RU2156960C2 - Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation - Google Patents
Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2156960C2 RU2156960C2 RU98104191A RU98104191A RU2156960C2 RU 2156960 C2 RU2156960 C2 RU 2156960C2 RU 98104191 A RU98104191 A RU 98104191A RU 98104191 A RU98104191 A RU 98104191A RU 2156960 C2 RU2156960 C2 RU 2156960C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- mass
- closed tank
- pressure
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где необходимо измерение массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости и управление процессом выдачи газа. The invention relates to measuring equipment and can be used in various industries where it is necessary to measure the mass, flow rate and volume of gas when it is released from a closed tank and control the process of gas delivery.
Известны способы и устройства для измерения расхода газа, дозаторы и счетчики количества, основанные, как правило, на измерениях в движущемся газе при его течении по трубопроводам, в которые устанавливаются сужающие устройства или другие преобразователи расхода [1], которые имеют низкую точность. Известны расходомеры газа и счетчики количества, которые для повышения точности измерений снабжены вычислительными устройствами [2]. Микропроцессорное вычислительное устройство А351-11 [2] предназначено для измерения расхода трех газов и основано на методе обработки информации по алгоритму: логарифм - антилогарифм, что не обеспечивает высокого быстродействия и точности. Наличие в устройстве операционного микропроцессора приводит к повышенной сложности изделия, а следовательно, снижению надежности, увеличению массы и габаритных размеров устройства. Known methods and devices for measuring gas flow, dispensers and quantity counters, based, as a rule, on measurements in moving gas during its flow through pipelines into which constriction devices or other flow converters are installed [1], which have low accuracy. Known gas flow meters and quantity counters, which are equipped with computing devices to increase the accuracy of measurements [2]. A351-11 microprocessor-based computing device [2] is designed to measure the flow of three gases and is based on the method of processing information according to the algorithm: logarithm - antilogarithm, which does not provide high speed and accuracy. The presence in the device of an operational microprocessor leads to increased complexity of the product, and therefore, a decrease in reliability, an increase in the mass and overall dimensions of the device.
Известен способ определения количества веществ в замкнутой емкости с автоматизацией процессов измерений и вычислений [3], где объем вещества в емкости определяют по газодинамическим соотношениям, но способ разработан для низких давлений газа в емкости и не учитывает фактора сжимаемости реальных газов, имеет сложное вычислительное устройство, а также требует значительного задания показателя политропы процесса истечения газа, что приводит к снижению точности метода. There is a method of determining the amount of substances in a closed tank with automation of measurement and calculation processes [3], where the volume of the substance in the tank is determined by gas-dynamic relationships, but the method is designed for low gas pressures in the tank and does not take into account the compressibility factor of real gases, has a complex computing device, and also requires a significant specification of the polytropic index of the gas outflow process, which leads to a decrease in the accuracy of the method.
Наиболее близким по технической сущности к решаемой задаче является устройство для измерения массового расхода истечения газа из емкостей [4], содержащее датчики давления и температур газа в емкости, а также устройство, основанное на частотно-импульсном методе обработки информации, получаемой с датчиков, позволяющее учесть фактор сжимаемости газа в зависимости от давления. Недостатком данного устройства является отсутствие учета зависимости фактора сжимаемости газа от изменения температуры во время его выдачи из емкости, что особенно важно при высоких давлениях газа в емкости. Устройство обладает также невысокими быстродействием и точностью из-за примененного метода обработки информации, кроме того, устройство применяется, в основном, в быстродействующих процессах. The closest in technical essence to the problem being solved is a device for measuring the mass flow rate of gas outflow from containers [4], containing pressure sensors and gas temperatures in the tank, as well as a device based on the frequency-pulse method of processing information received from sensors, allowing to take into account gas compressibility factor depending on pressure. The disadvantage of this device is the lack of consideration of the dependence of the compressibility factor of the gas on temperature changes during its delivery from the tank, which is especially important at high gas pressures in the tank. The device also has low speed and accuracy due to the applied information processing method, in addition, the device is used mainly in high-speed processes.
Устройство [4] основано на способе измерения массового расхода газа из емкости методом цифрового дифференицирования уравнения состояния реального газа, что не дает возможности для определения количества выданного газа. The device [4] is based on a method of measuring the mass flow of gas from a tank by digital differentiation of the equation of state of a real gas, which makes it impossible to determine the amount of gas released.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание способа для измерения массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости и устройства для его осуществления, обладающего повышенной точностью, быстродействием, надежностью, с низкими габаритно-массовыми характеристики. The technical problem solved by the invention is the creation of a method for measuring the mass, flow and volume of gas when it is dispensed from a closed container and a device for its implementation, which has increased accuracy, speed, reliability, with low overall mass characteristics.
Поставленная техническая задача решается тем, что способ измерения массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости и устройство для его осуществления основаны на прямых измерениях состояния газа в емкости и мгновенного определения (с помощью электронного устройства) оставшейся и выданной массы газа, расхода и объема выданного газа. The stated technical problem is solved in that the method of measuring the mass, flow rate and volume of gas when it is released from the closed tank and the device for its implementation are based on direct measurements of the state of the gas in the tank and instantaneous determination (using an electronic device) of the remaining and issued gas mass, flow rate and the volume of gas discharged.
Согласно способу измеряют температуру и давление газа непосредственно в замкнутой емкости и определяют расход газа из замкнутой емкости, причем начальную массу газа в замкнутой емкости определяют с учетом фактора сжимаемости газа в зависимости от давления и температуры по выражению
где P10 - начальное давление газа в емкости, Па;
Vδ - объем замкнутой емкости, м3;
R - газовая постоянная, Дж/кг;
T20 - начальная температура газа в замкнутой емкости, K;
Z - фактор сжимаемости газа, зависящий от давления и температуры газа в замкнутой емкости,
оставшуюся массу газа в замкнутой емкости для каждого момента времени определяют по выражению
где P1 - текущее давление газа в замкнутой емкости, Па;
T2 - текущая температура газа в замкнутой емкости, K;
выданную массу газа определяют по выражению mвыд = mо - mост, массовый расход газа за время Δt определяют по выражению G = mвыд/ Δt, начальный запас газа в замкнутой емкости, приведенный к нормальным условиям, определяют по выражению Vo = mo/ ρo, где ρo - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3, а объем выданного газа, приведенный к нормальным условиям, определяют по выражению Vвыд = mвыд/ ρo.According to the method, the temperature and pressure of the gas are measured directly in the closed container and the gas flow rate from the closed container is determined, and the initial gas mass in the closed container is determined taking into account the compressibility factor of the gas depending on pressure and temperature according to the expression
where P 10 is the initial gas pressure in the tank, Pa;
V δ is the volume of the closed tank, m 3 ;
R is the gas constant, J / kg;
T 20 - the initial temperature of the gas in a closed tank, K;
Z is the gas compressibility factor, depending on the pressure and temperature of the gas in a closed container,
the remaining mass of gas in a closed container for each moment of time is determined by the expression
where P 1 is the current gas pressure in a closed tank, Pa;
T 2 - current gas temperature in a closed tank, K;
the emitted mass of gas is determined by the expression m iss = m o - m ost , the mass flow rate of gas over time Δt is determined by the expression G = m iss / Δt, the initial gas supply in a closed tank, reduced to normal conditions, is determined by the expression V o = m o / ρ o, where ρ o - gas density under normal conditions, kg / m3, and the volume of gas issued given to normal conditions, is determined by the expression V = m vyd vyd / ρ o.
Устройство для измерения массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости содержит датчики давления и температуры, установленные в замкнутой емкости, и электронное устройство, выполняющее обработку информации с датчиков, причем электронное устройство содержит устройство управления, содержащее блок выбора типа газа, выбора измеряемой функции и задания объема замкнутой емкости; двухканальный аналого-цифровой преобразователь; функциональное устройство на носителях памяти (например, на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ)) для определения оставшейся массы газа в замкнутой емкости; дифференцирующее устройство на носителях памяти, например на ПЗУ; цифробуквенный индикатор и устройство сравнения, в которое вводится контролируемый параметр, причем датчики давления и температуры соединены с двухканальным аналого-цифровым преобразователем, вход которого вместе с выходом устройства управления подсоединен к функциональному устройству на носителях памяти для определения оставшейся массы газа в замкнутой емкости, выход которого вместе с выходом устройства управления подсоединен к дифференцирующему устройству на носителях памяти, выход которого подсоединен к цифробуквенному индикатору, и к устройству сравнения, вход которого соединен с выходом устройства управления, а выход устройства сравнения предназначен для выдачи соответствующего сигнала на внешнее исполнительное устройство. A device for measuring the mass, flow rate and volume of gas when it is dispensed from a closed container contains pressure and temperature sensors installed in a closed container, and an electronic device that processes information from the sensors, the electronic device comprising a control device containing a gas type selection unit, measured function and set the volume of the closed tank; two-channel analog-to-digital converter; a functional device on storage media (for example, read-only memory) to determine the remaining mass of gas in a closed container; differentiating device on storage media, for example on ROM; an alphanumeric indicator and a comparison device into which a controlled parameter is entered, the pressure and temperature sensors being connected to a two-channel analog-to-digital converter, the input of which, together with the output of the control device, is connected to a functional device on memory media to determine the remaining mass of gas in a closed tank, the output of which together with the output of the control device is connected to a differentiating device on storage media, the output of which is connected to an alphanumeric indicator torus, and by the comparison device, whose input is connected to the output control unit, and the comparator output for issuing a corresponding signal to an external actuator.
На чертеже изображена блок-схема устройства для измерения массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости по п. 2 формулы. The drawing shows a block diagram of a device for measuring the mass, flow rate and volume of gas when issuing it from a closed tank according to claim 2 of the formula.
Устройство содержит датчик давления газа 1 и датчик температуры газа 2, установленные в замкнутой емкости, устройство управления 3, двухканальный аналого-цифровой преобразователь 4, функциональное устройство на носителях памяти 5, дифференцирующее устройство на носителях памяти 6, цифробуквенный индикатор 7, устройство сравнения 8. The device comprises a gas pressure sensor 1 and a gas temperature sensor 2 installed in a closed container, a control device 3, a two-channel analog-to-digital converter 4, a functional device on memory media 5, a differentiating device on memory media 6, an alphanumeric indicator 7, a comparison device 8.
Устройство работает следующим образом: на устройстве управления 3 выбираются тип газа, требуемая измеряемая функция и задается объем емкости. Необходимые контролируемые параметры устанавливаются на устройстве сравнения 8. The device operates as follows: on the control device 3, the gas type is selected, the required measured function, and the volume of the tank is set. The necessary monitored parameters are set on the comparison device 8.
Аналоговые сигналы с датчиков 1 и 2 преобразуются двухканальным аналого-цифровым преобразователем 4 и поступают на функциональное устройство 5. Функциональное устройство 5 выдает на дифференцирующее устройство 6 мгновенное значение оставшейся массы газа в замкнутой емкости с учетом зависимости фактора сжимаемости Z(P, T), как функции текущих значений давления и температуры. Дифференцирующее устройство при измерении расхода газа производит цифровое дифференцирование по времени входного сигнала, а при измерении выданной массы или объема газа выдает разность между начальным и текущим значением. При измерении оставшейся массы или объема газа оно выдает это значение. С выхода дифференцирующего устройства 6 значение измеренной функции поступает на входы цифробуквенного индикатора 7 и устройства сравнения 8. Устройство сравнения сравнивает полученный результат с заданным и выдает соответствующий сигнал на внешнее исполнительное устройство. The analog signals from sensors 1 and 2 are converted by a two-channel analog-to-digital converter 4 and fed to functional device 5. Functional device 5 provides the differentiating device 6 with an instantaneous value of the remaining gas mass in a closed tank, taking into account the dependence of the compressibility factor Z (P, T), as functions of current pressure and temperature. The differentiating device, when measuring the gas flow rate, digitally differentiates the input signal by time, and when measuring the delivered mass or volume of gas, it gives the difference between the initial and current values. When measuring the remaining mass or volume of gas, it gives this value. From the output of the differentiating device 6, the value of the measured function is supplied to the inputs of the alphanumeric indicator 7 and the comparison device 8. The comparison device compares the result with the set one and provides the corresponding signal to an external actuator.
Предлагаемый способ измерения масс, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости и устройство для его осуществления позволяют:
- увеличить точность измерений за счет учета зависимости фактора сжимаемости газа как функции давления и температуры;
- уменьшить время получения значения требуемой функции до 10 мкс;
- применять изобретение для широкого диапазона давлений и температур газа в емкости, а также для выдачи различных типов газа (водород, гелий, азот, воздух, кислород, природный газ и др.);
- увеличить надежность при простоте, малых габаритах и малой массе.The proposed method for measuring the mass, flow rate and volume of gas when issuing it from a closed tank and a device for its implementation allow:
- increase the accuracy of measurements by taking into account the dependence of the compressibility factor of gas as a function of pressure and temperature;
- reduce the time to obtain the value of the required function to 10 μs;
- apply the invention for a wide range of pressures and temperatures of the gas in the tank, as well as for the issuance of various types of gas (hydrogen, helium, nitrogen, air, oxygen, natural gas, etc.);
- increase reliability with simplicity, small dimensions and low weight.
Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет автоматизировать процессы:
- задать и выдать заданную массу газа;
- задать и выдать заданный объем газа;
- управлять заданным расходом газа.In addition, the invention allows to automate processes:
- set and issue a given mass of gas;
- set and issue a given volume of gas;
- manage a given gas flow rate.
Источники информации
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник - 4-ое изд., перераб и доп. - Л.: Машиностроение, 1989. - 701 с.Sources of information
1. Kremlin P.P. Flowmeters and counters: Reference - 4th ed., Revised and ext. - L.: Engineering, 1989 .-- 701 p.
2. Шорников Е. А. Применение микропроцессорного устройства А351-11 для вычисления расхода природного газа, воздуха и теплоты потока газа, пара. Измерительная техника, 1987, N 6, c. 27 - 28. 2. Shornikov E. A. Application of the microprocessor device A351-11 for calculating the flow rate of natural gas, air and the heat of the gas stream, steam. Measuring equipment, 1987, N 6, c. 27 - 28.
3. Патент РФ N 2079112, кл. G 01 F 17/00 от 10.05.97 "Способ определения объема вещества в замкнутой емкости и устройство для его осуществления". 3. RF patent N 2079112, cl. G 01 F 17/00 of 05/10/97 "Method for determining the volume of a substance in a closed container and device for its implementation."
4. Авторское свидетельство СССР N 594411, кл. G 01 F 1/86 от 25.12.78 "Устройство для измерения массового расхода истечения газа из емкостей". 4. Copyright certificate of the USSR N 594411, cl. G 01 F 1/86 dated 12.25.78 "Device for measuring the mass flow rate of gas outflow from containers".
Claims (1)
где P10 - начальное давление газа в замкнутой емкости, Па;
Vδ - объем замкнутой емкости, м3;
R - газовая постоянная, Дж/кг;
T20 - начальная температура газа в замкнутой емкости, К;
Z - фактор сжимаемости газа, зависящий от давления и температуры газа в замкнутой емкости,
оставшуюся массу газа в замкнутой емкости для каждого момента времени определяют по выражению
P1 - текущее давление газа в замкнутой емкости, Па;
T2 - текущая температура газа в замкнутой емкости, К;
выданную массу газа определяют по выражению:
mвыд. = mо - mост.,
массовый расход газа за время Δt определяют по выражению
G = mвыд./Δt
начальный запас газа в замкнутой емкости, приведенный к нормальным условиям, определяют по выражению
Vо = mо/ρo, где ρo - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3,
а объем выданного газа, приведенный к нормальным условиям, определяют по выражению
Vвыд. = mвыд./ρo,
2. Устройство для измерения массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости, содержащее датчики давления и температуры, установленные в замкнутой емкости, и электронное устройство, выполняющее обработку информации с датчиков, отличающееся тем, что электронное устройство содержит устройство управления, содержащее блок выбора типа газа, выбора измеряемой функции и задания объема замкнутой емкости, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, функциональное устройство на носителях памяти для определения оставшейся массы газа в замкнутой емкости, дифференцирующее устройство на носителях памяти, цифробуквенный индикатор и устройство сравнения, в которое вводится контролируемый параметр, причем датчики давления и температуры соединены с двухканальным аналого-цифровым преобразователем, вход которого вместе с выходом устройства управления подсоединен к функциональному устройству на носителях памяти для определения оставшейся массы газа в замкнутой емкости, выход которого вместе с выходом устройства управления подсоединен к дифференцирующему устройству на носителях памяти, выход которого подсоединен к цифробуквенному индикатору и к устройству сравнения, вход которого соединен с выходом устройства управления, а выход устройства сравнения предназначен для выдачи соответствующего сигнала на внешнее исполнительное устройство.1. The method of measuring the mass, flow rate and volume of gas when issuing it from a closed tank, at which the temperature and pressure of the gas are measured directly in the closed tank and determine the gas flow from the closed tank, characterized in that the initial gas mass in the closed tank is determined taking into account the factor gas compressibility as a function of pressure and temperature as expressed
where P 10 is the initial gas pressure in a closed tank, Pa;
V δ is the volume of the closed tank, m 3 ;
R is the gas constant, J / kg;
T 20 - the initial temperature of the gas in a closed tank, K;
Z is the gas compressibility factor, depending on the pressure and temperature of the gas in a closed container,
the remaining mass of gas in a closed container for each moment of time is determined by the expression
P 1 - current gas pressure in a closed tank, Pa;
T 2 - current gas temperature in a closed tank, K;
the issued mass of gas is determined by the expression:
m vyd. = m o - m rest ,
gas mass flow over time Δt is determined by the expression
G = m ext. / Δt
the initial gas supply in a closed tank, reduced to normal conditions, is determined by the expression
V o = m o / ρ o , where ρ o is the gas density under normal conditions, kg / m 3 ,
and the volume of gas released, reduced to normal conditions, is determined by the expression
V out . = m ext. / ρ o ,
2. A device for measuring the mass, flow rate and volume of gas when it is dispensed from a closed tank, containing pressure and temperature sensors installed in a closed tank, and an electronic device that processes information from sensors, characterized in that the electronic device contains a control device containing a unit for selecting the type of gas, selecting the measured function and setting the volume of the closed capacitance, a two-channel analog-to-digital converter, a functional device on storage media to determine the remaining gas supply in a closed container, a differentiating device on memory carriers, an alphanumeric indicator and a comparison device into which a controlled parameter is entered, the pressure and temperature sensors being connected to a two-channel analog-to-digital converter, the input of which, together with the output of the control device, is connected to a functional device on the carriers memory for determining the remaining mass of gas in a closed tank, the output of which together with the output of the control device is connected to a differentiating device ystvu within the memory, the output of which is connected to an alphanumeric indicator and a comparison device, whose input is connected to the output control unit, and the comparator output for issuing a corresponding signal to an external actuator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98104191A RU2156960C2 (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98104191A RU2156960C2 (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99125893/28A Division RU2176781C2 (en) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | Method of measurement of lift force of gas supplied from closed reservoir and device for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98104191A RU98104191A (en) | 2000-01-10 |
| RU2156960C2 true RU2156960C2 (en) | 2000-09-27 |
Family
ID=20203076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98104191A RU2156960C2 (en) | 1998-03-05 | 1998-03-05 | Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2156960C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548590C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Gas mass detector |
| RU2625255C1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Микрометан" | Method of determining the amount of high-pressure gas released to receiver user |
-
1998
- 1998-03-05 RU RU98104191A patent/RU2156960C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - Л.: 1989, 701 с. Шорников Е.А. Применение микропроцессорного устройства А351-11 для вычисления расхода природного газа, воздуха и теплоты протока газа, пара. Измерительная техника. - 1987, N 6, с.27 и 28. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548590C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Gas mass detector |
| RU2625255C1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-07-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Микрометан" | Method of determining the amount of high-pressure gas released to receiver user |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0052623B1 (en) | Microprocessor controlled valve | |
| US5975126A (en) | Method and apparatus for detecting and controlling mass flow | |
| WO1991018266A1 (en) | Fluid pressure operated volume measurement with level calibration means | |
| CA2683387A1 (en) | Wet gas measurement | |
| US4489592A (en) | Density monitor and method | |
| AU4944593A (en) | Flow meter | |
| US4131015A (en) | Device for measuring mass flow | |
| EP0079942B1 (en) | Flow splitting device for fluid flow meter | |
| RU2156960C2 (en) | Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation | |
| US3898882A (en) | Flow measuring apparatus | |
| Aumanand et al. | A novel method of using a control valve for measurement and control of flow | |
| KR20030060770A (en) | Method and apparatus to measure flow rate | |
| US4597285A (en) | Humidity monitor and method | |
| Johnson et al. | Development of a turbine meter for two-phase flow measurement in vertical pipes | |
| US5088313A (en) | Monitoring pressure interference in gas analyzers | |
| US4628034A (en) | Control of a polymerization reaction | |
| GB2079465A (en) | Measure of true density | |
| US4505147A (en) | Humidity monitor and method | |
| RU2159850C2 (en) | Gear and process conducting gas and hydrodynamic examination of wells | |
| EP0117150A2 (en) | Monitor for detemining an unknown property of a gas or vapor sample | |
| RU1795287C (en) | Method of measuring gas mass flow rate | |
| Stevens | Dynamic calibration of turbine flowmeters by means of frequency response tests | |
| SU935746A1 (en) | Pneumatic density meter for liquids | |
| SU1702249A1 (en) | Method for measuring viscosity of flow in pipeline | |
| JPH09280900A (en) | Method of measuring process volume, measuring device, and plant monitoring device |