СЧЕТЧИК ГАЗА - РАСХОДОМЕР Российский патент 2004 года по МПК G01F1/08 G01F15/00 

Изобретение относится к средствам измерения объемного расхода, а именно счетчикам, предназначенным для измерения объема и расхода газа, протекающего по трубопроводам и поступающего потребителю под давлением до 1 кПа, и может быть использовано в счетчиках газа - расходомерах для осуществления расчетов через магнитные средства регистрации (смарт-карты) и для отсечки поступления газа при возникновении аварийных ситуаций (утечка газа, вибрации, высокотемпературные воздействия).

Как известно, в настоящее время проводятся работы по совершенствованию средств измерения энергоносителей, которые широко применяются как в промышленности, так и для учета потребления в быту. Некоторыми из направлений совершенствования счетчиков являются повышение точности измерений, надежности и долговечности, снижение габаритов, уменьшение стоимости, безопасность пользования газом.

Известна конструкция счетчика газа-расходомера по патенту РФ № 2123666, G 01 F 1/06, 1/12, опубл. 20.12.98 г., содержащая корпус с входными и выходными отверстиями и полостями, чувствительный элемент, размещенный на газодинамических опорах (чувствительный элемент вращается в газовом подвесе), автономное электропитание и электронное устройство.

Такая конструкция счетчика газа-расходомера позволяет осуществлять учет количества прошедшего газа, сохранение его итогового значения в электронной памяти, малую погрешность в диапазоне измерений за счет отсутствия сухого трения и обеспечить небольшие габариты.

Однако входящая в конструкцию система съема сигнала может давать сбои в работе при воздействии электромагнитных полей и вибрации, на поверхностях пластмассовых деталей происходит накапливание статического электричества, в самой конструкции счетчика отсутствует устройство анализа состояния расчетов за газ и устройство прекращения-возобновления прохождения газа через счетчик, кроме того, система съема сигнала имеет высокую стоимость.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось создание малогабаритного счетчика с высокой чувствительностью и малой погрешностью в диапазоне измерений.

Общими признаками с предлагаемым авторами счетчиком газа - расходомером являются наличие корпуса с входными и выходными полостями, чувствительного элемента, размещенного на газодинамических опорах, автономного электропитания и электронного устройства, осуществляющего учет количества прошедшего газа и сохранение в электронной памяти его итогового значения.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является газовый счетчик модульного типа (патент Великобритании № 2307751A от 04.06.97 г., заявка № 9524684.9 от 02.12.95 г.), принятый авторами за прототип, содержащий корпус, систему измерения расхода газа, электромагнитный клапан для перекрытия поступления газа, систему управления электромагнитным клапаном, источник электропитания, электронную систему анализа взаиморасчетов между потребителем и поставщиком газа, счетчик дополнительно может быть снабжен сейсмо- и температурными датчиками для отключения поступления газа при аварийных ситуациях.

Такая конструкция счетчика газа позволяет осуществлять учет количества прошедшего газа, сравнивать его с предварительно оплаченным количеством газа, занесенным в смарт-карту, и отключать подачу газа при неуплате.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного бытового счетчика газа, принятого за прототип, относится то, что он (из-за недостатков, присущих диафрагменным счетчикам камерного типа) имеет большую погрешность измерения, особенно на малых расходах, связанную с наличием сухого трения в редукторном механизме и барабанном индикаторе, низкую надежность и долговечность, наличие дополнительного модульного блока приводит к увеличению габаритов и массы, а размещение электромагнитного клапана в полости счетчика ухудшает одну из основных его характеристик -перепад давления на счетчике.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось создание счетчика, регламентирующего коммерческие взаимоотношения между поставщиком и потребителем газа, без предъявления к нему повышенных требований по погрешности измерения, габаритам, массе, надежности и долговечности.

Общими признаками с предлагаемым авторами счетчиком являются наличие корпуса, входной и выходной полостей, чувствительного элемента, электронного устройства, сумматора количества прошедшего газа, электромагнитного клапана, системы управления электромагнитным клапаном и источника электропитания.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами счетчике вместо камерного использован тахометрический принцип, электромагнитный клапан смонтирован во входной полости, причем радиус перекрывающего элемента электромагнитного клапана и его ход определяют из соотношений r≥R и h≥R/2, где r - радиус перекрывающего элемента, h - ход перекрывающего элемента, R - радиус входного отверстия входной полости, а система съема сигнала с чувствительного элемента снабжена опто-парой, причем на чувствительном элементе выполнен паз, размеры которого определяют из соотношения А=3В, где А - высота, В - ширина паза, кроме того, на чувствительный элемент и опору нанесено электропроводное покрытие.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью признаков заявляемого технического решения и достигнутым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции малогабаритного газового счетчика с малой погрешностью измерения, повышенными чувствительностью, безопасностью при аварийных ситуациях, помехозащищенностью, не подверженного воздействию статического электричества, а также повышение надежности и долговечности его работы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном счетчике газа - расходомере, содержащем корпус, входную и выходную полости, чувствительный элемент, размещенный на газодинамических опорах с возможностью вращения вокруг своей оси, электронное устройство, сумматор количества прошедшего газа, электромагнитный клапан, систему управления электромагнитным клапаном и источник электропитания, особенность заключается в том, что электромагнитный клапан смонтирован во входной полости, причем радиус перекрывающего элемента электромагнитного клапана и его ход определяют из соотношений r≥R и h≥R/2, где r - радиус перекрывающего элемента, h - ход перекрывающего элемента, R - радиус входного отверстия входной полости, а система съема сигнала с чувствительного элемента снабжена опто-парой, причем на чувствительном элементе выполнен паз, размеры которого определяют из соотношения А=3В, где А - высота, В - ширина паза, кроме того, на чувствительный элемент и опору нанесено электропроводное покрытие.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- электромагнитного клапана, смонтированного во входной полости и имеющего радиус перекрывающего элемента электромагнитного клапана и его ход, определяемые из соотношений r≥R и h≥R/2, уменьшить его габариты и повысить безопасность при аварийных ситуациях;

- снабжения системы съема сигнала с чувствительного элемента опто-парой с размерами оптического паза на чувствительном элементе, определяемыми из соотношения ширины паза и его высоты как один к трем, повысить чувствительность счетчика, снизить погрешность измерений, улучшить помехозащищенность счетчика;

- нанесения электропроводного покрытия на чувствительный элемент и опору улучшить его чувствительность, надежность и долговечность в работе, исключив возможность накапливания зарядов статического электричества.

Сущность изобретения заключается в том, что электромагнитный клапан смонтирован во входной полости, причем радиус перекрывающего элемента электромагнитного клапана и его ход определяют из соотношений r≥R и h≥R/2, r - радиус перекрывающего элемента, h - ход перекрывающего элемента, R - радиус входного отверстия входной полости, а система съема сигнала с чувствительного элемента снабжена опто-парой, причем на чувствительном элементе выполнен паз, размеры которого определяют из соотношения А=3В, где А - высота, В - ширина паза, а на чувствительный элемент и опору нанесено электропроводное покрытие.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид счетчика газа, на фиг.2 - система съема сигнала с чувствительного элемента, на фиг.3 - блок-схема счетчика газа-расходомера.

Предлагаемый счетчик газа-расходомер содержит корпус 1, входную 2 и выходную 3 полости, чувствительный элемент 4, газодинамические опоры 5, систему съема сигнала 6 с чувствительного элемента 4, выполненную на нечувствительной к воздействию электромагнитных полей и вибраций опто-паре (фиг.2), включающей источник света 11, паз 12 для прохождения светового луча и фотоприемник 13, электронное устройство 7, источник питания 8, магнитный регистратор (смарт-карта) 9, электромагнитный клапан 10, сумматор количества прошедшего газа 15 систему 16 управления электромагнитным клапаном (фиг.3). На чувствительный элемент 4 и опору 14 нанесено электропроводное покрытие.

Вышеописанное устройство работает следующим образом.

Газ из сети подается во входную полость 2, затем через открытый электромагнитный клапан 10 на чувствительный элемент 4, размещенный в газодинамических опорах 5, приводит его во вращение, при котором система съема сигнала 6 выдает счетные импульсы на сумматор количества прошедшего газа 15, паз 12 на валу чувствительного элемента 4 открывает или перекрывает путь для прохождения светового луча системы съема сигнала 6 с чувствительного элемента 4 до фотоприемника 13, сигнал с которого поступает на сумматор количества прошедшего газа. Электронное устройство 7 сравнивает количество потребленного газа с предварительно оплаченным по смарт-карте 9 (фиг.3). Если предварительно оплаченное количество превышает израсходованное, команды из электронного устройства 7 не вырабатываются, и газ через выходную полость 3 поступает к потребителю. При израсходовании предварительно оплаченного газа логический элемент вырабатывает команду на закрытие клапана 10. Проход газа потребителю прекращается. При дополнительной оплате логический элемент вырабатывает команду на открытие клапана 10, поступление газа потребителю возобновляется. При поступлении сигнала от датчиков аварийных ситуаций на блок обработки сигналов внешних датчиков 17 последний дает команду в систему 16 управления электромагнитным клапаном.

Выполнение счетчика газа-расходомера в соответствии с изобретением обеспечивает создание конструкции малогабаритного счетчика газа-расходомера с малой погрешностью в диапазоне измерений, повышенными чувствительностью и защитой от несанкционированных воздействий на показания счетчика, повышенной безопасностью, в том числе и при аварийных ситуациях, и более надежным и долговечным по сравнению с прототипом.

Габаритно-массовые характеристики такого счетчика газа-расходомера уменьшаются по сравнению с прототипом в 2-3 раза, а точность измерений повышается в 1,5-2,0 раза во всем диапазоне.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями счетчиков газа-расходомеров, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, проведены государственные испытания, счетчик сертифицирован, идет серийное производство.

Изобретение предназначено для измерения объема и расхода газа, поступающего потребителю под давлением до 1 кПа, и может быть использовано для осуществления расчетов через магнитные смарт-карты и для отсечки поступления газа при аварийных ситуациях. Счетчик содержит чувствительный элемент (ЧЭ), размещенный в корпусе на газодинамических опорах с возможностью вращения вокруг своей оси, электронное устройство, сумматор количества прошедшего газа, электромагнитный клапан, смонтированный во входной полости корпуса, и систему управления клапаном. Система съема сигнала с ЧЭ содержит опто-пару. Для прохождения светового луча на валу ЧЭ выполнен паз заданных размеров. На ЧЭ и опору нанесено электропроводное покрытие для предотвращения накапливания электростатических зарядов. Счетчик-расходомер малогабаритный и надежный, имеет низкую погрешность измерения, повышенные чувствительность и защиту от несанкционированных воздействий на его показания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Счетчик газа-расходомер, содержащий корпус, входную и выходную полости, чувствительный элемент, размещенный на газодинамических опорах с возможностью вращения вокруг своей оси, электронное устройство, сумматор количества прошедшего газа, электромагнитный клапан, систему управления электромагнитным клапаном и источник электропитания, отличающийся тем, что электромагнитный клапан смонтирован во входной полости, причем радиус перекрывающего элемента электромагнитного клапана и его ход определяют из соотношений r≥R и h≥R/2, где r - радиус перекрывающего элемента, h - ход перекрывающего элемента, R - радиус входного отверстия входной полости, а система съема сигнала с чувствительного элемента снабжена оптопарой, причем на чувствительном элементе выполнен паз, размеры которого определяют из соотношения А=3В, где А - высота, В - ширина паза.2. Счетчик газа-расходомер по п.1, отличающийся тем, что на чувствительный элемент и опору нанесено электропроводное покрытие.