УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения расхода газа, жидкости или пара.
Широко известны устройства для измерения расхода текучей среды (газа, пара, жидкости) в трубопроводе, включающие расположенное в трубопроводе сужающее устройство, датчик перепада давления, соединенный импульсными линиями с трубопроводом до и после сужающего устройства, и указывающий или регистрирующий прибор (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества веществ, СПб: Политехника, 2002, кн. 1, с. 15-123).
Общим недостатком таких устройств является принципиальная невозможность точного измерения расхода в нижней трети диапазона измерений датчика перепада давления вследствие квадратичной зависимости перепада давления от расхода, что создает большие неудобства при изменениях расхода среды в указанную область. Кроме того, значительна погрешность измерения расхода природного газа и воды (2%), а также перегретого водяного пара (3%).
Известны различные пути преодоления этого недостатка. Так, устройство для измерения расхода, предусмотренное для решения этой проблемы государственным стандартом, и включающее, по крайней мере, два датчика перепада давления с различными пределами измерения, параллельно установленные и подключенные к одному вторичному прибору, обеспечивает возможность подключения дополнительного датчика по достижении порога измерения основного датчика (ГОСТ 8.586.5-2005, с. 61, рис. Г-18).
Известны многопредельные датчики перепада давления, содержащие несколько поддиапазонов измерения (например, датчики ПРОМА-ИДМ - http://www.promav.ru/technical-support/dokumentatsi/katalog-datchiki-i-izmeriteli.pdf), однако их использование затруднено тем, что при значительных колебаниях расхода текучей среды в трубопроводе ручное переключение датчика с одного поддиапазона на другой нарушает непрерывность процесса измерения и, следовательно, регулирования расхода текучей среды.
Наиболее близким к предложенному является известное устройство для измерения расхода текучей среды в трубопроводе, включающее расположенное в трубопроводе сужающее устройство, датчик перепада давления, соединенный импульсными линиями с трубопроводом до и после сужающего устройства, блок первичной обработки и коммутации (электронный коммутатор входных сигналов), связанный с датчиком перепада давления и датчиками других одновременно измеряемых величин, аналого-цифровой преобразователь (преобразователь входных сигналов в цифровой код), связанный с блоком первичной обработки и коммутации, и процессор, связанный с аналого-цифровым преобразователем (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества веществ, СПб: Политехника, 2002, кн. 1, с. 264, рис. 114).
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в обеспечении высокой точности измерений и непрерывности процесса измерения расхода текучей среды во всем диапазоне его возможного изменения.
Для решения этой задачи предложено устройство для измерения расхода текучей среды в трубопроводе, включающее расположенное в трубопроводе сужающее устройство, датчик перепада давления, соединенный импульсными линиями с трубопроводом до и после сужающего устройства, и вторичный прибор, содержащий блок первичной обработки и коммутации, связанный с датчиком перепада давления и датчиками других одновременно измеряемых величин, аналого-цифровой преобразователь, связанный с блоком первичной обработки и коммутации, и процессор, связанный с аналого-цифровым преобразователем, отличающееся тем, что устройство содержит многопредельный датчик перепада давления, выполненный с поддержкой HART-протокола, и дополнительный блок первичной обработки и коммутации, связанный с аналого-цифровым преобразователем, причем процессор связан с блоками первичной обработки и коммутации через драйвер HART-протокола.
Технический результат, достигаемый с помощью предложенной полезной модели, состоит в том, что такое выполнение устройства обеспечивает автоматическое переключение стандартных поддиапазонов датчика перепада давления при достижении ближайшего стандартного перепада, при котором расход измеряется с наивысшей точностью данного метода. При этом также обеспечивается осуществление необходимых вычислений расхода среды с наибольшей точностью, исключается необходимость параллельного подключения дополнительных датчиков с другими диапазонами, что сокращает количество мест возможных нарушений герметичности. Этот результат достигается благодаря тому, что устройство содержит многопредельный датчик перепада давления, выполненный с поддержкой HART-протокола, и вторичный прибор с процессором, который включает драйвер HART-протокола, через который он связан с блоками первичной обработки и коммутации.
При осуществлении процесса измерения и регулирования расхода процессор устройства для измерения расхода текучей среды содержит порты для подключения как обычно используемых внешних устройств, таких как панель управления и дисплей для вывода информации, так и дополнительных устройств, таких как внешние блоки памяти, модемы, флэш-накопители, системы сигнализации, и т.п.
Сущность полезной модели иллюстрируется прилагаемой фигурой, на которой представлена структурная схема конкретного воплощения предложенного устройства.
В соответствии с фигурой устройство для измерения расхода текучей среды содержит сужающее устройство 1 (например, диафрагму), установленное на трубопроводе 2 текучей среды, многопредельный датчик перепада давления 3, выполненный с поддержкой HART-протокола и соединенный импульсными линиями с трубопроводом 2 до и после сужающего устройства 1, и вторичный прибор, включающий: блок 4 первичной обработки и коммутации, связанный с датчиком перепада давления и датчиками других одновременно измеряемых величин (давления, температуры - на фигуре не показаны); аналого-цифровой преобразователь 5, связанный с блоком 4 первичной обработки и коммутации; микропроцессорный блок управления 6 и дополнительный блок 7 первичной обработки и коммутации, связанные с аналого-цифровым преобразователем 5; микроконтроллер 8 для реализации драйвера HART-протокола, связанный с микропроцессорным блоком управления 6 и блоками первичной обработки и коммутации 4 и 7. К блоку управления 6 подключены внешние устройства - панель управления 9, ЖК дисплей 10, блоки энергонезависимой памяти 11 и 12, часы с автономным источником питания 13. Блок управления 6 содержит также порты для подключения других дополнительных устройств и для соединения с системами управления и сигнализации.
Устройство состоит из элементов, известных в данной области техники и/или конструируемых по известным правилам. Известны, в частности, многопредельные датчики перепада давления (например, упомянутые выше датчики ПРОМА-ИДМ), а также датчики перепада давления, выполненные с поддержкой HART-протокола (например, датчики IMV30 - http://app2003.ru/doc/pss_2а-1с15_a.pdf).
Работа устройства осуществляется следующим образом. При стабильном потоке текучей среды через трубопровод 2 перепад давления на сужающем устройстве 1 воспринимается датчиком 3, генерирующим сигнал, передаваемый через блок 4 и преобразователь 5 в блок управления 6, отражающий значение расхода текучей среды на дисплее 10 и при необходимости генерирующий регулирующее воздействие, передаваемое в систему управления, к которой он подключен. В случае значительного колебания расхода среды, при котором значение перепада давления приближается к верхнему или нижнему пределу того поддиапазона измерения, в котором работает датчик 3, блок управления 6 через микроконтроллер 8 подает сигнал для переключения датчика 3 на соседний поддиапазон измерения.