УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА
GAS MEASURING DEVICE

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для учета количества газа, проходящего через трубопровод. Более конкретно, изобретение относится к бытовым счетчикам газа и предназначено для измерения объема газа или паров сжиженного газа, используемых для бытовых целей. Но вместе с тем, изобретение также может быть использовано для измерения объема любых других неагрессивных газов при учете их потребления индивидуальными потребителями. Счетчик может быть использован для работы в составе автоматизированных систем коммерческого учета газа на различных объектах коммунального хозяйства.
Известны различные конструкции устройств для измерения расхода газа. Например, известно устройство по авторскому свидетельству СССР №1076755 на изобретение (МПК 6 G01F 3/22). Это устройство содержит измерительную камеру, разделенную подвижной диафрагмой на две изолированные полукамеры с входным и выходным патрубками. Измерительная камера этого устройства связана с диафрагмой. Кроме того, устройство содержит счетный механизм. Сразу необходимо отметить, что основным недостатком данного устройства является большая инерционность измерительного механизма, обусловленная периодическим изменением направления движения его частей, что снижает быстродействие системы и, как следствие, точность измерения расхода.
Известен также газовый счетчик по патенту ЕПВ N 0081641 на изобретение (МПК 6 G01F 3/22). Этот газовый счетчик содержит коробку золотника, выполненную в виде двух соосных цилиндров. Пространство между цилиндрами разделено перегородками на четыре камеры. Кроме того, этот счетчик газа содержит поворотную крышку, установленную на торце цилиндров с отверстием и каналом для соединения камер золотника в заданном порядке с полостью над крышкой корпуса и полостью центрального цилиндра. Счетчик содержит также корпус с крышкой и двумя камерами, разделенными подвижной диафрагмой на две измерительные полукамеры, соединенные с соответствующими камерами золотника, входной патрубок, соединенный с полостью центрального цилиндра, выходной патрубок, соединенный с полостью над крышкой коробки золотника, ось кривошипно-шатунного механизма с рычагом поворота, кинематически соединяющего диафрагму с поворотной крышкой золотника, счетный механизм, связанный с осью кривошипно-шатунного механизма.
Вместе с тем, известен счетчик газа по патенту РФ №2063616 на изобретение (МПК 6 G01F 3/22). Этот счетчик состоит из коробки золотника, поворотной крышки с каналом и отверстием, крышки корпуса, корпуса счетчика, входного патрубка, выходного патрубка, рычага поворота, зубчатой передачи, счетного механизма. Кроме того, счетчик состоит из диафрагмы, разделяющей измерительную камеру на две полукамеры, оси кривошипно-шатунного механизма, фланца крепления диафрагмы. На крышке коробки золотника выполнены проточки и она поджата к коробке золотника тарированной пружиной. Конусная сопрягаемая поверхность коробки золотника и крышки может быть выполнена конусом как вонутрь, так и наружу. Счетчик работает следующим образом. Через входной патрубок газ поступает в центральный цилиндр коробки золотника, затем через канал крышки поступает в одну из камер золотника. Затем через канал в корпусе газ поступает в измерительную полукамеру. Под воздействием избыточного давления диафрагма прогибается и выдавливает избыток газа из соседней полукамеры через канал в корпусе в камеру золотника и в отверстие в крышке в полость над крышкой золотника, а далее в выходной патрубок. Перемещаясь, диафрагма через кривошипно-шатунный механизм вращает ось, которая через зубчатую передачу вращает рычаг поворота крышки золотника. Рычаг вращает счетный механизм, который учитывает число объемов, прошедших через измерительную камеру. При вращении крышки через канал входной патрубок соединяется с другой полукамерой, а соседняя полукамера соединяется через отверстие с выходным патрубком. Затем цикл повторяется. Вращаясь, крышка производит подключение соседних полукамер к входному и выходному патрубкам, осуществляя, тем самым, измерение количества газа, проходящего через трубопровод.
Известен также счетчик газа по патенту РФ №7495 на полезную модель (МПК 6 G01F 3/22). Счетчик объемного расхода газа, содержащий корпус, в котором размещены входная полость с распределительным золотником, суммирующим кривошипом, с узлом регулировки его длины и двумя кривошипно-шатунными механизмами, расходный патрубок, две мембраны, образующие четыре камеры с переменным оъемом, соединенные каналами через распределительный золотник с входной полостью и расходным патрубком, причем оси вращения кривошипов через герметичные уплотнения проходят в камеры с переменным объемом и тягами связаны с жесткими центрами мембран, а шатуны связаны между собой общей осью, размещенной на узле регулировки длины суммирующего кривошипа, отличающийся тем, что суммирующий кривошип выполнен в виде диска с эксцентрично расположенной осью вращения и зубчатым венцом по наружному диаметру, а узел регулировки длины суммирующего кривошипа выполнен в виде валика с отверстием, размещенного на диске и связанного эксцентрично с общей осью шатунов, и стопорного штифта, установленного в отверстии валика с фиксацией в пазах зубчатого венца.
Но вышеописанные аналоги имеют ряд недостатков конструкции. К этим недостаткам прежде всего необходимо отнести низкую точность измерения объема газа, а также искажение результатов измерения в процессе их эксплуатации. Кроме того, все вышеописанные аналоги имеют значительные габариты, а именно их габаритные размеры превышают в 2,5-4 раза габаритные размеры заявляемого в качестве изобретения устройства для измерения расхода газа. Вместе с тем, необходимо отметить также сложность монтажа всех вышеописанных счетчиков, так как их установку производят в строго определенном положении. Это объясняется тем, что конструкция счетчиков-аналогов позволяет располагать их входной патрубок или слева, или справа. Необходимо также отметить необходимость газосварочных работ при монтаже некоторых вышеописанных газовых счетчиков.
Наиболее близким по совокупности существующих признаков аналогом к заявленному изобретению (прототипом) является счетчик газа СГБМ-1.6, предназначенный для измерения объема газа при учете его потребления индивидуальными потребителями. Прототип состоит из датчика расхода, находящегося в герметичном корпусе и включающего в себя струйный блок и пневмоэлектропреобразователь, электронный блок, производящий усиление и формирование импульсного счета. Он включает в себя также отсчетное устройство, литьевую батарею для питания электронного блока, кожух, который закрывает вышеперечисленные элементы, основание в виде тройника для установки на газопровод. Электронный блок прототипа имеет отсчетное устройство в виде ЖК индикатора, на котором цифры слева до точки показывают объем газа в кубических метрах, а цифры после точки соответственно в десятых, сотых и тысячных долях кубического метра. Основание счетчика-прототипа в виде тройника состоит из двух патрубков с наружной резьбой для подключения к газопроводу (вход и выход) и отверстия для подключения счетчика. Счетчик устанавливают на горизонтальном или вертикальном спуске газопровода с помощью дополнительных переходников. Счетчик-прототип комплектуют импульсным выходом. Но устройство-прототип, хотя и является более совершенным устройством для измерения расхода газа по сравнению с остальными аналогами, все же не исключает их основные недостатки. А именно, устройство-прототип имеет низкую точность измерения, а также искажает результаты измерения объемов газа в процессе их эксплуатации.
Задача, которую поставил перед собой разработчик нового устройства для измерения расхода газа, состояла в создании такого устройства, которое позволило бы повысить точность измерения накопленного объема газа и исключить искажение результатов измерения объемов газа в процессе их эксплуатации. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение порога чувствительности.
Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для измерения расхода газа, содержащем основание с входным и выходным патрубками, на котором смонтирован герметичный корпус, с установленным внутри него датчиком расхода, включающим пневмоэлектропреобразователь и струйный автогенератор, а также электронным блоком с питанием и счетным устройством, в электронный блок входят микропотребляющий усилитель напряжения переменного тока с пьезоэлемента пневмоэлектропреобразователя с фильтрующими цепями и цепью стабилизации тока, а также микропотребляющий микроконтроллер, управляющий индикацией накопленного объема газа с периодическим сохранением данных в энергонезависимую память, причем конфигурация струйного автогенератора построена по многоконтурной системе замкнутых камер, соединенными каналами с низким пневматическим сопротивлением.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа входной и выходной патрубки выполнены с резьбой.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа на входном патрубке смонтирована накидная гайка.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа струйный автогенератор и пневмоэлектропреобразователь установлены на основании устройства.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа между основанием и корпусом установлена прокладка.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа провода пневмоэлектропреобразователя выведены из-под корпуса с помощью контактной втулки.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа на корпус устройства установлен кожух с закрепленным в нем аналогово-цифровым блоком.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа на аналогово-цифровом блоке установлен элемент питания, ЖК индикатор, импульсный выход, разъем поверки и калибровки, а также резистор коэффициента усиления.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа отверстие в кожухе для подключения импульсного выхода закрыто заглушкой.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа сверху на кожух нанесена информационная аппликация и установлено стекло.
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа кожух закреплен на крышке кольцом-замком.
Вместе с тем, сущность изобретения состоит и в том, что в устройстве для измерения расхода газа кольцо-замок установлен таким образом, что он дает возможность вращения кожуху с установленным в нем аналогово-цифровым блоком на 360°.
Доказательства возможности осуществления нового устройства для измерения расхода газа с реализацией указанного назначения приводятся ниже на конкретном примере устройства для измерения расхода газа. Этот характерный пример конкретного нового устройства для измерения расхода газа согласно предлагаемому изобретению ни в коей мере не ограничивают объем правовой защиты изобретения. В этом конкретном примере дана лишь иллюстрация нового устройства для измерения расхода газа.
Изобретение поясняется графически, где:
на фиг.1 изображен счетчик в аксонометрический проекции;
на фиг.2 изображен счетчик, вид сверху;
на фиг.3 изображен счетчик, главный вид;
на фиг.4 изображен счетчик, вид слева;
на фиг.5 изображен счетчик, вид справа;
на фиг.6 изображен счетчик, вид снизу;
на фиг.7 изображен счетчик в разрезе;
на фиг.8 изображен пьезодатчик счетчика в разрезе;
на фиг.9 изображено основание счетчика в разрезе;
на фиг.10 изображена накидная гайка основания счетчика;
на фиг.11 изображено стопорное кольцо накидной гайки;
на фиг.12 изображен вход счетчика и посадочное место на основании под накидную гайку;
на фиг.13 изображен вход счетчика с накидной гайкой;
на фиг.14 изображено кольцо-замок в застегнутом виде;
на фиг.15 изображено кольцо-замок в расстегнутом виде;
на фиг.16 изображен вид счетчика сверху, показана возможность вращения аналогово-цифрового блока с ЖК индикатором и возможность пломбирования после установки;
на фиг.17 изображен вид счетчика сбоку с доступным для подключения импульсным выходом;
на фиг.18 изображен вид счетчика сверху без стекла и информационной аппликации, показаны разъем поверки и калибровки и резистор коэффициента усиления;
на фиг.19 изображен аналогово-цифровой блок, вид сверху.
Счетчик газа состоит из основания 1, на входном патрубке 2 которого зафиксирована стопорным кольцом 3 накидная гайка 4. На выходном патрубке 5 выполнена трубная наружная резьба 6. На основание 1 установлен струйный автогенератор 7 и пневмоэлектропреобразователь 8. Пневмоэлектропреобразователь 8 состоит из нижней 9 и верхней 10 частей. Кроме того, в состав пневмоэлектропреобразователя 8 входят прокладка 11, уплотнительное кольцо 12 и пьезоэлемент 13. Таким образом, струйный автогенератор 7 и пневмоэлектропреобразователь 8 смонтированы так, что они находятся внутри корпуса 14. Для обеспечения герметичности между основанием 1 и корпусом 14 установлена прокладка 15. Провода 16 пневмоэлектропреобразователя 8 выведены из-под корпуса 14 с помощью контактной втулки 17. На корпус 14 установлен кожух 18 с закрепленным в нем аналогово-цифровым блоком 19. На аналогово-цифровом блоке 19 установлен элемент питания 21, ЖК индикатор 22, импульсный выход 23, разъем поверки и калибровки 24, резистор коэффициента усиления 25. Отверстие в кожухе 18 для подключения импульсного выхода 22 закрыто заглушкой 26. Сверху на кожух 18 нанесена информационная аппликация 27 и установлено стекло 28. В корпусе 14 установлен температурный датчик 29. Кожух 18 закреплен на крышке 14 кольцом-замком 30. Кольцо-замок 30 установлен таким образом, что он дает возможность вращения кожуху 18 с установленным в нем аналогово-цифровым блоком 19 на 360°. Кожух 18, кольцо-замок 30 и заглушка 26 изготовлены из пластмассы, что позволяет изготавливать счетчик в разных цветовых вариантах. Для предотвращения свободного доступа в аналогово-цифровой блок 19 кольцо-замок 30 опломбировано пломбой 31. На гайке 4 и основании 1 выполнены отверстия 32 и 33 для пломбирования счетчика после его установки.
3
Работает счетчик газа, приводимый в качестве конкретного примера использования изобретения, следующим образом. Необходимо отметить, что принцип действия заявляемого устройства для измерения расхода газа основан на линейной зависимости частоты колебаний струи в струйном автогенераторе от расхода газа, прошедшего через этот генератор. Газ через патрубок 2 основания 1 поступает в струйный автогенератор. Принцип работы струйного автогенератора основан на работе многокаскадного струйного элемента, каждый каскад которого состоит из струйного дискретного элемента. Работа струйного дискретного элемента основана на возникновении пульсации струи в системе каналов в результате эффекта Коанда и эффекта внутренней обратной связи, пропорциональной расходу газа. Пульсации струи воспринимаются пьезоэлементом 13, установленным в корпусе пневмоэлектропреобразователя 8, соединенным каналами со струйным автогенератором 7. В результате пульсаций струйного автогенератора в верхней и нижней камерах пневмоэлектропреобразователя 8 возникает перепад давления, который в свою очередь приводит к микродеформации пьезоэлемента 13. Из-за деформаций пьезоэлемента 13 на его выводах возникает переменное напряжение с частотой, пропорциональной расходу. Переменное напряжение с выводов пьезоэлемента 13 подают на предварительный усилитель переменного тока, расположенный в аналогово-цифровом блоке 19. При расчетах расхода в аналогово-цифровом блоке 19 учитывают показания температурного датчика 29, установленного в корпусе 14. Далее усиленный сигнал преобразуют в прямоугольные импульсы, которые и подаются на вход микропроцессора для выполнения расчетов вычисления расхода с учетом корректирующих коэффициентов и параметров давления и температуры с температурного датчика 29. Корректирующие коэффициенты и дополнительные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти микропроцессора с помощью внешних аппаратно-программных средств и инструментов через разъем 24. Коэффициент усиления предварительного усилителя задают при помощи резистора коэффициента усиления 25 на стадии подготовки к калибровке счетчика с помощью внешних аппаратно-программных средств и инструментов. После выполнения расчетов вычисления расхода формируется импульс на контактах импульсного выхода 23, сигнализирующий о прохождении через счетчик объема газа равного 0,001 м. Информация о накопленном расходе выводится на ЖК индикатор 22. Данные о накопленном расходе периодически сохраняются в энергонезависимой памяти микропроцессора, что предотвращает от несанкционированного изменения накопленного расхода. Как видно, электронная схема заявляемого устройства для измерения расхода газа содержит микропотребляющий усилитель переменного тока, который предназначен для усиления переменного напряжения, поступающего с пьезоэлемента. В отличие от схемы усилителя прототипа схема усилителя заявляемого устройства для измерения расхода газа имеет фильтрующие цепи для эффективного выделения полезного низкочастотного сигнала и подавления высокочастотных помех. Основным преимуществом схемы усилителя в данном случае является цепь стабилизации тока потребления операционного усилителя, которая обеспечивает постоянство тока потребления независимо от частоты входного сигнала, что приводит к уменьшению энергопотребления всей схемы и обеспечивает стабильность характеристик счетчика. Для обработки измеренных данных и управления работой заявляемого устройства для измерения расхода газа схема оснащена микроконтроллером, выполненным по микропотребляющей технологии. В отличие от прототипа применение данного микроконтроллера дает прирост времени работы схемы от батареи на 20%. Микроконтроллер проводит расчеты по вычислению накопленного объема газа и цифровую фильтрацию сигнала, что приводит к стабильности расчетов и отсутствию ложных срабатываний. Кроме этого, микроконтроллер управляет индикацией накопленного объема с периодическим сохранением данных в энергонезависимую память, что выгодно отличает его от прототипа, поскольку данные о накопленном расходе можно снять даже после отключения схемы от батареи. Дополнительным преимуществом схемы и примененных в ней элементов является расширенный диапазон рабочих напряжений, что позволяет ей работать от батарей с малым выходным напряжением, вследствие чего увеличивается время непрерывной работы счетчика. Конфигурация струйного автогенератора построена по многоконтурной системе замкнутых камер соединенными каналами с низким пневматическим сопротивлением.
Применение заявляемого устройства для измерения расхода газа в народном хозяйстве позволит повысить порог чувствительности и повысить точность измерения накопленного объема газа, особенно при малых расходах в виду того, что в устройстве более высокая частота выходного сигнала. В данном случае в устройстве уменьшенный перепад давления на струйном автогенераторе. Конструкция заявляемого устройства имеет меньше пластин, что снижает вес и стоимость изготовления струйного автогенератора. Кроме того, в заявляемом устройстве для измерения расхода газа отсутствует вероятность выхода его из строя с одновременным перекрытием газопровода, как в 98% существующих счетчиков. Вместе с тем, при измерениях объема, в соответствие с правилами метрологии, в математических расчетах цифрового модуля счетчика применяется корректировка по температуре согласно сигналу, поступающему с датчика температуры, и давлению согласно константам, занесенным в программное обеспечение при калибровке. А это все вместе предопределяет более точные, достоверные результаты показаний устройства.