ГАЗОВЫЙ СЧЕТЧИК
GAS COUNTER

Изобретение касается газового счетчика, содержащего корпус счетчика с впускным отверстием для газа, снабженным соответствующим присоединительным штуцером для подводящего газопровода, и выпускным отверстием для газа, снабженным соответствующим присоединительным штуцером для отводящего газопровода.
Для измерения расхода горючих газов в большинстве домашних хозяйств используются мембранные (сильфонные) газовые счетчики. Такой мембранный газовый счетчик имеет относительно большой по объему корпус счетчика, в котором расположен механический измерительный элемент, который работает по гидрообъемному принципу и может измерять объем газа в рабочем режиме. Механический измерительный элемент содержит одну или несколько мембран, которые образуют отделенные друг от друга измерительные камеры. Измерительные камеры периодически заполняются и опустошаются. Такое движение мембраны через механическую связь приводит в движение два клапана, которые управляют потоком газа. Таким образом, поток газа направляется через сильфон то в одну, то в другую сторону. Через механическую связь, кроме того, приводится в действие счетный механизм, который показывает расход газа.
Установленные почти повсеместно мембранные газовые счетчики в зависимости от производителя, а также от области применения зачастую имеют специфическое расстояние между присоединительными штуцерами, а также специфическую форму резьбы. Обычно это направленные вверх присоединительные штуцеры или резьбовые соединения в двухтрубном выполнении, то есть с находящимися на расстоянии друг от друга впускным и выпускным присоединительными штуцерами, или в однотрубном выполнении, при котором предусмотрены два концентрических присоединительных штуцера: один для впуска газа и один для выпуска газа.
Используемые в известных мембранных газовых счетчиках измерительные элементы работают, как указано выше, механически, откуда следует известная неточность измерений. В случае дефекта обычно требуется замена механического измерительного элемента целиком, что является трудоемким и затратным, да и затраты на производство таких мембранных газовых счетчиков и так являются значительными.
Наряду с этим известны сенсорные газовые счетчики, в которых электронным измерительным элементом, содержащим соответствующий сенсор, определяется количество газа. Использование таких сенсорных газовых счетчиков все же зачастую невозможно в связи с тем, что их корпуса несовместимы с имеющейся в здании трубной разводкой, т.е. с подводящими и отводящими газопроводами в отношении расстояния между присоединительными штуцерами или их формы, соответственно, их резьбы, и требует подключения через адаптер или трудоемкой подгонки к трубной разводке сети. Количество резьбовых соединений в газовой разводке следует минимизировать из соображений безопасности, трудоемкие работы по переустройству неприемлемы по причинам затрат.
В основе изобретения лежит задача предоставить газовый счетчик, который, с одной стороны, обеспечит предельно точное измерение и, с другой стороны, может быть подключен без доработок существующей в здании геометрии мест подключения на стороне сети.
Для решения этой проблемы в газовом счетчике упомянутого вначале типа согласно изобретению предусмотрено, что корпус счетчика представляет собой корпус мембранного газового счетчика, в котором на выпускном отверстии для газа расположен измерительный элемент, содержащий корпус со встроенным микротермическим расходомерным сенсором, корпус которого герметично соединен с присоединительным штуцером со стороны выпускного отверстия для газа или с корпусом счетчика в зоне выпускного отверстия для газа.
Согласно изобретению газовый счетчик по своему принципу измерения является сенсорным счетчиком, включающим в себя измерительное устройство с корпусом измерительного устройства и встроенным в него микротермическим расходомерным сенсором. Газовый счетчик, однако, не включает в себя корпус счетчика, специального или рассчитанного на свойства сенсорного счетчика, однако имеет обычный корпус мембранного счетчика, в который встроено сенсорное измерительное устройство. Это означает, что чрезвычайно точно измеряющее сенсорное измерительное устройство встраивается в существующий мембранный газовый счетчик и используется там вместо используемого до сегодняшнего дня механического мембранного измерительного элемента. Это создает газовый счетчик, который, с одной стороны, может весьма точно измерять, при этом - в сравнении с механическими мембранными измерительными элементами - сенсорные измерительные устройства могут определять и другие измеряемые величины, а не только чистый поток, например состав газа, соответственно, возможные загрязнения и так далее. Кроме того, не возникает никаких проблем с установкой ввиду того, что в качестве корпуса счетчика используется проверенная форма корпуса, а именно корпус мембранного газового счетчика. Касательно такого корпуса счетчика, как уже описано, обычные места подключения в здании рассчитаны так, что не возникает никаких проблем с адаптацией или переустройством. Кроме того, таким же способом возможно очень простое дооснащение уже установленного мембранного газового счетчика с механическими измерительными элементами. Для этого требуется лишь заменить механический измерительный элемент на сенсорное измерительное устройство. Сенсорное измерительное устройство для этого рассчитано соответствующим образом, так как оно имеет корпус, в котором расположен микротермический расходомерный сенсор, корпус которого может быть герметично соединен, например, посредством простого резьбового соединения или с помощью соответствующего клея с присоединительным штуцером со стороны выпуска газа, который, например, определенной частью выступает внутрь счетчика. Альтернативой установке на присоединительный штуцер существует также принципиальная возможность расположить корпус непосредственно на корпусе счетчика, в известной степени перекрывая выход для газа.
Заявленный счетчик, будь то новый счетчик или счетчик, образованный путем переоборудования - позволяет производить очень точные измерения, при одновременно простом монтаже, или, соответственно, избегая проблем инсталляции.
Для простого соединения корпуса измерительного устройства с присоединительным штуцером или стенкой корпуса счетчика, на корпусе измерительного устройства имеется предпочтительно цилиндрическая стыковочная часть, которой оно соединено с так же цилиндрическим соединительным участком присоединительного штуцера, выступающим внутрь корпуса счетчика. Это может быть достигнуто, например, как описано, свинчиванием, причем часто присоединительный штуцер имеет внешнюю резьбу, на которую навинчен корпус измерительного устройства с внутренней резьбой на цилиндрическом соединительном участке, и там может быть герметично зафиксирован соответствующими уплотнениями.
Альтернативой закреплению на штуцере можно, как описано, также закрепить корпус цилиндрическим соединительным участком непосредственно на стенке корпуса, например, с помощью соответствующего сварного соединения, пайки или т.п. Также, конечно, возможно применение соответствующих вспомогательных монтажных инструментов для крепления корпуса измерительного устройства, в частности на присоединительный штуцер, прежде всего если он не будет проникать внутрь корпуса.
Устройство измерения включает в себя предусмотренный в корпусе редуктор давления, а также обходящий его байпас, в котором расположен расходомерный сенсор. Таким образом, применяется байпасная конструкция, при которой байпас проводят в обход редуктора давления, создающего потери давления. Редуктор давления расположен в сечении корпуса и имеет большое количество параллельно расположенных сквозных отверстий. Через байпас проходит лишь малая часть всего потока газа, обычно около 1%. Газ протекает через расходомерный сенсор, который в зависимости от скорости потока вырабатывает соответствующий сигнал и передает, например, на уже предусмотренное на корпусе устройство индикации по кабелю или радиосвязи. Сам сенсор является микротермическим расходомерным сенсором, например, созданным по технологии CMOS, который работает по принципу термической анемометрии.
Сам байпас при креплении корпуса к присоединительному штуцеру выходит в зону соединительного участка со стороны присоединительного штуцера, где предусмотрен соответствующий сквозной проход, через который поступающий из байпаса газ протекает к выпуску для газа. Сам сенсор расположен предпочтительно вблизи заднего конца байпасного участка, то есть на выходе байпаса, таким образом, перед сенсором включен впускной участок достаточной длины, соответственно, участок, на котором происходит успокоение потока. Естественно, байпас может также впадать и перед соединительным участком со стороны штуцера, так что его не нужно снабжать сквозным проходом. То же относится и к случаю, когда используется специальное монтажное приспособление, чтобы зафиксировать измерительное устройство или его корпус, будь то в зоне присоединительного штуцера или на самой стенке корпуса.
Измерительное устройство само обменивается данными с устройством индикации на корпусе, например, по кабелю передачи данных или радиосигналом, если устройство измерения имеет надлежащий передающий модуль, а устройство индикации имеет принимающий модуль. Обычные корпуса мембранных газовых счетчиков изначально имеют устройство отображения. Если при этом речь идет об электронном устройстве отображения, то можно устанавливать прямо на него, т.е. сигнал измерения от сенсора передается на устройство управления со стороны устройства отображения, которое его обрабатывает и передает на дисплей. Если в существующем корпусе мембранного газового счетчика предусмотрено механическое роликовое устройство отображения, то или оно заменяется, или перед ним включается соответствующий моторный привод, который в свою очередь управляется в зависимости от сигнала сенсора.
За счет величины корпуса мембранного газового счетчика, вытекающей из имевшейся до сих пор необходимости встраивать относительно большое по объему механическое измерительное устройство, существует возможность согласно изобретению корпус счетчика разделить на верхнюю и нижнюю части корпуса, которые герметично отделены друг от друга. В верхней части корпуса предусмотрены впускное и выпускное отверстия для газа и устройство измерения. В нижней герметично отделенной части в усовершенствованном варианте изобретения может быть размещено приемо-передающее устройство, служащее для беспроводного приема и беспроводной передачи данных, в частности результатов измерений. Данное приемо-передающее устройство может передавать беспроводным способом имеющиеся результаты измерений на внешнюю принимающую станцию, поэтому нет необходимости снимать показания на месте. В отношении передаваемых данных в конечном счете вряд ли установлены границы. Собственные, другими словами, снятые с собственного сенсорного измерительного устройства данные о расходе могут быть переданы на это приемо-передающее устройство и перенесены с него, и это приемо-передающее устройство также централизованно примет результаты измерений с других установленных в этом же здании счетных устройств, таких, например, как водяной, электрический или тепловой счетчик, и переправит дальше на стороннюю регистрирующую станцию. Другими словами, заявленный газовый счетчик служит, так сказать, «вычислительным центром» системы учета, имеющейся в этом здании и включающей в себя несколько отдельных счетчиков. Для того чтобы простым способом передавать результаты измерений, корпус в зоне нижней части целесообразно изготовить из пластика, тогда как верхняя часть состоит из металла, перегородка так же изготовлена из металла, с тем, чтобы обеспечить температурную стойкость в зоне, где протекает газ, а с другой стороны, обеспечить высокую интенсивность излучения нижней части.
Наконец, в усовершенствованном варианте изобретения может быть предусмотрен переключаемый предпочтительно с помощью радиосигнала переключающий клапан, с помощью которого может быть перекрыта подача газа к газовому счетчику или от него. Подобный переключающий клапан позволяет при необходимости перекрыть поток газа, например в том случае, если прежний потребитель газа не должен больше обслуживаться поставщиком. В частности, если переключающий клапан может быть переключен с помощью радиосигнала, для чего ему придан, например, собственный приемник, для чего, однако, также может быть использовано предусмотренное в нижней составной части корпуса приемо-передающее устройство, то управление переключающим клапаном возможно извне. Однако также допустимо, если переключение с помощью радиосигнала невозможно, то оператор на месте приводит в действие переключающий клапан, например, после того, как он ввел код авторизации на дисплее ввода данных на устройстве отображения, после чего он может дать сигнал на перекрытие. Переключающий клапан может быть предусмотрен на корпусе измерительного устройства, так что измерительное устройство может быть полностью предварительно сформированным модулем, включающим в себя корпус, редуктор давления, сенсор вместе с возможным разъемом или средством радиосвязи, равно как и переключающий клапан может производиться вместе с разъемом или средством радиосвязи.
Наряду с этим, изобретение касается измерительного устройства для газового счетчика описанного типа, которое содержит предпочтительно цилиндрический корпус, в котором предусмотрен редуктор давления, а также обходящий его байпас, в котором расположен микротермический расходомерный сенсор, и на этом корпусе предусмотрен разъем или средство связи для подключения или обмена данными с внешними устройствами индикации или устройствами передачи данных. Устройство измерения, таким образом, является полностью скомпонованным конструктивным элементом, который в таком виде может быть вставлен в существующий корпус газового счетчика. Чтобы проложить кабельное соединение между измерительным устройством или сенсором и устройством отображения или устройством для передачи данных, на корпусе предусмотрены соответствующие разъемы, к которым может быть подключен такой кабель. Для беспроводной связи с устройством отображения или устройством передачи данных измерительное устройство сконструировано так, что в качестве средства связи предусмотрен соответствующий передатчик, в случае необходимости комбинированное устройство передачи и приема сигнала, если должны передаваться дискретные данные.
Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения явствуют из последующих описанных примеров осуществления, а также с помощью чертежей. При этом показаны:
Фиг.1 - принципиальная схема заявленного газового счетчика, частично в разрезе,
Фиг.2 - поперечный разрез газового счетчика по фиг.1, и
Фиг.3 - поперечный разрез соответствующего фиг.2 газового счетчика во втором варианте осуществления.
Фиг.1 показывает заявленный счетчик, содержащий корпус 2 мембранного газового счетчика, при котором речь идет либо о новом корпусе, если газовый счетчик (1) является новым прибором, либо при этом речь идет об уже установленном на месте или о подлежащем восстановлению старом корпусе, если должен быть переоборудован изначально эксплуатируемый, оригинальный мембранный газовый счетчик. Корпус 2 мембранного газового счетчика состоит из верхней части 3 корпуса нижней части 4 корпуса, которые при необходимости могут быть разделены (заштриховано, см. фиг.2) перегородкой 5. Обе части 3, 4 так же, как и возможная перегородка 5 в показанном примере осуществления, состоят из металла, точнее из листового металла.
На передней стороне верхней части находится устройство 6 отображения, например дисплей 7 индикации, на котором могут быть отображены измеряемые величины расхода.
Точно так же на верхней части 3 находится присоединительный штуцер 8, к которому подключается подводящий газопровод, это означает, что там находится впускное отверстие 9 для газа. На расстоянии от него на другой стороне части корпуса находится второй присоединительный штуцер 10, к которому подключается отводящий газопровод, это означает, что там находится выпускное отверстие 11 для газа. Впуск газа и выпуск газа обозначены стрелками.
Перед выпускным отверстием 11 для газа подключено измерительное устройство 12, в данном случае речь идет о сенсорном измерительном устройстве. Измерительное устройство 12 имеет, например, цилиндрический корпус 13 из металла, который имеет сквозное отверстие 14, которое обеспечивает прохождение газа. Внутри корпуса 13, перекрывая сечение, находится редуктор 15 давления, который имеет большое число параллельных проходных отверстий 16.
В стенке корпуса 13, кроме того, выполнен байпас 17, который обходит редуктор 15 давления. Другими словами, впускное отверстие 18 байпаса выходит в сквозное отверстие 14 под редуктором 15 давления, а выпускное отверстие 19 байпаса выходит в него над редуктором 15 давления.
В байпасе 17 или на байпасе 17 расположен микротермический расходомерный сенсор 20 таким образом, что протекающий через байпас газ проходит мимо расходомерного сенсора 20. Он измеряет протекающее мимо количество газа в зависимости от скорости потока, из чего выводится общий расход газа.
В случае микротермического расходомерного сенсора речь идет о сенсоре CMOS-технологии, который работает по принципу нагревательной нити, другими словами, он работает по принципу термической анемометрии. Сенсор нагревается нагревательной нитью электрически, для чего используется подходящий источник энергии, например батарея или аналогичный источник, который здесь не показан. В зависимости от температуры меняется электрическое сопротивление сенсора. Путем обтекания газом сенсора происходит передача тепла протекающему газу. Эта передача тепла коррелируется со скоростью потока. Путем измерения электрического сопротивления, и, следовательно, скорости потока, в привязке к известному объему или поперечному сечению байпаса может быть вычислен общий поток газа.
Расходомерный сенсор 20 сообщается с устройством 6 отображения, которое, например, как показано на фиг. 2, устройство 21 управления, включающее в себя, например, подходящий процессор. Этот процессор оценивает измерительный сигнал расходомерного сенсора 20 и рассчитывает накопленный расход, соответствующий фактическому потоку, который затем будет выведен на дисплей 7. Связь между расходомерным сенсором 20 и устройством 21 управления осуществляется в данном примере посредством кабельной связи 22. Однако также возможна беспроводная связь, другими словами, имеются передатчик на расходомерном сенсоре 20, а на устройстве 21 управления - приемник (или предусмотренный для него приемник), которые обмениваются данными измерения.
Корпус 13, или измерительное устройство 12 в целом, установлены герметично на выпускном отверстии 11 для газа так, что гарантируется, что газ может протекать к выпускному отверстию 11 для газа исключительно через измерительное устройство 12. Для этого возможны различные варианты крепления. В случае если присоединительный штуцер 10, всей цилиндрической присоединительной частью, имеющей, например, внешнюю резьбу, вставлен внутрь верхней части 3, существует возможность навинтить корпус 13 имеющейся на его верхней соединительной части внутренней резьбой на соединительный участок присоединительного штуцера. Выпускное отверстие 19 байпаса входит в штуцер через специальный сквозной проход в соединительном участке штуцера. Альтернативой этому также может быть герметичное крепление специальным монтажным приспособлением (т.е. разработанным соответствующим крепежным элементом) корпуса 13 либо к штуцеру 10, либо к верхней стенке части 3. Это соединение при необходимости может быть заварено или запаяно. Независимо от того, как именно осуществляется фиксация измерительного устройства 12, в любом случае его нужно позиционировать герметично относительно выходного отверстия 11 для газа. Такая конструкция, как описано, может быть осуществлена одинаковым способом как в случае нового корпуса, так и старого.
Хотя на фиг.1 и фиг.2 и не показано, но существует также возможность предусмотреть управляемый радиосигналом переключающий клапан, с помощью которого может быть перекрыт поток газа. Этот запорный клапан может быть встроен в корпус 13 измерительного устройства 12, он может быть включен до или после редуктора давления 15. Таким образом, при необходимости подача газа может быть полностью перекрыта.
Фиг.3 показывает другой вариант осуществления заявленного счетчика 1, который по конструкции в известной степени соответствует счетчику из фиг.1 и 2. Однако при данном выполнении нижняя часть 4 изготовлена из пластика и изолирована металлической перегородкой 5 от верхней части 3. Другими словами, получаются две изолированные друг от друга полости 23, 24. В нижней составной части 4 расположено устройство 25 передачи и приема сигнала. При этом речь может идти о LAN-GPRS-приемнике, который для приема данных счетчика работает в ультракоротком диапазоне (ISM-диапазоне), для сохранения показаний счетчика и дальнейшей передачи этих данных использует GSM, GPRS или LAN. С помощью данного устройства 25 передачи и приема сигнала, например, принятый с собственного расходомерного сенсора 20 измерительный сигнал, соответственно обработанные устройством 21 управления результаты измерения могут быть переданы на стороннюю регистрирующую или приемную станцию по радиосвязи, для чего устройство 21 управления связано с устройством 25 передачи и приема сигнала кабельной связью 26. Однако также возможна и радиосвязь.
Устройство 25 передачи и приема сигнала служит также для того, чтобы собирать данные измерений с установленных в здании водяных, электрических, тепловых счетчиков беспроводным способом и при необходимости передавать с помощью радиосигнала на стороннюю регистрирующую станцию. Сторонние счетчики обладают собственными блоками передачи данных, которые передают результаты измерений на устройство 25 передачи и приема сигнала. Это служит, так сказать, «вычислительным центром» здания, который собирает текущие результаты измерений в здании и передает беспроводным способом на регистрирующую станцию (при разных поставщиках ресурсов - также на разные регистрирующие станции). Разумеется, предусмотрена кабельная проводка для подачи электропитания и LAN-подключения для устройства 25 передачи и приема сигнала в нижней составной части 4, хотя здесь это не показано.
Осуществление нижней части 4 из пластика делает возможной высокую мощность передачи данных, для того чтобы можно было передавать данные на большие расстояния. Простое встраивание устройства 25 передачи и приема сигнала в нижнюю часть 4 не подразумевает каких-либо дополнительных работ при установке на месте, более того, устройство 25 передачи и приема сигнала может быть встроено простым способом. Также простой является самостоятельная замена на месте нижней, металлической составной части на составную часть корпуса из пластика, чтобы встроить устройство 25 передачи и приема сигнала.