СЧЕТЧИК ГАЗА Российский патент 2008 года по МПК G01F1/20 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения количества газа. Устройство по данному изобретению может быть применено как бытовой счетчик газа квартирного типа.

Известен счетчик газа (пат. RU №2187076, G01F 1/115), содержащий первичный чувствительный элемент в виде турбинки или крыльчатки с укрепленными на ее лопастях магнитами, установленный в трубе, в которой протекает газ, и вторичный элемент, включающий счетный механизм с магнитом, расположенный на поверхности трубы с первичным элементом, в первичном элементе магниты установлены на двух лопастях, причем в разных плоскостях, а во вторичном элементе установлен один постоянный магнит на полке, на концах которой содержатся зубья, один из которых сориентирован на стенку профиля зубчатого колеса, связанного механически со счетным механизмом, а второй зуб полки при этом сориентирован на вершину соседнего зуба зубчатого колеса.

Недостатками счетчика являются невысокие надежность и износоустойчивость, поскольку он содержит механические узлы: первичный преобразователь в виде вращающейся крыльчатки и счетный механизм. Недостатком счетчика является также невысокая точность.

Известен газовый счетчик (пат. RU №2218556, G01F 1/684), содержащий канал для прохода через него потока газа, первый датчик, который расположен в канале, и средства обработки данных, которые соединены с первым датчиком, чтобы приводить в действие первый датчик путем его альтернативного нагрева и охлаждения, измерять величину скорости охлаждения первого датчика в продолжение его охлаждения и определять текущую величину расхода потока газа, протекающего по каналу, в соответствии с измеренной величиной скорости охлаждения первого датчика, путем использования тарировочной таблицы, содержащей пары различных величин расхода потока газа и связанных с ними величин скоростей охлаждения первого датчика, определенных заранее для тарировочного газа. Газовый счетчик содержит также второй датчик того же типа, что и первый, работающий на нагрев во время охлаждения первого датчика.

Недостатком счетчика является его непригодность для использования в качестве бытового счетчика газа квартирного типа вследствие сложности практической реализации. К недостаткам следует также отнести сложность тарировки счетчика, ненадежность конструкции, поскольку нити накаливания анемометрических датчиков могут быть повреждены при вибрациях во время транспортировки к месту использования счетчика газа, необходимость использования мощной батарейки для нагревания датчика, нарушение правил безопасности с взрывоопасными веществами при нагреве датчика.

Из числа аналогов наиболее близким по технической сущности является измеритель расхода газа с преобразованием колебания струи в электрический сигнал (заявка №2005110574, G01F 1/20), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, внутри которого помещено чувствительное к изменению давления устройство, содержащее генератор колебаний со струйными дискретными элементами, содержащими сопло питания, рабочую камеру и разделитель, на котором установлен пьезодатчик, формирующий сигналы о фактическом расходе газа, причем струйный генератор выполнен в виде стапелированных круглых пластин, снабженных соответствующими прорезями и разделителями потока, которые соединены в одно целое при помощи стяжных винтов, контейнер с пьезодатчиками дополнительно оснащен резиновой прокладкой, прижатой сверху резиновой накладкой, снаружи измеритель расхода газа закрыт кожухом, несущим на себе вилку электроразъема, внутри кожуха размещена плата с элементами электронной схемы.

К недостаткам измерителя расхода можно отнести невысокую точность измерения вследствие нелинейности его характеристики преобразования.

Ему присущи также недостаточно широкие функциональные возможности.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей счетчика газа.

Указанный результат достигается тем, что в счетчик газа, включающий генератор колебаний со струйными дискретными элементами, последовательно соединенный с пьезопреобразователем, размещенные в одном корпусе с входным и выходным патрубками, дополнительно введены датчик температуры, размещенный в том же корпусе, усилитель, компаратор, вычислительный блок, блок коррекции характеристики преобразования, таймер, блок преобразования сигнала от датчика температуры, блок связи с компьютером, жидкокристаллический индикатор, причем вход усилителя соединен с выходом пьезопреобразователя, а выход усилителя соединен со входом компаратора, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции характеристики преобразования, третий вход вычислительного блока соединен с выходом таймера, а четвертый вход соединен с выходом блока преобразования сигнала от датчика температуры, вход которого соединен с выходом датчика температуры, первый выход вычислительного блока соединен со входом блока связи с компьютером, второй выход вычислительного блока соединен с жидкокристаллическим индикатором.

Введение блока коррекции характеристики преобразования сигнала от пьезопреобразователя в расход газа позволяет повысить точность измерения расхода газа за счет разбиения характеристики на линейные участки и использования для каждого участка индивидуального коэффициента пересчета поступающих от генератора колебаний импульсов в количество газа.

Введение датчика температуры и блока преобразования сигнала от датчика температуры позволяет повысить точность измерения расхода за счет учета поправки на температуру газа, поскольку расход газа зависит от температуры.

Введение таймера позволяет расширить функциональные возможности счетчика газа, обеспечивая учет времени работы счетчика газа.

Блок связи с компьютером дает возможность передавать показания счетчика во внешнюю систему.

На чертеже представлена блок-схема счетчика газа.

Устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками 1, генератор колебаний со струйными дискретными элементами 2, пьезопреобразователь 3, датчик температуры 4, усилитель 5, компаратор 6, вычислительный блок 7, блок коррекции характеристики преобразования 8, таймер 9, блок преобразования сигнала от датчика температуры 10, блок связи с компьютером 11, жидкокристаллический индикатор 12, причем выход генератора колебаний со струйными элементами 2 соединен со входом пьезообразователя 3, вход усилителя 5 соединен с выходом пьезопреобразователя 3, а выход усилителя 5 соединен со входом компаратора 6, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом вычислительного блока 7, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции характеристики преобразования 8, третий вход вычислительного блока 7 соединен с выходом таймера 9, а четвертый вход соединен с выходом блока преобразования сигнала от датчика температуры 10, вход которого соединен с выходом датчика температуры 4, первый выход вычислительного блока 7 соединен со входом блока связи с компьютером 11, второй выход вычислительного блока 7 соединен с жидкокристаллическим индикатором 12.

Счетчик газа работает следующим образом.

Газ, проходя через корпус 1 устройства, воздействует на генератор колебаний со струйными дискретными элементами 2, причем сила воздействия пропорциональна величине расхода газа.

Колебания струй газа, генерируемые генератором колебаний со струйными дискретными элементами 2, воздействуя на пьезопреобразователь 3, вызывают генерацию электрического сигнала синусоидальной формы на его выходе с частотой, пропорциональной величине расхода газа. Этот сигнал усиливается усилителем 5 и поступает на вход компаратора 6, который преобразует синусоидальный сигнал в сигнал прямоугольной формы, пригодный для цифровой обработки. Этот сигнал поступает на первый вход вычислительного блока 7. При поступлении каждого положительного фронта сигнала вычислительный блок 7 определяет величину расхода по времени между двумя соседними положительными импульсами и в зависимости от величины расхода, извлекает из блока коррекции характеристики преобразования 8 значение коэффициента пересчета импульсов в количество газа, соответствующее текущему расходу.

В блоке коррекции характеристики преобразования 8 содержится набор коэффициентов пересчета, соответствующих линейным участкам графика зависимости расхода газа от частоты выходного сигнала генератора колебаний со струйными дискретными элементами 2.

После извлечения из блока коррекции характеристики преобразования 8 значения коэффициента пересчета импульсов в количество газа, соответствующего текущему расходу, вычислительный блок 7 считывает из блока преобразования сигнала от датчика температуры 10 значение температуры, измеренное датчиком температуры 4, и вводит поправку на температуру в коэффициент пересчета импульсов в количество газа.

Вычислительный блок 7 добавляет к накапливаемому в нем суммарному количеству газа количество газа, соответствующее одному импульсу входного сигнала, определяемое коэффициентом пересчета, соответствующим текущему расходу, с учетом поправки на температуру газа.

Таймер 9 подсчитывает время работы газового счетчика. Вычислительный блок 7 принимает текущее значение времени из таймера 9 и через заданные интервалы времени (например, один раз в сутки или по запросу из компьютера) выдает в блок связи с компьютером 11 накопленное суммарное количество газа, измеренное счетчиком газа, а также суммарное время работы счетчика газа.

Измеренные суммарные значения количества газа и времени работы счетчика газа выдаются также в жидкокристаллический индикатор 12 через заданные интервалы времени (например, один раз в пять секунд).

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерения расхода и количества газа за счет введения блока коррекции характеристики преобразования 8 сигнала от пьезопреобразователя. Для каждого конкретного датчика расхода, включающего корпус 1, генератор колебаний со струйными дискретными элементами 2 и пьезопреобразователь 3 на калибровочном стенде, "продувая" датчик воздухом, снимают зависимость расхода от частоты, которая имеет нелинейный характер. Затем, разбивая график зависимости на линейные участки, для каждого участка определяют индивидуальный коэффициент пересчета частоты выходного сигнала датчика в расход газа. Эти значения заносят в блок коррекции характеристики преобразования 8 и далее они используются счетчиком газа в процессе работы.

Точность измерения повышается также за счет введения датчика температуры 4 и блока преобразования сигнала от датчика температуры 10. Погрешность измерения расхода газа определяется формулой

где q - относительная погрешность счетчика газа;

где V₀ - объем при калибровке, равный, например, 10 л воздуха;

Т°С - температура воздуха, проходящего через датчик при "продувке";

F - частота синусоидального сигнала на выходе пьезопреобразователя;

М - значение коэффициента пересчета частоты в значение расхода;

k - коэффициент, учитывающий другие факторы (перепад давления в датчике, атмосферное давление).

При калибровке счетчика газа на стенде измеряется значение температуры Т_г (градуировочное) и заносится в блок коррекции 8. Далее в процессе работы счетчика газа, смонтированного у потребителя, вычислительный блок 7 вводит поправку на температуру в соответствии с формулой

где Т_и - значение температуры, измеренное датчиком температуры 4.

Учет поправки на температуру газа позволяет уменьшить погрешность измерения расхода газа и, следовательно, повысить точность.

Введение таймера 9 и блока связи с компьютером 11 расширяет функциональные возможности счетчика газа, поскольку позволяет выполнить требования учета времени работы прибора и передачи измеренных данных во внешние системы, предъявляемые к современным приборам учета энергоресурсов.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с преобразователями расхода с частотным выходным сигналом и может быть использовано в счетчике газа. Счетчик газа содержит корпус и помещенные в него последовательно соединенные генератор колебаний со струйными дискретными элементами и пьезопреобразователь, а также датчик температуры, усилитель, компаратор, вычислительный блок, блок коррекции характеристики преобразования, таймер, блок преобразования сигнала от датчика температуры, блок связи с компьютером, жидкокристаллический индикатор. Технический результат заключается в повышении точности измерения расхода и количества газа при одновременном расширении функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Счетчик газа, включающий генератор колебаний со струйными дискретными элементами, последовательно соединенный с пьезопреобразователем, размещенные в одном корпусе с входным и выходным патрубками, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик температуры, размещенный в том же корпусе, усилитель, компаратор, вычислительный блок, блок коррекции характеристики преобразования, таймер, блок преобразования сигнала от датчика температуры, блок связи с компьютером, жидкокристаллический индикатор, причем вход усилителя соединен с выходом пьезопреобразователя, а выход усилителя соединен со входом компаратора, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции характеристики преобразования, третий вход вычислительного блока соединен с выходом таймера, а четвертый вход соединен с выходом блока преобразования сигнала от датчика температуры, вход которого соединен с выходом датчика температуры, первый выход вычислительного блока соединен со входом блока связи с компьютером, второй выход вычислительного блока соединен с жидкокристаллическим индикатором.