Устройство для контроля работы дегазационных скважин Советский патент 1982 года по МПК E21F7/00 

где V - скорость потока газа;

а,в - коэффициенты, определяемые конструкцией датчика.

При калибровке устройства в формуле (2) пренебрегают величиной в, поскольку для большей части диапазона измерения .При этом возникает погрешность измерения, относит ельное значение которой равно

в

(Г (3)

Эта погрешность особенно значительна в нижйёй части диапазона измерения.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет расширения диапазона измерений в области малых скоростей потока газа.

Эта цель достигается тем, что устройство для контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчи1 скорости потока газа, блок управления f к пяти входам которого подключены три выхода блока формирования времязадающих импульсовj выход блока деления частоты и через преобразователь аналогового сигнала во временной интервал Датчик концентрации метана, а выход блока управления подключен к блоку индикации и к первому и второму входам блока деления частоты, снабжено делителем частоты, тремя одновибраторами, элементом 3 ИЛИ, двумя триггерами и двумя ключами, причем вход делителя частоты подключен к третьему выходу блока формирования времязадающих -.импульсЪв, а выход делителя частоты и выход датчика скорости потока газа подключены к входам .первого и второго одновибраторов, выходы которых и инверсный выход первого триггера подключены-к входам элемента 3.ИЛИ, выход которого подключен к шестому входу блока управления и к третьему входу блока деления частоты, при этом выход датчика скорости потка газа подключён к S-входу второго триггера, к R-входу которого подключен выход третьего одновибратора, прямой и инверсный выходы второго триггера через ключи соединены соответственно с S- и R-BXOдами первого триггера, а вход третьего одновибратора и вторые входы ключей подключены к первому выходу блока формирования времязадающих импульсов .

j На чертеже приведена функ14иональная схема устройства.

Устройство содержит измерительный зонд 1 с датчиком 2 скорости потока газа и датчиком 3 концентрации метана. Блок 4 формирования времязадающих импульсов содержит п дключенные последовательно генератор 5 импульсов стабильной частоты, делитель 6 частоты с постоянным

5 коэффициентом деления К,триггер 7, к выходу которого подключены одновибраторы 8 и 9, инверсный выход одновибратора 8 подключен к С-входу триггера 7. Выходы одновибратора

Q 9, триггера 7 и генератора 5 являются первым, вторым и третьим выходами блока k.

Преобразователь 10 сигнала датчика концентрации метана во временной интервал подключен по первому входу к датчику концентрации метана, по второму входу - к второму выходу блока формирования времязадающих импульсов, а по выходу - к

0 четвертому входу блока 11 управления. Блок 12 деления частоты содержит двоичный счетчик 13 и подключенный к его выходам управляемый делитель 1А частоты. Т-вход делителя 1, R- и Т-входы счетМика 13 являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока 12, выход делителя 1 является выходом блока 12, Блок 15 индикации содержит подключенные последовательно двоично-десятичный счетчик 1б, дешифратор 17 и цифровые индикаторы 18. R- и Т-входы счетчика 16 являются соответственно первым и вторым входа ми блока 15. Блок 11 управления содержит переключатель 19, первая клемма которого свободна, вторая и тре тья подключены соответственно к Rи S-входам триггера 20, четвертая к первому и четвертому входам первого элемента 21 3-3 И-2 ИЛИ, второму входу второго элемента 22 2-3 И2 ИЛИ, вто)омУ и третьему входам элемента 23 2-2 И-2 ИЛИ. Прямой выход триггера 20 подключен ко второму входу элемента 21 и первому входу ключа 24 3 И. Инверсный выход триггера 20 подключен к первому входу ключа 25 2 И и третьему входу

элемента 22. Выход элемента 23 подключен к пятому входу элемента 22. Т-вход триггера 20 , второй вход элемента 25 , третий и пятый вхо.ды элемента 21 подключены к первому входу блока 11 и первому выходу блока Ц. Четвертый вход элемента 22 и второй вход ключа подключены соответственно к второму и третьему входам блока 11 и к второму и третьему выходам блока 4. Третий вход ключа 2k подключен к четвертому входу блока 11, а также к выходу преобразователя 10. Первый вход элемента 25 подключен к пятому входу блока 11 и первому входу блока 12. Четвертый вход элемента 23 подключен к шестому входу блока 11, а также к выходу блока 12. Выходы ключей 25 и 2k подключены соответственно к первому и второму выходам блока 11, а также к второму и третьему входам блока 12. Выходы элементов 21 и 22 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока 11, а также к первому и второму входам блока 15.

Делитель 26 частоты х постоянным коэффициентом деления К, подключен к выходу генератора 5 импульсов стабильной частоты. Одновибраторы 2 и 28 подключены по входам к датчику 2 скорости потока газа и выходу д лителя 26 соответственно, а по выходам - к первому и второму входам элемента 29 3 ИЛИ. Одновибратор 30 подключен по входу, к выходу одновибратора 9,а по выходу - к R-входу триггера 31. Прямой и инверсный выходы триггера 31 через ключи 32 и 33 подключены соответственно к S- и R-входам триггера З. Инверсный выход триггера 3 подключена третьему входу элемента 3 ИЛИ а .вторые входы ключей 32 и 33 - к выходу одновибратора 9. Выход, элемента 29 3 ИЛИ подключен к пятому входу блока 11 управления и первому входу блока 12 деления частоты.

Устройство работает следующим образом.

Зонд 1 вводится в дегазационную скважину с помощью колонны труб. Датчик 2 скорости потока газа - крыльчатый анемометр приводится во вращение обтекающим его потоком газа. Выходным сигналом датчика 2 являются импульсы с частотой f определяемой частотной характеристикой.

тахометрического датчика , которая выражается формулой

f - av-B,

где V

-скорость потока газа;

-коэффициенты, определяеавмые конструкцией датчика.

Датчик 3 концентрации метана выдает аналоговый сигнал, пропорциональный процентному содержанию метана в каптируемом газе.

Измерение скорости потока газа сводится к отсчету блоком 15 индикации числа импульсов с выхода элемента 29 3 ИЛИ с частотой, пропорциональной скорости потока газа, в течение определенного отрезка времени, задаваемого блоком k формирования времязадающих импульсов. Измерение концентрации метана производится путем отсчета блоком 15 индикации числа импульсов стабильной частоты с выхода генератора 5 в течение отрезка времени, задаваемого преобразователем 10 аналогового сигнала датчика 3 концентрации метана во временной интервал.

В зависимости от положения переключателя 19 прибор может работать в одном из четырех режимов. В первом положении (скользящий контакт замкнут на свободную клемму) цифровыми индикаторами 18 поочередно выс.вечиваются числа, соответствующие скорости потока газа и концентрации метана. Во втором положении .переключателя индицируется только скорость -потока газа, в третьем - только концентрация метана, в четвертом - деби чистого метана при данном давлении и температуре.

Q -и Тип

100 СИ4

В режиме измерения скорости потока газа скользящий контакт переключателя 19 подключен ко второй клемме и сигнал О поступает на инверсный R-вход триггера 20. Импульсы с частотой поступают с выхода генератора 5 на вход делителя 6 частоты с постоянным коэффициентом деления Kj,. Период следования импульсов с выхоДа делителя 6

т - - fi- выбирается таким у чтобы подсчитанное за это время количество импульс с выхода элемента 29 3 ИЛИ с частот fif , пропорциональной скорости потока газа, численно соответствовало д биту газа из скважины Q, f Т Импульс с выхода делителя 6, пришед ший на Т-вход триггера 7 переводит его в единичное состояние. При этом одновибратор 9i формирует кратковременный импульс, который поступае на Т-вход триггера 20, третий и пятый входы элемента 21 . Импульс проходит через втррую группу из объеди ненных по И входов элемента 21 на его выход и поступает на R-вход счетчика 1б, производя его сброс. Триггер 20 прсгдолжает остваться в нулевом состоянии, так как йа его инверсном R-входе постоянно присутствует сигнал О. Импульсы с выхода элемента 29 : 3 ИЛИ поступают на первый вход элемента 23 и, прой дя через первую группу из объединен ных по И входов на его выход, проходят на пятый вход элемента 22. Та как на третий вход элемента 22 пода сигнал 1 с инверсного выхода триг гера 20, а на четверый - сигнал 1 с выхода триггера 7, то частотный сигнал проходит через вторую груп.пу из объединенных по И входов и с выхода элемента 22 поступает на Т-вход счетчика 1б. Отсчет импульсов производится до тех пор, пока триггер 7 находится в единичном состоянии. Следующий импульс с выхода делителя 6 частоты переводит триггер 7 в нулевое состояние ,заканчивается отсчет счетчика 1б и в. нем оказывается зафиксированным число, соответствующее дебиту газа. Двоично-десятичный код этого числа с выходов счетчика l6 поступает на дешифратор 17 и число высве чивается цифровыми индикаторами 18. По обратному фронту импульсов с выхода триггера 7 срабатывает времен ной элемент и с его выхода сигнал О поступает на С-вход триггера 7, запрещая прием информации по Т-входу. Длительностью импульса, выдаваемого одновибратором 8, определяется время,в течение которого индицируется число, записанное в счетчике 16. По окончании импульса с выхода одновибратора 8 снимается запрет приема информации триггером 7 по Т-входу и с приходом следующего импульса с выхода делителя 6 частоты цикл работы прибора .повторяется. Узел, содержащий делитель 2б, одновибраторы 27 и 28, элемент 2Э 3 ИЛИ, служит для коррекции частотной характеристики тахометрического датчика 2 скорости потока газа. Коэффициент деления К делителя 2б выбирается таким, чтобы частота импульсов на его выходе была равгде f - частота импульсов генератора 5 . Одновибраторы 27 и 28 формируют кратковременные импульсы ,о частотами fj и в соответственно. После их сложения элементом 29 3 ИЛИ на его выходе возникают импульсы с частотой f,- g b av-b+b--qv; пропорциональной скорости потока газа. Ограничение длительности импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа и .делителя 2б с помощью одновибраторов 27 и 28 выполнено с целью снижения вероятности их совпадения во времени. Узел-,состоящий из одновибратора 30, триггеров 31, 3 и ключей 32, 33, служит .для запрета прохождения импульсов с выхода делителя 2б через 29 3 ИЛИ при отсутствии сигнала с выхода датчика 2 скорости потока газа. В начале цикла измерения триггер 31 находится в нулевом состоянии.Если в течение цикла измерения с выхода датчика 2 скорости потока газа на S-вхоД триггера 31 поступит хотя бы один импульс, триггер 31 переводится в единичное состояние. С приходом тактового импульса с выхода одновибратора 9 открываются ключи 32, 33 и триггер 3 устанавливается в то же состояние, что и триггер 31. Если триггер 3 находится в единичном состоянии, сигнал О с его нверсного выхода не препятствует прохождению импульсов через элеент 29 3 ИЛИ. При отсутствии импульсов с выхоа датчика 2 скорости потока газа 99 триггера 31 и 3 находятся в нулевом состоянии и сигналом 1 с инверсного выхода триггера 3 накладывается запрет на прохождение корректирующих импульсов с частотой в через элемент 29 3 ИЛИ. По заднему фронту тактового импульса с выхода одновибратора 9 срабатывает одновибратор 30 и импульсом с его выхода триггер 31 переводится в нулевое состояние. Тем самым в каж дом цикле измерения производится контроль существования импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа. В режиме измерения концентрации метана скользящий контакт переключа теля 19 подключен к третьей клемме и сигнал О поступает на инверсный S-вход триггера 20, постоянно под- : держивая его в единичном состояний. Аналоговый сигнал от датчика 3 концентрации метана поступает на первый вхов преобразователя 10 и с приходом сигнала 1 с выхода триггера 7 на второй вход преобразователя 10 с его выхода на третий вход ключаР 2k поступает импульс, длительность которого пропорциональна концентрации метана в газовой смеси. Так же, как и в предыдущем режиме, кратковременный импульс с выхода одновибратора 9, пройдя через элементы 21, производит сброс счетчика 16. Импульсы стабильной частоты с выхода генератора 5 поступают на второй вход ключа 2 и, так как на его первом и третьем входах присутствуют сигналы 1, импульсы с выхода ключа 2, пройдя через первую группу из объединенных по И входов элемента. 22 на его выход,, поступают на Т-вход счетчика 16. Отсчет импульсов счетчиком производится,до тех пор, пока на выходе преобразователя 10 существует сигнал 1. В момент окончания отсчета в счетчике 1б будет зафиксировано число, соответствующее кон- центрации метана в газовой смеси. Масштаб преобразования преобразователем 10 входной величины - сигнала датчика 3 концентрации метана L в выходную - временной интервал Т вы бирается таким образом, чтобы число импульсов стабильной частоты, проше ших с выхода генератора 5 на вход счетчика 1б, численно соответствова6 10 ло концентрации метана в газовой смеси, т.е. С f Т . i « Длительность интервала времени Т при концентрации метана выбирается меньшей, чем длительность Т импульса с выхода триггера 7. При появлении сигнала О на выходе преобразователя 10 закрывается ключ 2 и прекращается отсчет импульсов счетчика 1б. Двоично-десятичный код числа, зафиксированного в счетчике 1б, с его выходов поступает на дешифратор 17 и число высвечивается цифровыми индикаторами 18. По обратному фронту импульса с выхода триггера 7 срабатывает одновибратор 8 и сигнал О с его выхода поступает на С-вход триггера 7 запрещая прием информации по Т-входу. В режиме одновременного измерения концентрации метана и расхода газа скользящий контакт переключателя 19 подключен к первой свободной клемме. В начале каждого цикла измерения импульсы с выхода одновибратора 9 поступают на Т-вход триггера 20, поочередно переводя его в нулевое и единичное состояние. При этом в зависимости от состояния триггера 20 чередуются циклы измерения расхода газа и концентрации метана. В режиме измерения дебита чистого мётана скользящий контакт переключателя 19. подключен к четвертой клемме. В начале цик;1а измерения триггер 20 находится в нулевом состоянии, поддерживая открытым ключ 25 сигналом 1 с инверсного выхода. Импульс с выхода одновибратора 9 через открытый ключ 25 поступает на R-вход счетчика 13, производят его сброс. На втором и четвертом входах элемента 21 присутствуют сигналы О и потому импульс сброса на R-вход счетчика 16 не поступает. По обратному фронту этого импульса триггер 20 переводится в единичное состояние и далее, как в режиме измерения концентрации метана, на выходе ключа 2 появляется серия импульсов, поступающая на Т-вход счетчика 13, На Т-вход счетчика 16 эти импульсы не проходят, так как на втором входе элемента 22 присутствует сигнал О, По окончании отсчета в счетчике 13 будет зафиксировано число, соответствующее концентрации метана в каптируемом газе, а его двоичный код п ступает с выходов счетчика 13 на вход управляемого делителя 14 частоты. Следующий импульс с выхода одновибратора 9 проходит через первую группу из объединенных по И входов элемента 21 н его выход и rioctynaeT на R-вход счетчика 1б,-пр изводя .его сброс. По заднему фронту этого импульса триггер 20 переводится в нулевое состояние и сигнал 1 с его выхода подготавливает вторую группу их объединенных по И входов элемента 22 к прохождению сигнала. Частотный сигнад f. с выхода элемента 29 3 ИЛИ поступает на вход управляемого дели теля Н частоты. iacTOTa сигнала на выходе управляемого делителя 1 час тоты определяется по выражению --f-,. где N - число в двоичном коде на уп СЦ4 равляющих входах делителя; п - количестводвоичных разрядо числа. Если число соотвествует 1001 ной концентрации метана, то выходная частота управляемого делителя 1 частоты определится как г -г - &bOtl 100 Сигнал fg,| пpoxoдит через вторую группу из объединенных по И входов элемента 23, вторую группу из объ-ri единенных по И входов элемента 22 на Т-вход счетчика 16. Далееотсчет производится так же, как в режиме и мерения расхода смеси газа. По окр чании отсчета в счетчике 16 будет зафиксировано число 6с,,,0-СИоо, соответствующее дебиту чистого мет на из скважины при данном давлении И температуре. Использование устройства контроля работы дегазационных скважин поз волит исключить погрешность измерения дебита газа, связанную с порого чувствительности тахометрического датчика скорости потока газа. 6 12 Формула изобретения Устройство для контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик скорости потока газа, блок управления, к входам которого подключены три выхода блока формирования времязадающих импульсов, выход блока деления частоты и через преоЗразователь аналогового сигнала во временной интервал датчик концентрации метана, а выход блока управления подключен к блоку индикации и к первому и второму входам блока деления частоты, о т л и ч .-а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля путем расширения диапаз.она измерений в области малых скоростей потока газа, оно снабжено делителем частоты, тремя одновибраторами, элементом 3 ИЛИ, двумя триггерами и двумя ключами, причем вход делителя частоты подключен к третьему выходу блока формирования времязадающих импульсов, а выход делителя частоты и выход датчика скорости потока газа подключены к входам первого и второго одновибраторов, выходы которых и инверсный первого триггера подключены к входам элемента 3 ИЛИ, выход которого подключен к шестому входу блока управления и к третьему входу блока деления частоты, при этом выход датчика скорбсти потока газа подключен к S-входу второго триггера, к R-входу которого подключен выход третьего одновибратора, прямой и инверсный выходы второго триггера через ключи соединены соответственно с S- и R-входами первого триггера, а вхбд третьего одновибратора и вторые входы ключей подключены к первому выходу блока формирования времязадающих импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Фадеева Ю. П. и Клюпанова В.К. прибор контроля работы дегазационных скважин. Уголь Украины, 1971, №1, с. 32. 2.Авторское свидетельство СССР W 779586, кл. Е 21 F 7/00, 1979 (прототип).