ПРИБОР УЧЕТА РАСХОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА ДИАФРАГМЕННОГО ТИПА С ВЫЧИСЛИТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ МАГНИТНЫХ ДАТЧИКОВ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам учета потребления природного газа диафрагменного типа, и может быть использовано для изготовления диафрагменных приборов учета с электронным отсчетным устройством.
В технике и литературе существует значительное число аналогов, использующих для передачи вращающего момента магнитную муфту [880106Х 17.01.1957 US; ROCKWELL MFG СО]. Схожий принцип использован в жидкостных расходомерах с датчиком магнитного поля [09/564,181 04.05.2000 US; SCHLUMBERGER RESOURCE MANAGEMENT SERVICES, INC.; MURRAY, Kent; (US). BIANCHI, Timothy; (US). HAMILTON, David; (US). BRENNAN, William, J., Jr.; (US). LOVETT, Jerry, W.; (US). CASTLEBERRY, Walter; (US)], [WO/2012/101479; ISICOVICH, Shlomo, BEN-ENOSH, Erez, M.T.R. WIRELESS COMMUNICATIONS LTD.; ISICOVICH, Shlomo; BEN-ENOSH, Erez)], [RU 2131115 C1; Белобрагин B.H., Лошневский Г.М., Макаровец H.A., Ростовцев В.И., Проскурин Н.М., Ройзен М.И., Сивцов С.В., Чуков П.Н.; Государственное научно-производственное предприятие "Сплав"] и жидкостном расходомере с герметичным магнитным контактом [199,433 27.05.1988 US; MCCORMICK, DENNIS QUARVE, VERNON KIMBER, ROBERT A.].
В качестве прототипа полезной модели служит прибор учета диафрагменного типа с вращающимися магнитами [08104321 09.06.2008 EP, GEORGE WILSON IND LTD, Wurtzler David], содержащий четыре постоянных магнита, установленных во внутреннюю полумуфту (в прототипе - монтажный барабан), соединенную с приводным валом мембранного механизма. Датчик Холла установлен рядом со стенкой гильзы во внутренней полумуфте (в прототипе - датчике барабана) таким образом, устройство содержит внешнюю полумуфту с постоянными магнитами и внутреннюю полумуфту с датчиком Холла, расположенные с внешней и внутренней сторон гильзы соответственно.
В известных и используемых электронных приборах учета расхода природного газа диафрагменного типа магнитная муфта состоит из внутренней и внешней полумуфт, при этом вращательный момент передается посредством магнитного сцепления постоянных магнитов: кольцевого во внешней полумуфте и цилиндрического во внутренней. В представленных на рынке приборах учета с электронным вычислителем для регистрации вращения внутренней полумуфты используется оптический эффект, сущность которого заключается в определении положения оптической мишени (на просвет), которая жестко закреплена на оси внутренней полумуфты. Так как используемый оптический эффект предполагает наличие источника излучения и фотоприемника, данный метод требует затрат энергии источника питания для излучения светового потока, а также затрат энергии источника питания для усиления выходного сигнала фотоприемника. Так среднее значение потребляемого тока для диафрагменного прибора учета класса G6 с оптическим чувствительным элементом на основе трех оптических пар излучатель-приемник в импульсном режиме работы составляет 25 мкА (при скважности 0,0021% и токе каждой из пар 4 мА). При таком значении энергопотребления для обеспечения полного срока службы прибора учета (10 лет) без замены источника питания потребуется элемент питания емкостью 2,2 А*ч, без учета энергозатрат на отображение информации на дисплее и работу процессора вычислителя. При этом емкость устанавливаемых элементов питания в приборы учета расхода природного газа составляет от 1,2 А*ч до 3,2 А*ч. С учетом энергозатрат на индикацию (10 мкА) и на вычисления процессора (20 мкА) требуемая емкость элемента питания возрастает до 4,8 А*ч, что приводит к необходимости замены элемента питания в пределах срока службы и влечет увеличение затрат снабжающей компании на обеспечение данной процедуры.
Полезная модель предназначена для решения задачи увеличения срока службы вычислителя без замены элемента питания. Внедрение данной модели при производстве позволит сократить энергопотребление вычислителя до среднего значения 400 нА, при этом для обеспечения непрерывной работы прибора учета в течение срока службы без замены элемента питания будет достаточно батареи емкостью 2,8 А*ч.
Принцип действия полезной модели заключается в замене чувствительного элемента на основе оптического эффекта чувствительным элементом на эффекте Холла. При этом внутренняя полумуфта с оптической мишенью из конструкции исключаются. Чувствительным элементом регистрируется наличие или отсутствие магнитного поля, вызванного вращением магнита (магнитов) внешней полумуфты.
Устройство магнитной муфты содержит внешнюю полумуфту 13 (фиг. 3), состоящую из втулки 10 (фиг. 2), постоянных магнитов 8 и оправки 12. Внешняя полумуфта устанавливается на гильзу 17 (фиг. 3) с внутренней стороны стенки 16 корпуса прибора учета. С внешней стороны стенки корпуса в гильзу вставляется внутренняя полумуфта, смонтированная на плате вычислителя 14 с датчиками Холла 15. Угловое расстояние между магнитами внешней полумуфты кратно 90°. Угловое расстояние между осями чувствительности датчиков Холла внутренней полумуфты кратно 45°, со смещением 45° таким образом, что ни в одном из положений внешней полумуфты муфты в магнитном поле ее магнитов не может находиться более одного датчика Холла.
Рассмотрим устройство и работу заявленной полезной модели. На фигуре 1 представлена предлагаемая конструкция магнитной муфты.
Магнитная муфта с чувствительным элементом на эффекте Холла состоит из внутренней полумуфты 3 с чувствительным элементом (элементами) - датчиком (датчиками) Холла 4 и внешней полумуфты 1 с постоянными магнитами 5, разделенными металлической гильзой 2 корпуса прибора учета. Расположение датчиков Холла зависит от конструкции прибора учета и может быть любым, при выполнении следующих условий:
1) ось чувствительности датчиков перпендикулярна оси вращения внешней полумуфты;
2) датчик должен быть максимально удален от оси вращения магнитной полумуфты;
3) датчик должен находиться в магнитном поле постоянного магнита, проходящего над ним при вращении внешней полумуфты;
4) угловые расстояния между магнитами и датчиками должны отличаться не менее чем на 45°.
Количество датчиков Холла и магнитов зависит от требований по разрешающей способности прибора учета. При использовании одного магнита и одного датчика Холла один импульс соответствует циклическому объему прибора учета. При использовании двух и более датчиков Холла счетный механизм способен регистрировать наличие внешнего магнитного поля, так как в штатных режимах работы ситуация, при которой оба датчика Холла находятся в поле магнитов, невозможна.
На фиг. 2 представлена конструкция внешней магнитной полумуфты.
Муфта состоит из втулки 10 с пазами под магниты 11 и защелки 9, оправки 12 и неодимовых магнитов 8 (от одного до четырех). При защелкивании защелок 7 оправки магниты фиксируются в пазах втулки, флажок 6 на оправке служит для зацепления с мембранным механизмом.
Для повышения надежности чувствительного элемента разработан чувствительный элемент на базе магнитной муфты с двумя датчиками Холла, расположенными под углом 135°. Такое взаимное расположение позволяет отслеживать направление вращения внутренней полумуфты, а также отслеживать наличие внешнего постоянного магнитного поля, так как в нормальных условиях все датчики не могут одновременно находиться в поле магнитов муфты.