СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАННОГО ГАЗОМЕРА
METHOD FOR ON-LINE MONITORING OF MEASURING CHARACTERISTICS OF MEMBRANE GAS METER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к измерению расхода газа, более точно, к способу оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера.
Уровень техники
Для сбора данных объема или массы газа, проходящего через трубопровод, используется газоизмерительный прибор, называемый газомером (мембранным газомером) или газовым расходомером. В настоящее время, в качестве бытового прибора для измерения расхода газа по большей части используется мембранный газомер или интеллектуальный газомер с мембранным газомером в качестве основной части. Ни один из газомеров обоих типов не обладает функциями оценки собственных измерительных характеристик, контроля образования газовых языков, утечки газовых пузырей и т.п. В процессе эксплуатации газомера износ его мембраны и заслонки, а также потери на трение могут приводить, например, к увеличению расстояния, на которое перемещается мембрана, проколу мембраны, негерметичному уплотнению заслонки и седла клапана и образованию газовых языков в пузыре.
В некоторых интеллектуальных газомерах предусмотрена функция обнаружения утечки газа. Однако средства взаимодействия с газомерами обычно не разрешены, и газомеры сообщают об утечке газа в помещении внешним устройствам сигнализации, контролирующим утечку в газопроводе, чтобы закрыть клапан газомера в случае утечки газа. Таким образом, по-прежнему невозможно решить проблему утечек в газомере.
Одним из важнейших проектов модернизации мембранного газомера с целью придания ему интеллектуальности является электромеханическое преобразование. В настоящее время, с целью электромеханического преобразования мембранного газомера по большей части дополнительно устанавливают язычковый переключатель на цифровое колесо счетчика снаружи газомера. На диске единиц или десятков устанавливают магнит. При каждом полном обороте колеса счетчика язычковый переключатель генерирует импульс счета. Поскольку один импульс эквивалентен 10 литрам или 100 литрам, дискретность измерений является низкой. Кроме того, язычковый переключатель действует в зависимости от интенсивности внешнего магнитного поля, а срок его службы в значительной степени ограничен числом переключений.
Соответственно, в основу настоящего изобретения положена задача создания способа оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера путем реализации оперативной самодиагностики измерительных характеристик и обеспечения активной защиты от утечек газа.
Некоторые известные на данный момент патенты на газомеры и устройства электромеханического преобразования имеют следующие недостатки.
1. В патентах CN 106248162 и CN 206038080 описан газомер и электромеханический преобразователь его счетчика. Электромеханический преобразователь установлен сверху счетчика снаружи газомера. Ширина выходного импульса электромеханического преобразования преимущественно увеличена, но дискретность электромеханического преобразования не может быть реально повышена.
2. В патенте CN 107340023 описан газомер на основе "Интернета вещей" (от английского - Internet of things). В стандартном газомере установлен сенсорный модуль, и путем сравнения определяется величина перепада давлений внутри и снаружи газомера, чтобы оценить, происходят ли наружные утечки. В патенте не отражено ухудшение собственных измерительных характеристик газомера.
3. В патенте CN 107707386 описаны комбинированные способ и система напоминания об отказе газомера на основе "Интернета вещей". Основное внимание уделено устранению простых неисправностей газомера пользователем путем взаимодействия с системой на основе "Интернета вещей". Согласно патенту газомер обнаруживает информацию о собственном рабочем состоянии в реальном времени, чтобы оценить, имеет ли место отказ. Речь идет только о контроле простых перебоев в питании, таких как недостаточное напряжение аккумуляторной батареи газомера и плохой контакт катода и анода батареи, и не описана самодиагностика бессимптомных отказов, таких как ухудшение измерительных характеристик газомера и небольшие утечки.
Краткое изложение сущности изобретения
Решаемая техническая задача
С учетом недостатков известного уровня техники в настоящем изобретении предложен способ оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера. Магнитный поворотный стол электромеханического преобразователя разумно поделен на сегменты, при этом регистрируются и анализируются данные о перемещениях каждого сегмента. Согласно настоящему изобретению свойства оборудования соответствующим образом согласованы, за счет чего осуществляется качественная и количественная оценка погрешностей измерения мембранного газомера, оценка внутренних утечек, оценка наружных утечек и оценка безопасности при постоянном расходе, и обеспечивается надежная гарантия оперативной коррекции ошибок газомера и активная защита от утечек газа.
Технические решения
Указанная выше задача решена в настоящем изобретении за счет следующего технического решения, а именно предложенного способа оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера. Магнитный поворотный стол электромеханического преобразователя разумно поделен на сегменты, при этом регистрируются и анализируются данные о перемещениях каждого сегмента с тем, чтобы осуществлять оценку ухудшения измерительных характеристик мембранного газомера, а также качественное и количественное определение внутренних и наружных утечек. Всякий раз, когда мембранный газомер выпускает вызывающий поворот объем газа, вращающийся вал внутри газомера совершает один оборот. Внутри или снаружи газомера избирательно установлен электромеханический преобразователь, который находится в прямом зацеплении с коронной ведущей шестерней посредством вращающегося вала внутри газомера или посредством вращающегося вала снаружи газомера, чтобы обеспечивать совершение одного оборота магнитным поворотным столом всякий раз, когда мембранный газомер выпускает вызывающий поворот объем газа. Число электрических импульсных сигналов, генерируемых электромеханическим преобразователем, определяется числом магнитов, установленных на магнитном поворотном столе.
Способ количественного и качественного анализа с целью оперативного контроля отказов, такого как оценка ухудшения измерительных характеристик мембранного газомера и оценка небольших внутренних утечек, включает: сегментацию магнитного поворотного стола, и осуществление анализа на основании соотношения периода следования импульсных сигналов, генерируемых определенных сегментом, и периода выпуска вызывающего поворот объема газа газомером.
В качестве одного из дополнительных предпочтительных решений согласно настоящему изобретению, электромеханический преобразователь преобразует каждый период выпуска вызывающего поворот объема газа газомером, чтобы генерировать более двух электрических импульсных сигналов, в результате чего повышается дискретность измерений газомера, и может обеспечиваться точный анализ расхода при минимальном потоке через газомер. На основании точного измерения микрорасхода устанавливается разовый расход газа с целью оценки постоянного расхода и безопасного предотвращения скрытых опасностей газомера вследствие внутренних утечек.
В качестве одного из дополнительных предпочтительных решений согласно настоящему изобретению, электромеханический преобразователь содержит передаточный механизм, кронштейн, магнитный поворотный стол, печатную плату электромагнитного переключателя и магниты, а используемым компонентом электромеханического преобразователя может являться электромагнитный переключатель, язычковый переключатель, фотоэлектрический модуль с непосредственным отсчетом, сенсорный переключатель и т.п. В качестве одного из дополнительных предпочтительных решений согласно настоящему изобретению, независимо от того, установлен ли электромеханический преобразователь внутри или снаружи газомера, один оборот магнитного поворотного стола соответствует выпуску вызывающего поворот объема газа газомером, т.е. периоду выпуска, при этом в плоскости магнитного поворотного стола выполнено множество симметричных кольцевых канавок, в которые могут быть заделаны магниты.
В качестве одного из дополнительных предпочтительных решений согласно настоящему изобретению, в полости корпуса газомера установлен электромеханический преобразователь, внутренняя часть газомера в его полости снабжена вращающим мембрану валом, на котором установлена шестерня. Передаточный механизм находится в зацеплении с шестерней вращающего мембрану вала, на магнитном поворотном столе расположены магниты, электромагнитный переключатель приварен к печатной плате электромагнитного переключателя, которая перпендикулярно и параллельно плоскости магнитного поворотного стола установлена на кронштейне.
В качестве одного из дополнительных предпочтительных решений согласно настоящему изобретению, снаружи полости корпуса 2 газомера установлен электромеханический преобразователь 5, снаружи газомера находится дозатор 1, в котором находится счетчик 11 и коронная ведущая шестерня 12, непосредственно магнитно связанная с шестерней вращающего мембрану вала во внутренней части 3 газомера. В коронную ведущую шестерню 12 встроен магнитный поворотный стол 53, который поворачивается вокруг общей оси с ней. На счетчике 11 неподвижно установлен кронштейн 52, на котором перпендикулярно и параллельно плоскости магнитного поворотного стола 53 установлена печатная плата 54 электромагнитного переключателя.
Благоприятные результаты
Способ оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера, предложенный в настоящем изобретении, обеспечивает следующие благоприятные результаты.
Согласно способу оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера повышается точность измерения расхода, меньшего, чем минимальный расход газомера, обеспечиваются более точные основания для обеспечения активной защиты, такие как качественная и количественная оценка собственных погрешностей измерения мембранного газомера, оценка внутренних утечек, оценка наружных утечек и оценка безопасности при постоянном расходе, при этом способ важен для интеллектуального управления газомером и обеспечения безопасного использования газа.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана принципиальная монтажная схема установленного снаружи электромеханического преобразователя согласно настоящему изобретению;
На фиг. 2 показана структурная диаграмма установленного снаружи электромеханического преобразователя согласно настоящему изобретению;
На фиг. 3 показана принципиальная монтажная схема установленного внутри электромеханического преобразователя согласно настоящему изобретению;
На фиг. 4 показана структурная диаграмма установленного внутри электромеханического преобразователя согласно настоящему изобретению; и
На фиг. 5 показана принципиальная схема координат, когда окружность магнитного поворотного стола разделена на четыре части согласно настоящему изобретению.
На чертежах: 1 - дозатор; 2 - корпус газомера; 3 - внутренняя часть газомера; 5 - электромеханический преобразователь; 11 - счетчик; 12 - коронная ведущая шестерня; 34 - вращающий мембрану вал; 36 - измерительный блок; 51 - передаточный механизм; 52 - кронштейн; 53 - магнитный поворотный стол; 54 - печатная плата электромагнитного переключателя; 55 - магнит; и 531 - кольцевая канавка.
Подробное описание изобретения
Далее со ссылкой на чертежи ясно и полно описаны технические решения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются не всеми, а только частью вариантов осуществления настоящего изобретения. Все прочие варианты осуществления, созданные без выполнения творческой работы специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления, описанных в настоящем изобретении, входят в объем охраны настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1-5, в вариантах осуществления настоящего изобретения предложено два технических решения.
Вариант осуществления 1
Согласно способу оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера снаружи полости корпуса 2 газомера установлен электромеханический преобразователь 5 (как показано на фиг. 1). Снаружи газомера находится дозатор 1. В дозаторе 1 находится счетчик 11 и коронная ведущая шестерня 12, непосредственно магнитно связанная с шестерней вращающего мембрану вала во внутренней части 3 газомера. В коронную ведущую шестерню 12 встроен магнитный поворотный стол, который поворачивается вокруг общей оси с ней. На счетчике 11 неподвижно установлен кронштейн 52. На кронштейне 52 перпендикулярно и параллельно плоскости магнитного поворотного стола 53 установлена печатная плата 54 электромагнитного переключателя. На магнитном поворотном столе 53 расположены магниты 55. Электромагнитный переключатель приварен к печатной плате 54.
Электромеханический преобразователь 5 (как показано на фиг. 2) содержит кронштейн 52, магнитный поворотный стол 53, печатную плату 54 электромагнитного переключателя и магниты 55.
Один оборот магнитного поворотного стола 53 соответствует выпуску вызывающего поворот объема газа газомером, т.е. периоду выпуска. В плоскости магнитного поворотного стола 53 выполнено множество симметричных кольцевых канавок 531, в которые могут быть заделаны магниты 55. Печатная плата 54 электромагнитного переключателя заделана в передний конец кронштейна 52 параллельно плоскости магнитного поворотного стола 53. При повороте магнита 55 в мертвое положение по отношению к электромагнитному переключателю, электромагнитный переключатель генерирует импульсный сигнал. Число электрических импульсных сигналов, генерируемых измерительным блоком всякий раз при выпуске вызывающего поворот объема газа, определяется числом магнитов, установленных на магнитном поворотном столе 53.
Магнитный поворотный стол 53 электромеханического преобразователя 5 поделен на соответствующие сегменты, при этом регистрируются и анализируются данные о перемещениях каждого сегмента с тем, чтобы осуществлять анализ качественной и количественной оценки, такой как оценка ухудшения измерительных характеристик мембранного газомера и оценка небольших утечек.
Электромеханический преобразователь 5 преобразует каждый период выпуска вызывающего поворот объема газа газомером, чтобы генерировать более двух электрических импульсных сигналов с целью оценки точности измерения, оценки постоянного расхода и безопасного предотвращения скрытых опасностей газомера вследствие внутренних утечек.
Один оборот магнитного поворотного стола 53 соответствует выпуску вызывающего поворот объема газа газомером, т.е. периоду выпуска. В плоскости магнитного поворотного стола 53 выполнены симметричные кольцевые канавки 531, в которые могут быть заделаны магниты 55. При повороте магнита 55 в мертвое положение по отношению к электромагнитному переключателю, электромагнитный переключатель генерирует импульсный сигнал. Число электрических импульсных сигналов, генерируемых измерительным блоком всякий раз при выпуске вызывающего поворот объема газа, определяется числом магнитов, установленных на магнитном поворотном столе 53.
Газомером является газомер, который в настоящее время широко используется в быту и не усовершенствован в настоящем изобретении. Газомер в основном содержит такие компоненты, как дозатор 1, корпус 2 и внутренняя часть 3. Внутренняя часть 3 находится в газомере. Внутренняя часть 3 в основном содержит такие компоненты, как вращающий мембрану вал 34 и измерительный блок 36.
Вариант осуществления 2
Согласно способу оперативного контроля измерительных характеристик мембранного газомера в полости корпуса 2 газомера (как показано на фиг. 3) установлен электромеханический преобразователь 5. Внутренняя часть газомера 3 в его полости снабжена вращающим мембрану валом 34, на котором установлена шестерня. В зацеплении с шестерней вращающего мембрану вала находится передаточный механизм 51. На магнитном поворотном столе 53 расположены магниты 55. Электромагнитный переключатель приварен к печатной плате 54. Печатная плата 54 электромагнитного переключателя установлена на кронштейне 52 перпендикулярно и параллельно плоскости магнитного поворотного стола 53.
Электромеханический преобразователь 5 (как показано на фиг. 4) содержит передаточный механизм 51, кронштейн 52, магнитный поворотный стол 53, печатную плату 54 электромагнитного переключателя и магниты 55.
Один оборот магнитного поворотного стола 53 соответствует выпуску вызывающего поворот объема газа газомером, т.е. периоду выпуска. В плоскости магнитного поворотного стола 53 выполнено множество симметричных кольцевых канавок 531, в которые могут быть заделаны магниты 55. Печатная плата 54 электромагнитного переключателя заделана в передний конец кронштейна 52 параллельно плоскости магнитного поворотного стола 53. При повороте магнита 55 в мертвое положение по отношению к электромагнитному переключателю, электромагнитный переключатель генерирует импульсный сигнал. Число электрических импульсных сигналов, генерируемых измерительным блоком всякий раз при выпуске вызывающего поворот объема газа, определяется числом магнитов, установленных на магнитном поворотном столе 53.
Магнитный поворотный стол 53 электромеханического преобразователя 5 поделен на соответствующие сегменты, при этом регистрируются и анализируются данные о перемещениях каждого сегмента, с тем, чтобы осуществлять анализ качественной и количественной оценки, такой как оценка ухудшения измерительных характеристик мембранного газомера и оценка небольших утечек. Электромеханический преобразователь 5 преобразует каждый период выпуска вызывающего поворот объема газа газомером, чтобы генерировать более двух электрических импульсных сигналов с целью оценки точности измерения, оценки постоянного расхода и безопасного предотвращения скрытых опасностей газомера вследствие внутренних утечек.
Качественный анализ с целью оперативного контроля отказов, такого как оценка ухудшения измерительных характеристик мембранного газомера и оценка внутренних утечек, возможен в настоящем изобретении лишь при условии, что окружность магнитного поворотного стола разделена, например, на четыре части (как показано на фиг. 5). Время совершения одного оборота магнитным поворотным столом принимается за Т. Четыре магнита расположены в симметричных положениях, разделенной на четыре части окружности магнитного поворотного стола. Когда магниты проходят через электромагнитный переключатель, могут отбираться и регистрироваться четыре временных интервала t (t1, t2, t3 и t4). Отношение t к времени Т принимается за β1, β2, β3 и β4. Поскольку в течение периода выпуска вызывающего поворот объема газа вращающий мембрану вал внутри газомера вращается с изменчивой частотой, магнитный поворотный стол электромеханического преобразователя также поворачивается с изменчивой частотой. Соответственно, не все значения β1, β2, β3 и β4 равны 1/4. В случае утечки в газомере значения β1, β2, β3 и β4 являются постоянными или незначительно колеблются. В случае утечки или отказа газомера, если распределение утечки не соответствует исходному пропорциональному коэффициенту при стабильном расходе газа (согласно измерениям множества фиксированных периодов), значения β1, β2, β3 и β4 будут неизбежно иметь сдвиги, и, когда сдвиги достигнут определенной величины, может быть качественно определено, что в газомере происходит внутренняя утечка.
В случае возникновения утечки в процессе практического применения газомера временной интервал обычно составляет менее 3/4 периоду выпуска вызывающего поворот объем газа. За 3/4 времени возникновения утечки значение, по меньшей мере, одного из интервалов t1, t2, t3 и t4 может не измениться или измениться незначительно. Если принять временные интервалы, в течение которых четыре магнита проходят через электромагнитный переключатель в случае утечки в газомере, за t1', t2', t3' и t4', то могут быть рассчитаны отношения β1', β2', β3' и β4' для сравнения с отношениями β1, β2, β3 и β4 при отсутствии утечки в газомере, чтобы найти отношение, которое максимально снизилось (принятое за β4', т.е. временной интервал, который минимально изменился в результате утечки), и может быть рассчитано нормальное время T=t4'/β4 выпуска каждого вызывающего поворот объема газа. На практике определяют, что период выпуска каждого вызывающего поворота объема газа составляет Т=(t1'+t2'+t3'+t4'). Соответственно, может быть определено отклонение ΔТ=Т'-Т. В таком случае, соотношение ΔТ и Т является пропорциональным коэффициентом утечки газомера. Когда происходит утечка или другое ухудшение измерительных характеристик газомера, посредством пропорционального коэффициента могут быть рассчитаны потери газа у газоснабжающей компании.
Если требуется количественный расчет утечки, когда временной интервал превышает 3/4 периода, необходимо только увеличить число магнитов на магнитном поворотном столе. Кроме того, в качестве источника исходного измеренного параметра может дополнительно использоваться другой электромагнитный переключатель, образующий определенное угловое соотношение с исходным электромагнитным переключателем.
3
Электромеханический преобразователь, предложенный в настоящем изобретении, требуется для генерирования более двух электрических импульсных сигналов за каждый период, и такие высокоплотные сигналы могут использоваться для измерения микрорасхода, меньшего, чем минимальный расход. В бытовом мембранном газомере с максимальным расходом менее 6 м/ч используется электромеханический преобразователь, генерирующий два электрических импульсных сигнала за период. В настоящем изобретении устанавливается потребление газа и время использования при постоянном расходе с целью оценки и предотвращения наружных утечек из газомера следующим способом.
3
3
3
На шаге 1 при относительно постоянном расходе q3 м/ч или более и q1 м/ч или менее разовый расход газа не должен превышать V1 м; при этом значения q1, q3 и V1 разумно устанавливают в соответствии размером относительно замкнутой территории использования газа, характеристиками использования газа газового оборудования и нижним пределом взрываемости (5%) метана.
3
3
1
На шаге 2 при относительно постоянном расходе более q1 м/ч и меньшем, чем максимальный расход газомера, на основании регистрационных данных газового оборудования разумно определяют, что разовый расход газа не должен превышать V2 м, а длительность не должна превышать Т.
3
На шаге 3 при расходе между последовательным генерированием двух сигналов в течение 6 часов и расходе q3 м/ч (минимальном расходе, обеспечивающем работу газового оборудования) определяется наличие утечки.
Электромеханический преобразователь согласно настоящему изобретению требуется для генерирования более двух электрических импульсных сигналов за каждый период, и такая плотность сигналов используется для точной, быстрой и надежной оценки постоянного расхода и оценки небольших утечек, меньших, чем начальный расход.
Из вышесказанного следует, что настоящее изобретение имеет большое значение для контроля измерительных характеристик и обнаружения локальных отказов мембранного газомера, а также для интеллектуального контроля газомера и обеспечения безопасного использования газа.
Следует отметить, что при использовании в настоящем изобретении означающих соотношения терминов, таких как "первый" и "второй", не всегда требуется или подразумевается существование какого-либо практического соотношения или последовательности объектов или операций, а только ставится задача отличать один объект или операцию от другого объекта или операции. Кроме того, подразумевается, что термины "включать" и "содержать" или любая другая их разновидность имеют неисключающее значение, и тем самым обеспечивается, чтобы способ, объект или оборудование, содержащие ряд элементов, содержали не только эти элементы, но также другие элементы, которые в прямой форме не перечислены, или дополнительно включали присущие способу, объекту или оборудованию элементы без дополнительных ограничений.
Хотя были проиллюстрированы и описаны варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники может быть известно, что в них могут быть внесены различные разновидности, модификации, замены и изменения, не выходящие за пределы принципов и существа настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.