УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР-СЧЕТЧИК ГАЗА Российский патент 2008 года по МПК G01F1/66 G01F15/04 

Изобретение относится к технике измерения расхода газа, в частности к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа с приведением результатов измерения к стандартным условиям по температуре и давлению газа, и предназначено для применения в жилищно-коммунальном хозяйстве и в отраслях газовой промышленности.

Известен ультразвуковой расходомер-счетчик для измерения объемного расхода газа, приведенного по давлению и температуре к стандартным условиям, содержащий мерный участок трубопровода с датчиком давления и с двумя встроенными ультразвуковыми преобразователями, связанными, соответственно, с первыми входом и выходом и со вторыми входом и выходом аналогового коммутатора, третий вход которого через таймер подключен к выходу опорного генератора, четвертый вход через формирователь зондирующих импульсов соединен со вторым выходом таймера, а выход аналогового коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер, счетчик импульсов и схему вычитания подключен к первому входу арифметического устройства, второй вход которого подключен к выходу датчика давления, при этом второй выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного генератора - ко второму входу счетчика импульсов, выход которого подключен ко входу схемы сложения (патент JP №50-61571, G01F 1/66).

Недостатком известного устройства является то, что оно может использоваться для измерения расхода, приведенного к стандартной температуре, лишь для одного определенного состава газа. При переходе, например, от измерения расхода метана к измерению расхода природного газа или воздуха необходимо введение коэффициентов пересчета.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является ультразвуковой газовый расходомер-счетчик по патенту RU №2165598, G01F 1/66, G01F 15/04. Это ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий мерный участок трубопровода с датчиком давления и встроенными первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, связанными соответственно с первыми входом-выходом и со вторыми входом-выходом аналогового коммутатора, третий вход которого подключен к первому выходу таймера, а четвертый вход через формирователь импульсов возбуждения подключен ко второму выходу таймера, третий выход аналогового коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер и счетчик импульсов подключен к первому входу схемы вычитания, входящей в состав блока коррекции вычисляемого объемного расхода, выход которой соединен с первым входом арифметического блока, второй вход арифметического блока соединен с выходом датчика давления, а выход - со входом суммирующе-регистрирующего блока, при этом второй выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного генератора - ко входу таймера и ко второму входу счетчика импульсов, который дополнительно содержит N параллельно включенных блоков памяти и второй коммутатор, а также последовательно соединенные блок определения типа газовой среды, блок кода стандартной плотности, делитель кодов и суммирующе-регистрирующее устройство, при этом выход схемы сложения подключен ко входам каждого из N блоков памяти и к входу блока определения типа газовой среды, выход которого связан с управляющим входом второго коммутатора, выход которого соединен с третьим входом арифметического устройства, кодовый выход которого подключен ко второму входу делителя кодов.

Недостатком наиболее близкого аналога является то, что необходимая точность измерений в среде природного газа с различным содержанием компонентов может быть обеспечена лишь в узком температурном диапазоне.

Другой недостаток известного технического решения заключается в том, что не учитывается зависимость от температуры показателя адиабаты χ газа, которая, например, для природного газа в диапазоне температур от минус 40 до 50°С составляет приблизительно 2% от значения χ_С при стандартной температуре.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков.

Предметом настоящего изобретения является ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий мерный участок трубопровода с датчиком давления и встроенными первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, связанными соответственно с первыми входом-выходом и со вторыми входом-выходом аналогового коммутатора, третий вход которого подключен к первому выходу таймера, а четвертый вход через формирователь импульсов возбуждения подключен ко второму выходу таймера, третий выход аналогового коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер и счетчик импульсов подключен к первому входу схемы вычитания, входящей в состав блока коррекции вычисляемого объемного расхода, выход которой соединен с первым входом арифметического блока, второй вход арифметического блока соединен с выходом датчика давления, а выход - со входом суммирующе-регистрирующего блока, при этом второй выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного генератора - ко входу таймера и ко второму входу счетчика импульсов, - при этом в блок коррекции вычисляемого объемного расхода введены первый регистр, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока и последовательно соединенные второй регистр, умножитель и схема вычислений обратной величины, выход которой подключен к первому входу первого регистра и к четвертому входу арифметического блока, а в мерный участок трубопровода встроено термореле, вывод которого подключен ко второму входу первого регистра, при этом выход счетчика импульсов подключен к первому входу второго регистра и ко второму входу умножителя, первый выход таймера подключен ко второму входу второго регистра, а выход второго регистра подключен ко второму входу схемы вычитания.

Задачей предлагаемого изобретения является создание ультразвукового расходомера-счетчика газа, обеспечивающего более высокую, чем наиболее близкий аналог, точность измерения объемного расхода в широком диапазоне температур и при различном компонентном составе природного газа.

Обеспечиваемый технический результат заключается в автоматической коррекции вычисляемого объемного расхода в случае изменений компонентного состава природного газа и соответствующих этому составу параметров (плотности и показателя адиабаты), а также коррекции получаемых результатов на температурные изменения показателя адиабаты.

Суть изобретения поясняется на фиг.1-фиг.3.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого ультразвукового расходомера-счетчика газа.

На фиг.2 приведена структурная схема составной части ультразвукового расходомера-счетчика газа - блока коррекции вычисляемого объемного расхода.

На фиг.3 представлены временные диаграммы работы ультразвукового расходомера-счетчика газа.

На представленных рисунках использованы следующие обозначения: 1 - мерный участок; 2 - формирователь импульсов возбуждения; 3 - таймер; 4 - первый ультразвуковой преобразователь; 5 - второй ультразвуковой преобразователь; 6 - аналоговый коммутатор; 7 - приемный усилитель; 8 - опорный генератор; 9 - триггер; 10 - счетчик импульсов; 11 - компаратор; 12 - блок коррекции вычисляемого объемного расхода; 13 - схема вычитания; 14 - умножитель; 15 - второй регистр; 16 - арифметический блок; 17 - схема вычислений обратной величины; 18 - первый регистр, 19 - термореле; 20 - датчик давления; 21 - суммирующе-регистрирующий блок.

Рассматриваемый ультразвуковой расходомер-счетчик газа содержит мерный участок 1 трубопровода со встроенным датчиком 20 давления и с установленными внутри трубопровода первым 4 и вторым 5 ультразвуковыми преобразователями, связанными, соответственно, с первыми входом-выходом и со вторыми входом-выходом аналогового коммутатора 6. Третий вход аналогового коммутатора 6 подключен к первому выходу таймера 3, второй выход которого через формирователь 2 импульсов возбуждения подключен к четвертому входу аналогового коммутатора 6. Третий выход аналогового коммутатора 6 через последовательно соединенные приемный усилитель 7, компаратор 11, триггер 9 и счетчик 10 импульсов подключен к первому входу схемы 13 вычитания, входящей в состав блока 12 коррекции вычисляемого объемного расхода, выход которой соединен с первым входом арифметического блока 16. Второй вход арифметического блока 16 соединен с выходом датчика 20 давления, а выход - со входом суммирующе-регистрирующего блока 21. Второй выход таймера 3 подключен ко второму входу триггера 9. Выход опорного генератора 8 подключен ко входу таймера 3 и ко второму входу счетчика 10 импульсов. В блок 12 коррекции вычисляемого объемного расхода введены первый регистр 18, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока 16, и последовательно соединенные второй регистр 15, умножитель 14 и схема 17 вычислений обратной величины. Выход схемы 17 вычислений обратной величины подключен к первому входу первого регистра 18 и к четвертому входу арифметического блока 16. В мерный участок 1 трубопровода встроено термореле 19, вывод которого подключен ко второму входу первого регистра 18, входящего в состав блока 12 коррекции вычисляемого объемного расхода. Выход счетчика 10 импульсов подключен к первому входу второго регистра 15 и ко второму входу умножителя 14. Первый выход таймера 3 подключен ко второму входу второго регистра 15, а выход второго регистра 15 подключен ко второму входу схемы 13 вычитания.

Мерный участок 1 трубопровода с установленными в нем первым 4 и вторым 5 ультразвуковыми преобразователями и встроенным датчиком 20 давления конструктивно выполнены так же, как и в вышеупомянутых аналогах по патентам JP №50-61571, G01F 1/66 и RU №2165598, G01F 1/66, G01F 15/04.

Термореле 19 является стандартным элементом промышленной автоматики. Из двух контактов термореле 19 один соединен с общей шиной ультразвукового расходомера-счетчика газа. Поэтому сигнал на его втором контакте (называемом в материалах данного изобретения - просто "вывод") меняется в зависимости от замыкания или размыкания контактов термореле 19. Подключение реле, один из контактов которого соединен с общей шиной устройства, а другой предназначен для управления какими-либо блоками, является стандартным для узлов промышленной автоматики. Установка термореле 19 на мерном участке 1 трубопровода не имеет принципиальных особенностей по сравнению с известной установкой датчика 20 давления.

Все другие перечисленные выше функциональные элементы рассматриваемого ультразвукового расходомера-счетчика газа, обеспечивающие расчет объемного расхода газа, реализованы на основе однокристального микроконтроллера, что позволяет обеспечить высокую надежность работы в реальных условиях эксплуатации.

Таким образом, возможность практической реализации предлагаемого устройства не вызывает сомнений.

Рассматриваемый ультразвуковой расходомер-счетчик газа работает следующим образом.

Измерение скорости потока природного газа осуществляется посредством:

- поочередного излучения ультразвуковых импульсов в мерном участке 1 трубопровода по направлению потока газа (показанного стрелкой на фиг.1) и против него;

- приема излученных ультразвуковых импульсов;

- преобразования принятых ультразвуковых импульсов в электрический сигнал;

- измерения временных интервалов между моментами излучения и приема каждого из указанных ультразвуковых импульсов;

- вычислительных процедур, учитывающих величины измеренных временных интервалов и геометрические размеры мерного участка 1.

Вычисление объемного расхода газа осуществляется по геометрическим размерам мерного участка 1 и измеренной скорости потока природного газа, скорректированной в зависимости от измеренного давления и параметров газа.

Для реализации указанного выше метода измерения скорости потока природного газа формирователь 2 импульсов возбуждения по запускающим импульсам таймера 3 (фиг.3в) формирует импульсы возбуждения для идентичных первого 4 и второго 5 ультразвуковых преобразователей.

Длительность и период повторения импульсов возбуждения, а также последовательность работы узлов ультразвукового расходомера-счетчика газа задается таймером 3.

В первом (нечетном) интервале измерений осуществляются генерирование ультразвуковых импульсов первым ультразвуковым преобразователем 4, излучение их в направлении по потоку газа, прием излученных ультразвуковых импульсов вторым ультразвуковым преобразователем 5 и обработка принятого сигнала. В этом интервале измерений таймер 3 формирует сигнал управления аналоговым коммутатором 6, условно показанный высоким уровнем "1" (фиг.3б), переключая аналоговый коммутатор 6 таким образом, чтобы через аналоговый коммутатор 6:

- выходные сигналы формирователя 2 импульсов возбуждения поступали бы на первый ультразвуковой преобразователь 4;

- выходные сигналы второго ультразвукового преобразователя 5 поступали бы на вход приемного усилителя 7.

Через небольшой интервал времени t₃-t₁ (фиг.3б), достаточный для окончания всех переходных процессов в аналоговом коммутаторе 6 и приемном усилителе 7, таймер 3 формирует на своем втором выходе импульс, длительностью t₄-t₃, показанный на фиг.3в и синхронизированный с высокой точностью относительно выходных импульсов опорного генератора 8 (фиг.3а).

Одновременно по фронту формируемого импульса (фиг.3в) в момент времени t₃ таймер 3 устанавливает триггер 9 в состояние, которое обозначено на фиг.3г высоким уровнем ("1"). Это состояние триггера 9 разрешает работу счетчика 10 импульсов. То есть, при построении триггера 9 по простейшей схеме асинхронного R-S-триггера на двух элементах ИЛИ-НЕ, таймер 3 должен быть подключен к его S-входу, а временные диаграммы на фиг.3г тогда соответствуют прямому выходу асинхронного R-S-триггера.

Сформированный импульс со второго выхода таймера 3 поступает на вход формирователя 2 импульсов возбуждения и переводит его в активное состояние формирования импульса возбуждения заданных амплитуды и длительности t₄-t₃. С выхода формирователя 2 импульсов возбуждения через аналоговый коммутатор 6 указанный импульс возбуждения поступает на первый ультразвуковой преобразователь 4 и вызывает в нем излучение ультразвукового импульса.

Ультразвуковой импульс, излучаемый первым ультразвуковым преобразователем 4, распространяется в мерном участке 1 в направлении потока газа и принимается вторым ультразвуковым преобразователем 5, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий через аналоговый коммутатор 6 на приемный усилитель 7.

Усиленный сигнал с выхода приемного усилителя 7 (фиг.3д) поступает на вход компаратора 11. При превышении амплитудой указанного сигнала порогового уровня в момент времени t₅ компаратор 11 вырабатывает импульс превышения порога (фиг.3е).

В течение промежутка времени t_p1=t₅-t₃, равного временному интервалу от начала импульса возбуждения до момента формирования компаратором 11 импульса превышения порога, фактически равного времени распространения ультразвукового сигнала по потоку газа, триггер 9 находится в состоянии "1" (фиг.3г). В этом его состоянии на счетный вход счетчика 10 импульсов поступают импульсы от опорного генератора 8 (фиг.3а).

Момент начала счета счетчиком 10 импульсов синхронизирован с высокой точностью относительно импульсов опорного генератора 8, а также относительно фронта импульса возбуждения, формируемого в момент времени t₃.

С компаратора 11 импульс превышения порога поступает на второй вход триггера 9. В момент времени t₅ триггер 9 переходит в состояние "0", соответствующее низкому уровню сигнала на выходе триггера 9 (фиг.3г), и останавливает работу счетчика 10 импульсов. Выходной код n счетчика 10 импульсов, соответствующий измеренному временному интервалу t_p1=t₅-t₃, поступает на первый вход блока 12 коррекции вычисляемого объемного расхода. Указанный вход соединен с первым входом схемы 13 вычитания, со вторым входом умножителя 14 и с первым входом второго регистра 15.

В рассматриваемом первом (нечетном) интервале измерений таймер 3 формирует на своем первом выходе высокий ("1") уровень сигнала (фиг.3б), который разрешает запись во второй регистр 15 кода n измеренного временного интервала t_p1 из счетчика 10 импульсов.

Спустя промежуток времени t'₁-t₁ сигнал на первом выходе таймера 3 становится нулевым (фиг.3б), и начинается повторный (четный) интервал измерений, в течение которого осуществляются формирование, излучение, прием и обработка ультразвукового сигнала при его распространении в мерном участке 1 против потока газа.

В этот интервал измерений таймер 3 переключает аналоговый коммутатор 6 таким образом, чтобы выход формирователя 2 импульсов возбуждения был бы подключен ко второму ультразвуковому преобразователю 5, а первый ультразвуковой преобразователь 4 был бы соединен через аналоговый коммутатор 6 со входом приемного усилителя 7.

Через небольшой интервал времени t'₃-t'₁ (фиг.3б), достаточный для окончания всех переходных процессов в аналоговом коммутаторе 6 и приемном усилителе 7, таймер 3 формирует на своем втором выходе импульс, длительностью t'₄-t'₃, показанный на фиг.3в и синхронизированный с высокой точностью относительно выходных импульсов опорного генератора 8 (фиг.3а).

Одновременно по фронту формируемого импульса (фиг.3в) в момент времени t'₃ таймер 3 устанавливает триггер 9 в состояние, которое обозначено на фиг.3г высоким уровнем "1". Это состояние триггера 9 разрешает работу счетчика 10 импульсов.

Сформированный импульс со второго выхода таймера 3 поступает на вход формирователя 2 импульсов возбуждения и переводит его в активное состояние формирования импульса возбуждения заданных амплитуды и длительности t'₄-t'₃. С выхода формирователя 2 импульсов возбуждения через аналоговый коммутатор 6 указанный импульс возбуждения поступает на второй ультразвуковой преобразователь 5 и вызывает в нем излучение ультразвукового импульса.

Ультразвуковой импульс, излучаемый вторым ультразвуковым преобразователем 5, распространяется в мерном участке 1 против потока газа и принимается первым ультразвуковым преобразователем 4, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий через аналоговый коммутатор 6 на приемный усилитель 7.

Усиленный сигнал с выхода приемного усилителя 7 (фиг.3д) поступает на вход компаратора 11. При превышении амплитудой указанного сигнала порогового уровня в момент времени t'₅ компаратор 11 вырабатывает импульс превышения порога (фиг.3е).

В течение промежутка времени t_p2=t'₅-t'₃, равного временному интервалу от начала импульса возбуждения до момента формирования компаратором 11 импульса превышения порога, фактически равного времени распространения ультразвукового сигнала против потока газа, триггер 9 находится в состоянии "1" (фиг.3г). В этом его состоянии на счетный вход счетчика 10 импульсов поступают импульсы от опорного генератора 8 (фиг.3а). Счетчик 10 импульсов продолжает подсчет импульсов.

Момент начала счета счетчиком 10 импульсов синхронизирован с высокой точностью относительно импульсов опорного генератора 8, а также относительно фронта импульса возбуждения, формируемого в момент времени t'₃.

С компаратора 11 импульс превышения порога поступает на второй вход триггера 9. В момент времени t'₅ триггер 9 переходит в состояние "0" и останавливает работу счетчика 10 импульсов. Выходной код n' счетчика 10 импульсов, соответствующий измеренному временному интервалу t_p2=t'₅-t'₃, поступает в блок 12 коррекции вычисляемого объемного расхода, где подается на первый вход схемы 13 вычитания, на второй вход умножителя 14 и на первый вход второго регистра 15. Однако запись кода n', соответствующего временному интервалу t_p2, во второй регистр 15 не производится, так как в этом интервале измерений таймер 3 формирует на своем первом выходе (фиг.3б) уровень "0", который запрещает запись кода n' измеренного временного интервала t_p2 во второй регистр 15.

Каждая пара нечетного и четного интервалов измерений рассматриваемого ультразвукового расходомера-счетчика газа соответствует одному циклу измерений объемного расхода газа. Циклы измерений повторяются с периодом Т_ц.

Таким образом, на первый вход схемы 13 вычитания и второй вход умножителя 14 в четном интервале измерений поступают коды (n и n'), соответствующие значениям времени распространения ультразвукового импульса в мерном участке 1 по направлению потока газа t_p1 и против потока газа t_p2.

Схема 13 вычитания производит вычисление кодовых значений, соответствующих разности времен распространения ультразвуковых импульсов против потока газа и по потоку газа Δt=t_p2-t_p1, полученных в одном цикле измерений Т_ц. Умножитель 14 производит вычисление произведения t_p1·t_p2.

Выходной код, соответствующий указанной разности времен распространения ультразвуковых импульсов против потока газа и по потоку газа Δt, с выхода схемы 13 вычитания поступает на первый вход арифметического блока 16.

Выходной код с выхода умножителя 14 через схему 17 вычислений обратной величины 1/(t_p1·t_p2) поступает на второй вход арифметического блока 16 и на первый (информационный) вход первого регистра 18.

При установлении стандартной температуры Т_С происходит срабатывание термореле 19, чувствительный элемент которого располагается во внутренней полости мерного участка 1 ультразвукового расходомера-счетчика газа и соприкасается непосредственно с газовой средой. При срабатывании термореле 19 его контакты замыкаются (или размыкаются, что не является принципиальным для рассматриваемого изобретения). При этом на выводе термореле 19 формируется управляющий импульс, который поступает на второй вход (управления) первого регистра 18 и производит запись в него кода 1/(t_p1·t_p2) при стандартной температуре, то есть 1/(t_C1·t_C2).

С выхода первого регистра 18 выходной код 1/(t_C1·t_C2) поступает на третий вход арифметического блока 16.

Вычисление объемного расхода газа осуществляется по алгоритму, вытекающему из уравнений ультразвукового расходомера-счетчика газа. Суть данного алгоритма заключается в следующем.

Для массы М газа, проходящего через мерный участок 1 трубопровода в единицу времени, объемный расход Q_C газа, приведенный к значению стандартной плотности газа ρ_C при стандартных температуре T_C и давлении P_C равен:

где Q - объемный расход газа в рабочих условиях: при температуре T и давлении Р;

ρ - плотность газа в рабочих условиях.

Объемный расход Q газа в единицу времени при рабочей температуре T и давлении Р равен:

где S - площадь поперечного сечения мерного участка длиной l;

ν - средняя по сечению трубопровода скорость потока газа.

Времена распространения ультразвукового импульса по потоку газа t_p1 и против потока газа t_p2 можно представить в виде:

где l - измерительная база или длина мерного участка 1 трубопровода;

С - скорость ультразвукового импульса в газовой среде.

В этом случае выражение (1) для объемного расхода газа при стандартных температуре T_C и давлении Р_C с учетом уравнений (3) представляется в следующем виде:

Для рассматриваемого ультразвукового расходомера-счетчика газа диаметр сечения трубопровода выбирается таким образом, чтобы течение газа можно было рассматривать как однородное и несжимаемое по всей длине l мерного участка 1. Это условие выполняется, если ν²<<С². Легко убедиться, что при расходе газа 10 м³/ч отношение ν²/С²≈4·10^-4. Следовательно, выражение (4) с достаточно высокой степенью точности можно представить в виде:

Скорость С ультразвукового импульса в газе для частот ниже 10⁶ Гц может быть выражена по формуле:

где χ - показатель адиабаты газовой среды при рабочих температуре и давлении;

K - коэффициент сжимаемости при рабочих температуре и давлении.

Скорость С_C ультразвукового импульса в газе при стандартной температуре и давлении:

где χ_C - показатель адиабаты газовой среды при стандартных температуре и давлении;

K_C - коэффициент сжимаемости газа при стандартных температуре и давлении.

Тогда с учетом выражений (5)-(7) объемный расход газа, приведенный к значению при стандартных температуре и давлении, определяется по формуле:

Используя выражение (3) при стандартной температуре T_C и при ν²<<С², с точностью не хуже 4·10^-4, получим:

Тогда, с учетом выражений (8) и (9), объемный расход газа, приведенный к значению при стандартных температуре и давлении, определяется по формуле:

Для сетей природного газа с избыточным давлением до 0,2 МПа отношение K/K_C≈1 (с точностью 0,002) и может быть опущено.

Показатель адиабаты природного газа, метана, азота определяется в виде (ГОСТ 30319.1-96 "Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки"):

где X_a - молярное содержание азота в компонентах природного газа.

При X_a≤5% и давлениях газа Р≤0,6 МПа с погрешностью не более 0,1% выражение (11) может быть преобразовано к виду:

Для природного газа при стандартных температуре и давлении χ_С≈1,302. Тогда выражение (11) принимает вид:

Скорость звука для природного газа по ГОСТ 30319.1-96 определяется в виде:

откуда с учетом ранее принятого избыточного давления до 0,2 МПа можно записать:

Используя выражения (3), аналогично (9) выразим значение С² в виде:

Подставляя (9) и (16) в (15), получим:

Подставляя выражение (17) в выражение (13), получим итеративную формулу для определения зависимости показателя адиабаты от температуры газа:

где i - номер итерации.

В первой итерации при i=1 принимается χ₀=χ_C.

Расчет показывает, что в первой итерации погрешность определения показателя адиабаты по формуле (17) в диапазоне температур от минус 40 до 50°С не превышает 0,11% по сравнению со значениями, рассчитанными по уравнению состояния, приведенному в ГОСТ 30319.3.

Тогда, подставляя (17) в (10), получим выражение для объемного расхода газа, приведенного к значению при стандартных значениях температуры и давления:

где A - коэффициент пропорциональности, связывающий геометрические параметры S, l мерного участка 1 ультразвукового расходомера-счетчика газа и стандартное давление газа Р_C.

Соответственно, за промежуток времени, равный одному циклу измерений Т_ц, объем газа, прошедший через мерный участок 1, приведенный к значению при опорной температуре, давлении и стандартной плотности газа ρ₀ равен:

где В - коэффициент пропорциональности, связывающий геометрические параметры S, l мерного участка 1 ультразвукового расходомера-счетчика газа, длительность цикла измерений Т_ц и стандартное давление газа Р_С.

В соответствии с полученными выражениями (19) или (20) устанавливаются функции арифметического блока 16.

Согласно выражениям (19) или (20), арифметический блок 16 производит умножение на постоянный множитель 1,087945 значения 1/(t_C1·t_C2), поступающего на третий вход арифметического блока 16 с выхода первого регистра 18, а также умножение на постоянный множитель - 8,7945 значения 1/(t_p1·t_p2), поступающего на второй вход арифметического блока 16 с выхода схемы 17 вычислений обратной величины, и выполняет суммирование обоих результатов умножения и перемножение полученной суммы с кодовым сигналом, пропорциональным разности временных интервалов Δt=t_p2-t_p1, который подается на первый вход арифметического блока 16 с выхода схемы 13 вычитания, и кодовым сигналом, пропорциональным давлению Р, который подается на четвертый вход арифметического блока 16 с выхода датчика 20 давления.

В зависимости от функции, выполняемой рассматриваемым расходомером-счетчиком газа, полученный результат умножается либо на постоянный множитель A (при вычислении расхода газа), либо на постоянный множитель B (при вычислении объема газа, прошедшего за один цикл измерения).

Выходной кодовый сигнал с выхода арифметического блока 16 подается на суммирующе-регистрирующий блок 21, в котором осуществляется усреднение значений расхода Q_C или накопление значений ΔV_C, полученных в каждом цикле измерений.

Таким образом, в случае изменения компонентного состава природного газа и соответствующих этому составу параметров (плотности и показателя адиабаты) при установлении стандартной температуры газа предложенный ультразвуковой расходомер-счетчик газа автоматически выполняет коррекцию вычисляемого объемного расхода газа.

Это позволяет решить поставленную задачу: создать ультразвуковой расходомер-счетчик газа, обеспечивающий более высокую, чем наиболее близкий аналог, точность измерения объемного расхода в широком диапазоне температур и при различном компонентном составе природного газа.

Обеспечиваемый технический результат заключается в автоматической коррекции вычисляемого объемного расхода в случае изменений компонентного состава природного газа и соответствующих этому составу параметров (плотности и показателя адиабаты), также коррекции результата в соответствии с температурными изменениями показателя адиабаты. Причем измеренный объемный расход газа приводится к стандартным условиям по температуре и давлению.

Совокупность признаков, общих с наиболее близким аналогом, и отличительных признаков обладает новизной, промышленно применима, поэтому предлагаемое техническое решение может быть классифицировано как изобретение.

Изобретение относится к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа. В мерном участке трубопровода со встроенными датчиком давления и термореле установлены два ультразвуковых преобразователя, для которых предусмотрен аналоговый коммутатор, управляемый таймером и формирователем импульсов возбуждения. Имеется блок коррекции вычисляемого объемного расхода, выполненный со схемой вычитания, двумя регистрами, умножителем и схемой вычислений обратной величины. Схема вычитания подключена к выходу аналогового коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер и счетчик импульсов. Первый регистр связан с термореле, а второй регистр - с таймером. Выходы блока коррекции подключены к последовательно соединенным арифметическому и суммирующе-регистрирующему блокам, первый из которых также связан с датчиком давления. Изобретение обеспечивает высокую точность измерения за счет автоматической коррекции вычисляемого объемного расхода при изменении компонентного состава природного газа и соответствующих этому составу параметров (плотности и показателя адиабаты), а также коррекции получаемых результатов, учитывающей температурные изменения показателя адиабаты. 3 ил.

Ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий мерный участок трубопровода с датчиком давления и встроенными первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, связанными соответственно с первыми входом-выходом и со вторыми входом-выходом аналогового коммутатора, третий вход которого подключен к первому выходу таймера, а четвертый вход через формирователь импульсов возбуждения подключен ко второму выходу таймера, третий выход аналогового коммутатора через последовательно соединенные приемный усилитель, компаратор, триггер и счетчик импульсов подключен к первому входу схемы вычитания, входящей в состав блока коррекции вычисляемого объемного расхода, выход которой соединен с первым входом арифметического блока, второй вход арифметического блока соединен с выходом датчика давления, а выход - со входом суммирующе-регистрирующего блока, при этом второй выход таймера подключен ко второму входу триггера, а выход опорного генератора - ко входу таймера и ко второму входу счетчика импульсов, отличающийся тем, что в блок коррекции вычисляемого объемного расхода введены первый регистр, выход которого подключен к третьему входу арифметического блока, и последовательно соединенные второй регистр, умножитель и схема вычислений обратной величины, выход которой подключен к первому входу первого регистра и к четвертому входу арифметического блока, а в мерный участок трубопровода встроено термореле, вывод которого подключен ко второму входу первого регистра, при этом выход счетчика импульсов подключен к первому входу второго регистра и ко второму входу умножителя, первый выход таймера подключен ко второму входу второго регистра, а выход второго регистра подключен ко второму входу схемы вычитания.