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 струйный генератор (пат. RU №1101599, F15С 1/22), содержащий сопло питания, соединенное с рабочей камерой, две наклонные боковые стенки рабочей камеры, расположенные по разные стороны сопла питания, разделитель с вогнутым дефлектором, расположенный на противоположной по отношению к соплу питания стороне рабочей камеры, два сопла управления, каждое из которых расположено между соплом питания и одной из боковых стенок, два выходных канала, соединенных каналами обратной связи с соответствующими соплами управления, и два сливных канала, соединяющих выходные каналы со сливной магистралью, два боковых отражателя, выполненных на стенках выходных каналов, примыкающих к вогнутому дефлектору, причем каждый боковой отражатель расположен против соответствующего канала обратной связи.

В описанном выше струйном генераторе устанавливаются устойчивые колебания струи с частотой, пропорциональной расходу среды. Этим колебаниям соответствуют колебания давлений и расхода в каналах обратной связи. Колебания давлений могут быть преобразованы в электрический сигнал с помощью пьезопреобразователя. Однако при этом помехоустойчивость струйного генератора будет низка, поскольку пьезопреобразователь будет реагировать не только на колебания струи газа, но и на посторонние вибрации.

Известен вихревой расходомер (пат. RU №2098770, G01F 1/32), содержащий установленное в трубопроводе тело обтекания со сквозным щелевым каналом, ориентированным перпендикулярно оси трубопровода, два стержневых электрода, консольно закрепленные вдоль щелевого канала, пластинчатый электрод, плоскость которого перпендикулярна оси канала, размещенный между стержневыми электродами, и вторичный преобразователь, причем пластинчатый электрод закреплен консольно в теле обтекания, противоположно стержневым электродам, с обеспечением возможности их касания и электрически соединен с телом обтекания, а вторичный преобразователь выполнен в виде двух усилителей постоянного тока и триггера, при этом стержневые электроды подключены ко входам усилителей, выходы которых соединены со входами триггера.

Одним из наиболее серьезных недостатков вихревого расходомера является его низкая помехоустойчивость, поскольку пластинчатый электрод будет реагировать не только на вихри и пульсации давления газовой среды, но и на все вибрации, не относящиеся к полезному сигналу.

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.

Одним из существенных недостатков измерителя расхода является его низкая помехоустойчивость, поскольку пьезопреобразователь, входящий в состав измерителя расхода, будет реагировать не только на колебания струй газа, но и на все вибрации корпуса, так как пьезопреобразователь жестко связан с корпусом измерителя расхода.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение помехоустойчивости счетчика газа и расширение диапазона измерения расхода газа.

Указанный результат достигается тем, что в счетчик газа, включающий корпус с входным и выходным патрубками и помещенные в него последовательно соединенные генератор колебаний со струйными дискретными элементами и первый пьезопреобразователь, дополнительно введены второй пьезопреобразователь, установленный на корпус, дифференциальный усилитель, компаратор, вычислительный блок, жидкокристаллический индикатор, причем прямой вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого пьезопреобразователя, инверсный вход дифференциального усилителя соединен с выходом второго пьезопреобразователя, а выход усилителя соединен со входом компаратора, выход которого в свою очередь соединен со входом вычислительного блока, выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором.

Введение второго пьезопреобразователя и дифференциального усилителя позволяет повысить помехоустойчивость счетчика газа и расширить диапазон измерения расхода газа за счет устранения влияния механических вибраций корпуса счетчика на электрический сигнал с выхода первого преобразователя, генерируемый в результате воздействия на пьезопреобразователь колебаний струи газа.

На чертеже представлена блок-схема счетчика газа.

Устройство содержит корпус 1, генератор колебаний со струйными дискретными элементами 2, первый пьезопреобразователь 3, второй пьезопреобразователь 4, установленный на корпусе 1, дифференциальный усилитель 5, компаратор 6, вычислительный блок 7, жидкокристаллический индикатор 8, причем выход генератора колебаний со струйными элементами 2 соединен со входом первого пьезопреобразователя 3, прямой вход дифференциального усилителя 5 соединен с выходом первого пьезопреобразователя 3, инверсный вход дифференциального усилителя 5 соединен с выходом второго пьезопреобразователя 4, установленного на корпусе 1, а выход дифференциального усилителя 5 соединен со входом компаратора 6, выход которого в свою очередь соединен со входом вычислительного блока 7, выход вычислительного блока 7 соединен с жидкокристаллическим индикатором 8.

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. Частота полезного сигнала с выхода пьезопреобразователя варьируется в зависимости от величины расхода в пределах от 10 до 350 Гц. В этом же диапазоне частот на первый пьезопреобразователь воздействуют различные вибрации корпуса счетчика газа, возникающие в результате механических воздействий, поскольку пьезопреобразователь жестко связан с корпусом счетчика газа. Особенно значительные вибрации могут действовать в низкочастотной части диапазона. Поэтому сигнал на выходе первого пьезопреобразователя является суммой полезного сигнала, генерируемого в результате воздействия струй газа на струйный генератор, и сигнала помехи, являющегося результатом механического воздействия на корпус счетчика газа. Этот сигнал поступает на прямой вход дифференциального усилителя 5. На второй пьезопреобразователь 4, установленный на корпусе 1, воздействуют только вибрации, являющиеся результатом механических воздействий на корпус 1 счетчика газа. Сигнал с выхода второго пьезопреобразователя 4 поступает на инверсный вход дифференциального усилителя 5. Выходной сигнал дифференциального усилителя 5, являющийся усиленной разностью ("сигнал + помеха" - помеха), поступает на вход компаратора 6, который преобразует синусоидальный сигнал в сигнал прямоугольной формы, пригодный для цифровой обработки. Этот сигнал поступает на вход вычислительного блока 7. При поступлении каждого положительного фронта сигнала вычислительный блок 7 добавляет к накапливаемому в нем суммарному количеству газа количество газа, соответствующее одному импульсу входного сигнала, определяемое коэффициентом пересчета. Для каждого конкретного датчика расхода, включающего корпус 1, генератор колебаний со струйными дискретными элементами 2, первый пьезопреобразователь 3, второй преобразователь 4, на калибровочном стенде, "продувая" датчик воздухом, снимают зависимость расхода от частоты. Затем определяют индивидуальный коэффициент пересчета частоты выходного сигнала датчика в расход газа. Этот коэффициент заносят в память вычислительного блока 7 и далее он используется счетчиком газа в процессе работы.

Измеренное суммарное значение количества газа выдается на жидкокристаллический индикатор 8 через заданные интервалы времени (например, один раз в секунду).

Предлагаемое изобретение позволяет повысить помехоустойчивость счетчика газа за счет введения второго пьезопреобразователя 4 и дифференциального усилителя 5.

Помехоустойчивость счетчика газа повышается за счет устранения влияния механических вибраций корпуса счетчика на электрический сигнал с выхода первого пьезопреобразователя 3, генерируемый в результате воздействия на пьезопреобразователь колебаний струи газа. Это достигается за счет введения второго пьезопреобразователя 4, жестко установленного на корпусе 1. При воздействии механических вибраций на корпус 1 на выходе первого пьезопреобразователя 3 генерируется электрический сигнал вследствие воздействия этих вибраций. Точно такой же по величине сигнал возникает и на выходе второго пьезопреобразователя 4. При поступлении соответственно на прямой и инверсный входы дифференциального усилителя 5 эти сигналы взаимно вычитаются и при отсутствии колебаний струи струйного генератора 2 на выходе дифференциального усилителя 5 сигнал отсутствует. При наличии же колебаний струи струйного генератора на выходе дифференциального усилителя будет присутствовать сигнал, являющийся результатом усиления поступившего на его вход сигнала с выхода первого пьезопреобразователя 3, вызванного воздействием колебаний струи газа на первый пьезопреобразователь. Таким образом, дифференциальный усилитель 5 усиливает не сумму "полезного" сигнала и результата усиления механических вибраций, как это было бы при наличии лишь первого пьезопреобразователя 3, а только лишь полезный сигнал, вызванный колебанием струи газа и являющийся результатом операции; "полезный сигнал + помеха" - "помеха".

Сигнал на выходе пьезопреобразователя 3, вызванный воздействием механических вибраций, по амплитуде может быть сопоставим с полезным сигналом, вызванным генерацией струи газа, а иногда и превышать его. Введение второго пьезопреобразователя 4 и дифференциального усилителя 5, обеспечивающего вычитание помехи из суммы полезного сигнала и помехи позволяет более чем на порядок повысить отношение сигнал/шум, т.е., более чем на порядок снизить влияние механических вибраций.

Расширение диапазона измерения расхода газа достигается также при введении второго пьезопреобразователя 4 и дифференциального усилителя 5 за счет повышения отношения амплитуды "полезного" сигнала к амплитуде помехи, возникающей за счет механических вибраций корпуса счетчика газа. Чем меньше частота "полезного" сигнала, тем больше амплитуда сигнала помехи, возникающего за счет механических вибраций корпуса, и следовательно, тем меньше амплитуда "полезного" сигнала по отношению к помехе. Амплитуды сигналов от пьезопреобразователя 3 на частоте 10 Гц сравнимы или больше по амплитуде сигналов помех от механических вибраций корпуса счетчика газа. При частотах, меньших 10 Гц, амплитуды сигналов с выхода первого пьезопреобразователя 3 меньше амплитуд сигналов от вибраций корпуса счетчика. Поэтому, чтобы предотвратить срабатывание счетчика газа от помех, в отсутствие расхода газа, сигналы частот ниже 10 Гц обычно отсекают частотным фильтром. Поскольку при введении второго пьезопреобразователя 4 отношение полезного сигнала к шуму повышается, то на выход дифференциального усилителя, после вычитания на его входах сигнала помехи из суммы "полезного" сигнала и помехи, будут проходить лишь "полезные" (т.е. с выхода первого пьезопреобразователя 3) сигналы частотой ниже 10 Гц, во всем диапазоне частот, генерируемых генератором колебаний со струйными дискретными элементами 2, вплоть до 5 Гц. При этом повышается отношение "верхняя граница диапазона измерения расхода"/"нижняя граница измерения расхода". При отсутствии второго пьезопреобразователя 4 это отношение равно 350/10=35, при введении второго пьезопреобразователя 4 и дифференциального усилителя 5 это отношение равно 350/5=70. Таким образом, введение второго пьезопреобразователя 4 и дифференциального усилителя 5 позволяет расширить диапазон измерения расхода газа.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с преобразователями расхода с частотным выходным сигналом. Для этого счетчик газа содержит корпус со входным и выходным патрубками и помещенные в него последовательно соединенные генератор колебаний со струйными дискретными элементами и первый пьезопреобразователь, а также второй пьезопреобразователь, расположенный на корпусе. Дифференциальный усилитель, компаратор, вычислительный блок, жидкокристаллический индикатор. Причем прямой вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого пьезопреобразователя, инверсный вход дифференциального усилителя соединен с выходом второго пьезопреобразователя, а выход диффференциального усилителя соединен со входом компаратора, выход которого в свою очередь соединен со входом вычислительного блока. Выход вычислительного блока соединен с жидкокристаллическим индикатором. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости счетчика газа и расширение диапазона измерения расхода газа. 1 ил.

Счетчик газа, включающий корпус с входным и выходным патрубками и помещенные в него последовательно соединенные генератор колебаний со струйными дискретными элементами и первый пьезопреобразователь, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй пьезопреобразователь, установленный на корпус, дифференциальный усилитель, компаратор, вычислительный блок, жидкокристаллический индикатор, причем прямой вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого пьезопреобразователя, инверсный вход дифференциального усилителя соединен с выходом второго пьезопреобразователя, а выход усилителя соединен со входом компаратора, выход которого, в свою очередь, соединен со входом вычислительного блока, выход которого соединен с жидкокристаллическим индикатором.