лічильника, ніж індуктивний датчик, що виключає можливість його пошкодження. Таким чином, задача, що поставлена в основу корисної моделі, повністю виконана. Суть корисної моделі пояснюється кресленням на Фіг. 1, на якій зображений запропонований пристрій-перетворювача імпульсів для повірки роторних лічильників газу у розрізі. Стрілками показано напрям потоку повітря при повірці лічильників газу, а також напрям прямого та відбитого від ротора лічильника світлового променю. Пристрій містить основу 1 та оптоволоконний датчик 2 (наприклад, типу BF4RP), оснащений кабелем 3 з двома оптичними волокнами (наприклад, типу FD-320-0,5), які розташовані в основі 1 і направлені на ротор 4 лічильника газу 5, що встановлюється на основу 1 при повірці. Технічна інформація щодо типів оптоволоконного датчика та кабелю наведена у покажчику [3]. Оптичні волокна кабелю 3 з'єднанні з джерелом та приймачем світлових променів, що входять до складу оптоволоконного датчика 2, якій також має електронний блок для перетворення сигналу від фотоприймача, що постійно змінюється, в серію прямокутних імпульсів на виході датчика. Імпульсний вихід датчика 2 з'єднують з ПЕОМ (на Фіг. 1 не показана). Настроювання параметрів чутливості датчика проводиться у двох режимах: режимі формування імпульсу (за допомогою кнопки "ON") і режимі відсутності імпульсу (за допомогою кнопки "OFF"). При цьому настроювання датчика у режимі формування імпульсу проводять в положенні ротора 4, за якого лінія променів направлена на поверхню гребінця ротора, а у режимі відсутності імпульсу - на поверхню впадини ротора (це положення ротора показано на Фіг. 1 тонкою лінією). 2 UA 99960 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Принцип настроювання оптоволоконного датчика пояснюється на Фіг. 2, на якій зображена форма електричного сигналу, що створюється у фотоприймачі датчика під дією променів, відбитих від поверхні ротора лічильника в процесі його обертання. Максимальний рівень цього сигналу UГ відповідає моменту проходження через лінію променів гребінців ротора, а локальний максимум сигналу UВ створюється при прямому відбитті променя в момент проходження впадин ротора. В нижній частині фіг. 2 зображена форма імпульсного сигналу на виході датчика. Настроювання оптоволоконного датчика проводиться один раз перед початком експлуатації пристрою. Для цього датчик переключають у режим налагодження, а на основу пристрою встановлюють роторний лічильник газу і повертають його ротор у таке положення, за якого лінія променів буде направлена на поверхню гребінця ротора. Натискають кнопку "ON" на корпусі датчика, в результаті чого датчик налаштовується на поріг сигналу "1", що є дещо меншим від рівня UГ. Після цього повертають ротор лічильника у положення, за якого лінія променів буде направлена на поверхню впадини ротора, і натискають кнопку "OFF". При цьому датчик налаштовується на поріг сигналу "0", що є дещо більшим від рівня UВ. Після завершення настроювання датчик переключають у робочий режим. В процесі роботи пристрою у складі установки для повірки лічильників газу ротори лічильника обертаються під дією потоку повітря, що створюється в установці. Світловий промінь, створений джерелом, розташованим в оптоволоконному датчику, проходить по одному з волокон кабелю в напрямку ротора лічильника, і, відбиваючись від поверхні ротора, надходить по другому волокну кабелю у фотоприймач датчика. Під дією відбитого променя у фотоприймачі виникає електричний сигнал, форма якого наведена на Фіг. 2. Якщо рівень цього сигналу перевищує поріг "1" (тобто знаходиться у верхній заштрихованій зоні), на виході датчика формується імпульс. Якщо ж рівень сигналу є нижчим за поріг "0" (тобто знаходиться у нижній заштрихованій зоні), на виході датчика фіксується відсутність імпульсу. Таким чином, при обертанні ротора формується чіткий вихідний імпульсний сигнал, кількість імпульсів якого пропорційна об'єму газу, що виміряний лічильником. Надійність формування вихідного сигналу забезпечується ще й тим, що між рівнем сигналу UГ у фотоприймачі і порогом "1", а також між рівнем UВ і порогом "0" розташовані буферні зони, що дозволяє після одного настроювання датчика повіряти лічильники, у яких поверхні роторів мають різні властивості щодо відбиття світла. Ці поверхні можуть бути дещо світлішими або темнішими, ніж поверхня ротора лічильника, на якому проводилося настроювання датчика. Однак, в досліджуваній партії лічильників може бути присутній лічильник з ротором, колір покриття якого значно відрізняється від кольору ротора лічильника, що використовувався при настроюванні датчика. При цьому рівень сигналу у фотоприймачі датчика може вийти за межі згаданих вище буферних зон, внаслідок чого вихідний сигнал при повірці такого лічильника може бути не чітким. В основу корисної моделі також поставлено задачу забезпечення чіткості імпульсного сигналу, створюваного пристроєм-перетворювачем при повірці лічильників газу з роторами будь-якого кольору покриття, - від найсвітлішого до найтемнішого. Цей технічний результат досягається тим, що у пристрої-перетворювачі настроювання оптоволоконного датчика у режимі формування імпульсу проводять на роторі, колір покриття якого є найтемнішим в досліджуваній партії лічильників, а у режимі відсутності імпульсу - на роторі, колір покриття якого є найсвітлішим в цій партії. Завдяки тому, що настроювання оптоволоконного датчика у режимі формування імпульсу проводять на гребінці ротора, колір покриття якого є найтемнішим в партії лічильників, рівень порогу "1", зафіксованого датчиком, буде найменшим (див Фіг. 2). За такої умови рівень сигналу UГ, що виникне у фотоприймачі датчика при повірці любого лічильника з цієї партії, буде гарантовано вищим за поріг "1", тобто на виході датчика буде сформовано чіткий імпульс. З іншого боку, настроюванню датчика у режимі відсутності імпульсу проводять на впадині ротора, колір покриття якого є найсвітлішим в цій партії, завдяки чому рівень порогу "0" буде найбільшим. Тоді рівень сигналу UB, при повірці любого лічильника з цієї партії, буде гарантовано нижчим за поріг "0", тобто імпульс на виході датчика буде відсутнім. Таким чином, при повірці лічильників з покриттям роторів будь-якого кольору (від найтемнішого до найсвітлішого) на виході пристрою-перетворювача буде формуватись чіткий імпульсний сигнал, тобто задача, поставлена в основу корисної моделі, виконана. Джерела інформації: 1. Установки компьютеризированные для определения и контроля метрологических характеристик счетчиков газа "Темпо-3". Руководство по эксплуатации 562.М.Т.407368.024 РЭ, часть 1. ІВФ "Темпо", м. Івано-Франківськ, с. 9, 16. (У електронному варіанті: http://www.ppx.ru/product/re_tempo3partl.pdf). 3 UA 99960 U 5 2. Патент на корисну модель UA № 15878 U. Пристрій-перетворювач імпульсів для зняття показань лічильників газу, G01F1/00, бюл. № 7, 2006 p. 3. Покажчик продукції фірми Autonics, США (У електронному варіанті: http://pesrus.ru/files/documents/catalog/07 %20sensors/Fiber%20optic%20sensors/BF5R_BF3R_BF4 R%20(rus).pdf). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 1. Пристрій-перетворювач імпульсів для повірки роторних лічильників газу, що містить основу для встановлення лічильника, джерело направлених світлових променів, формувач імпульсів та приймач імпульсів, зорієнтований на сприйняття відбитих від досліджуваного об'єкта променів, який відрізняється тим, що як формувач імпульсів використовується один з роторів лічильника, а як джерело та приймач світлових променів застосовується оптоволоконний датчик, що має можливість настроювання параметрів чутливості у режимі формування імпульсу та у режимі відсутності імпульсу і який оснащений кабелем з двома оптичними волокнами, розташованими в основі пристрою і направленими на ротор лічильника, причому настроювання датчика у режимі формування імпульсу проводять в положенні ротора, за якого лінія променів направлена на поверхню гребінця ротора, а у режимі відсутності імпульсу - на поверхню впадини ротора. 2. Пристрій-перетворювач за п. 1, який відрізняється тим, що настроювання оптоволоконного датчика у режимі формування імпульсу проводять на роторі, колір покриття якого є найтемнішим в досліджуваній партії лічильників, а у режимі відсутності імпульсу - на роторі, колір покриття якого є найсвітлішим в цій партії. 4 UA 99960 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5