RU2610518C1

RU2610518C1 - Device for measuring gas flow rate

Info

Publication number: RU2610518C1
Application number: RU2015148415A
Authority: RU
Inventors: Надежда Алексеевна Бобкова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ДИОТЕХ"
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2017-02-13

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to domestic appliances for measuring consumption of gas and vapors of liquefied gas. Electronic unit is equipped with a comparator, providing automatic determination of level of excess of gas flow rate sensor signal, and a current level shaper, providing a lower level of the input signal at the input of the micro-consuming AC voltage amplifier. Current level shaper is connected to the micro-consuming micro-controller for its additional power supply. Electronic unit is equipped with an infrared pulsed emitter, providing connection to a personal computer, or is additionally equipped with a network interface for integration into an automated system of commercial metering of gas consumption.

EFFECT: technical result is to provide the protection of the electronic unit from instantaneous pulse interference (overvoltage) due to redistribution of energy of gas flow sensor with simultaneous reduction of the capacity of the used battery and increase of its service life.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к бытовым приборам учета расхода газа и паров сжиженного газа, используемых для бытовых целей. Прибор может быть использован для работы в составе автоматизированных систем коммерческого учета газа на различных объектах коммунального хозяйства.The invention relates to household appliances for metering gas flow and vapor of liquefied gas used for domestic purposes. The device can be used to operate as part of automated gas metering systems at various public utilities.

Известен счетчик расхода газа СГБМ-1.6, предназначенный для измерения объема газа при учете его потребления индивидуальными потребителями и содержащий датчик расхода, находящегося в герметичном корпусе и включающего в себя струйный блок и пневмоэлектропреобразователь, электронный блок, производящий усиление и формирование импульсного счета. Он включает в себя также отсчетное устройство, батарею для питания электронного блока, кожух, который закрывает вышеперечисленные элементы, основание в виде тройника для установки на газопровод.The known gas flow meter SGBM-1.6, designed to measure the volume of gas when taking into account its consumption by individual consumers and containing a flow sensor located in a sealed enclosure and including a jet unit and a pneumatic electric converter, an electronic unit that amplifies and generates a pulse account. It also includes a reading device, a battery for powering the electronic unit, a casing that covers the above elements, a base in the form of a tee for installation on a gas pipeline.

Недостатком является небольшой срок эксплуатации вследствие ограниченной емкости элемента питания.The disadvantage is the short life due to the limited capacity of the battery.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения расхода газа, содержащее основание с входным и выходным патрубками, на котором смонтирован герметичный корпус с установленными внутри него температурным датчиком, датчиком расхода газа, включающим пневмоэлектропреобразователь и струйный автогенератор, построенный по многоконтурной системе замкнутых камер, соединенных каналами с низким пневматическим сопротивлением, а также электронный блок, содержащий микропотребляющий усилитель напряжения переменного тока с пьезоэлемента пневмоэлектропреобразователя с фильтрующими цепями и цепью стабилизации тока, микропотребляющий микроконтроллер, управляющий индикацией накопленного объема газа с периодическим сохранением данных в энергонезависимую память, жидкокристаллический индикатор, элемент питания (патент RU 2476829).The closest technical solution is a device for measuring gas flow, containing a base with inlet and outlet nozzles, on which a sealed housing is mounted with a temperature sensor installed inside it, a gas flow sensor, including a pneumatic electric converter and a jet oscillator, built on a multi-circuit system of closed chambers connected by channels with low pneumatic resistance, as well as an electronic unit containing a micro-power amplifier AC voltage with a piezoelectric element of a pneumatic-electric converter with filter circuits and a current stabilization circuit, a micro-consuming microcontroller that controls the indication of the accumulated gas volume with periodic data storage in non-volatile memory, a liquid crystal display, a battery (patent RU 2476829).

Недостатками указанных устройств является наличие помех, которые влияют на точность измерения и искажают результаты измерения в процессе их эксплуатации, а также небольшой срок эксплуатации.The disadvantages of these devices is the presence of interference that affects the accuracy of the measurement and distort the measurement results during their operation, as well as a short life.

Задачей технического решения является увеличение срока эксплуатации устройства и расширение функциональных возможностей.The objective of the technical solution is to increase the life of the device and expand the functionality.

Техническим результатом предложенного устройства является защита электронного блока от мгновенных импульсных помех (перенапряжения) за счет перераспределения энергии датчика расхода газа, с одновременным уменьшением емкости применяемой батареи и увеличением срока ее эксплуатации, а также расширение сервисных возможностей.The technical result of the proposed device is to protect the electronic unit from instantaneous impulse noise (overvoltage) by redistributing the energy of the gas flow sensor, while reducing the capacity of the battery used and increasing its life, as well as expanding service capabilities.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения расхода газа, содержащем основание с входным и выходным патрубками, на котором смонтирован герметичный корпус с установленными внутри него температурным датчиком, датчиком расхода газа, включающим пневмоэлектропреобразователь и струйный автогенератор, построенный по многоконтурной системе замкнутых камер, соединенных каналами с низким пневматическим сопротивлением, а также электронный блок, содержащий микропотребляющий усилитель напряжения переменного тока с пьезоэлемента пневмоэлектропреобразователя с фильтрующими цепями и цепью стабилизации тока, микропотребляющий микроконтроллер, управляющий индикацией накопленного объема газа с периодическим сохранением данных в энергонезависимую память, жидко-кристаллический индикатор, элемент питания, согласно изобретению электронный блок снабжен компаратором, обеспечивающим автоматическое определение уровня превышения сигнала датчика расхода газа и соединенного с формирователем уровня тока, обеспечивающего уменьшение уровня входного сигнала на входе микропотребляющего усилителя напряжения переменного тока и соединенного с микропотребляющим микроконтроллером для его дополнительного питания, при этом электронный блок дополнительно снабжен инфракрасным импульсным излучателем, обеспечивающим подключение к персональному компьютеру, или дополнительно снабжен сетевым интерфейсом для интегрирования в автоматизированную систему коммерческого учета потребления газа.The problem is achieved in that in a device for measuring gas flow, containing a base with inlet and outlet nozzles, on which a sealed enclosure is mounted with a temperature sensor installed inside it, a gas flow sensor including a pneumatic electroconverter and a jet self-oscillator, built on a multi-circuit system of closed chambers, connected by channels with low pneumatic resistance, as well as an electronic unit containing a micropowerful AC voltage amplifier with element of a pneumatic electric converter with filter circuits and a current stabilization circuit, a micro-consuming microcontroller that controls the display of the accumulated gas volume with periodic data storage in non-volatile memory, a liquid crystal indicator, a battery, according to the invention, the electronic unit is equipped with a comparator that automatically determines the level of excess of the gas flow sensor and connected to the shaper current level, providing a decrease in the level of the input signal n and the input of a micropowered AC voltage amplifier and connected to a micropowerful microcontroller for its additional power supply, while the electronic unit is additionally equipped with an infrared pulse emitter that provides connection to a personal computer, or is additionally equipped with a network interface for integration into an automated gas consumption metering system.

Компаратор предназначен для автоматического определения уровня превышения сигнала датчика расхода газа и соединен с формирователем уровня тока. Формирователь уровня тока отбирает избыточную энергию на входе микропотребляющего усилителя, тем самым уменьшает уровень входного сигнала. Выделенную превышающую часть энергии формирователь уровня тока направляет на питание микроконтроллера, соединенного с микропотребляющим усилителем, и на элемент питания (батарея).The comparator is designed to automatically determine the excess level of the gas flow sensor signal and is connected to the current level driver. The current level driver selects excess energy at the input of the micropower amplifier, thereby reducing the level of the input signal. The current level driver is allocated the exceeding part of the energy to the power of the microcontroller connected to the micropower amplifier and to the battery (battery).

В результате такого перераспределения энергии происходит оптимизация работы входного микропотребляющего усилителя, что защищает электронную схему от мгновенных импульсных помех (статическое электричество, наведенные промышленные и природные помехи).As a result of this redistribution of energy, the operation of the input micro-power amplifier is optimized, which protects the electronic circuit from instantaneous impulse noise (static electricity, induced industrial and natural noise).

Наличие дополнительной энергии также позволяет расширить сервисные возможности газового счетчика и ввести сетевой интерфейс для интегрирования в автоматизированную систему коммерческого учета потребления газа (RS485 или CAN). Выбор интерфейса будет определять интегрированная среда сбора информации с приборов учета (электросчетчики, водосчетчики и т.д.). Для больших расстояний (до 1200 м со скоростью 9600 бит/с) для сбора информации применяется RS485. Для расстояний до 100 м целесообразно применять CAN интерфейс для интегрирования газовых счетчиков автоматизированную систему контроля, сбора информации и управления.The presence of additional energy also allows you to expand the service capabilities of the gas meter and introduce a network interface for integration into an automated gas metering system (RS485 or CAN). The choice of interface will be determined by the integrated environment for collecting information from metering devices (electricity meters, water meters, etc.). For large distances (up to 1200 m at a speed of 9600 bps), RS485 is used to collect information. For distances up to 100 m, it is advisable to use the CAN interface to integrate gas meters with an automated monitoring system, information collection and management.

Инфракрасный импульсный излучатель позволяет подключить устройство к персональному компьютеру для сохранения и дальнейшей обработки информации о потреблении газа.An infrared pulse emitter allows you to connect the device to a personal computer to save and further process information about gas consumption.

Заявляемое устройство поясняется чертежами: фиг. 1 и 2.The inventive device is illustrated by drawings: FIG. 1 and 2.

Счетчик газа содержит основание 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. На основании 1 смонтирован герметичный корпус 4, в котором расположены температурный датчик 5 и датчик 6 расхода газа. Датчик 6 расхода газа включает пневмоэлектропреобразователь 7 и струйный автогенератор 8 и электронный блок 9. Струйный автогенератор 8 построен по многоконтурной системе замкнутых камер, соединенных каналами с низким пневматическим сопротивлением. Электронный блок 9 содержит микропотребляющий усилитель 10 напряжения переменного тока с пневмоэлектропреобразователя 7 с фильтрующими цепями и цепью стабилизации тока. Электронный блок 9 содержит микропотребляющий микроконтроллер 11, жидкокристаллический индикатор 12, элемент питания 13 и компаратор 14. Компаратор 14 соединен с формирователем уровня тока 15, обеспечивающего уменьшение уровня входного сигнала на входе микропотребляющего усилителя 10 напряжения переменного тока. Формирователь уровня тока 15 соединен с микропотребляющим микроконтроллером 11 для его дополнительного питания и инфракрасным импульсным излучателем 16 или сетевым интерфейсом 17. Счетчик газа содержит также пьезоэлемент 18, находящийся в пневмоэлектропреобразователе 7, и разъем 19 для подсоединения счетчика к компьютеру установки калибровки и поверки счетчиков газа.The gas meter contains a base 1 with an inlet pipe 2 and an outlet pipe 3. On the base 1, a sealed housing 4 is mounted, in which a temperature sensor 5 and a gas flow sensor 6 are located. The gas flow sensor 6 includes a pneumatic electroconverter 7 and a jet self-oscillator 8 and an electronic unit 9. The jet self-generator 8 is constructed according to a multi-circuit system of closed chambers connected by channels with low pneumatic resistance. The electronic unit 9 comprises a micro-power amplifier 10 for an alternating current voltage from a pneumatic electro-converter 7 with filter circuits and a current stabilization circuit. The electronic unit 9 includes a micro-consuming microcontroller 11, a liquid crystal indicator 12, a battery 13 and a comparator 14. The comparator 14 is connected to a current level driver 15, which reduces the input signal level at the input of the micro-power AC voltage amplifier 10. The current level generator 15 is connected to a micro-consuming microcontroller 11 for its additional power supply and an infrared pulse emitter 16 or a network interface 17. The gas meter also contains a piezoelectric element 18 located in the pneumoelectric transducer 7, and a connector 19 for connecting the meter to the calibration calibration and calibration computer for gas meters.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Принцип действия заявляемого устройства для измерения расхода газа основан на линейной зависимости частоты колебаний струи в струйном автогенераторе от расхода газа, прошедшего через этот генератор. Газ через входной патрубок 2 основания 1 поступает в струйный автогенератор 8 датчика расхода газа 6, установленный в герметичном корпусе 4, и выходит через выходной патрубок 3. Принцип работы струйного автогенератора 8 основан на работе многокаскадного струйного элемента, каждый каскад которого состоит из струйного дискретного элемента. Работа струйного дискретного элемента основана на возникновении пульсации струи в системе каналов в результате эффекта Коанда и эффекта внутренней обратной связи, пропорциональной расходу газа. Пульсации струи воспринимаются пневмоэлектропреобразователем 7 датчика расхода газа 6, соединенным каналами со струйным автогенератором 8. В результате пульсаций струйного автогенератора 8 в замкнутых камерах пневмоэлектропреобразователя 7 возникает перепад давления, который в свою очередь приводит к микродеформации пьезоэлемента 18 пневмоэлектропреобразователя 7. Из-за деформации пьезоэлемента 18 на его выводах возникает переменное напряжение с частотой, пропорциональной расходу газа. Переменное напряжение с выводов пьезоэлемента 18 подают на микропотребляющий усилитель 10 напряжения переменного тока, расположенный в электронном блоке 9. При расчетах расхода газа в электронном блоке 9 учитывают показания датчика температуры 5, установленного в корпусе 4.The principle of operation of the inventive device for measuring gas flow is based on a linear dependence of the oscillation frequency of the jet in the jet self-oscillator from the gas flow passing through this generator. Gas through the inlet pipe 2 of the base 1 enters the jet generator 8 of the gas flow sensor 6, installed in a sealed housing 4, and exits through the outlet pipe 3. The principle of operation of the jet generator 8 is based on the operation of a multi-stage inkjet element, each stage of which consists of a discrete inkjet element . The operation of the discrete inkjet element is based on the occurrence of jet pulsation in the channel system as a result of the Coanda effect and the effect of internal feedback proportional to the gas flow rate. The pulsations of the jet are perceived by the pneumoelectric transducer 7 of the gas flow sensor 6, connected by channels to the jet self-oscillator 8. As a result of pulsations of the jet self-generator 8 in the closed chambers of the pneumatic transducer 7, a pressure drop occurs, which in turn leads to microdeformation of the piezoelectric element 18 of the pneumatic transducer 7. Due to deformation of the piezoelectric element 18 at its terminals there is an alternating voltage with a frequency proportional to the gas flow. An alternating voltage from the terminals of the piezoelectric element 18 is supplied to a micro-consuming amplifier 10 of an AC voltage located in the electronic unit 9. When calculating the gas flow in the electronic unit 9, the readings of the temperature sensor 5 installed in the housing 4 are taken into account.

Информация о накопленном расходе газа передается на сетевой интерфейс 17, а информация о текущем литровом расходе газа передается на инфракрасный импульсный излучатель 16.Information about the accumulated gas flow is transmitted to the network interface 17, and information about the current liter gas flow is transmitted to the infrared pulse emitter 16.

Микропотребляющий микроконтроллер 11 управляет индикацией накопленного объема газа и периодически сохраняет данные в энергонезависимой памяти микроконтроллера 11. Компаратор 14 обеспечивает автоматическое определение уровня превышения сигнала датчика расхода газа 6.The micro-consuming microcontroller 11 controls the indication of the accumulated gas volume and periodically saves data in the non-volatile memory of the microcontroller 11. The comparator 14 provides automatic determination of the level of excess of the signal of the gas flow sensor 6.

Усиленный сигнал преобразуют в прямоугольные импульсы, которые и подаются на вход микроконтроллера 11 для выполнения расчетов вычисления расхода газа с учетом корректирующих коэффициентов и параметров давления и температуры с датчика температуры 5.The amplified signal is converted into rectangular pulses, which are fed to the input of the microcontroller 11 to perform calculations of calculating the gas flow taking into account the correction factors and pressure and temperature parameters from the temperature sensor 5.

Корректирующие коэффициенты и дополнительные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера 11 с помощью внешних аппаратно-программных средств через разъем 19. Уровень сигнала на входе микропотребляющего усилителя 10 автоматически поддерживается при помощи компаратора 14 совместно с формирователем уровня тока 15. Излишки энергии пьезоэлемента 18, определяемые компаратором 14 через формирователь уровня тока 15, поступают на питание микропотребляющего микроконтроллера 11, что приводит к снижению потребления тока от элемента питания 13.Correction coefficients and additional parameters are stored in the non-volatile memory of the microcontroller 11 using external hardware and software via connector 19. The signal level at the input of the micropower amplifier 10 is automatically supported by the comparator 14 together with the current level driver 15. The excess energy of the piezoelectric element 18 determined by the comparator 14 through the current level driver 15, they are powered by a micro-consuming microcontroller 11, which leads to a decrease in current consumption from the element 13 is the power supply.

Информация о накопленном расходе газа выводится на жидкокристаллический индикатор 12. Данные о накопленном расходе периодически сохраняются в энергонезависимой памяти микропотребляющего микроконтроллера 11, что предотвращает несанкционированное изменение накопленного расхода газа и позволяет снять данные о накопленном расходе даже после отключения схемы от элемента питания 13.Information about the accumulated gas flow rate is displayed on the liquid crystal indicator 12. Data on the accumulated flow rate are periodically stored in the non-volatile memory of the micro-consuming microcontroller 11, which prevents unauthorized changes in the accumulated gas flow rate and allows you to remove data on the accumulated gas flow even after disconnecting the circuit from the battery 13.

Микропотребляющий усилитель 10 переменного тока обеспечивает усиление переменного напряжения, поступающего с пьезоэлемента 18. Схема усилителя заявленного устройства имеет фильтрующие цепи для эффективного выделения полезного низкочастотного сигнала и подавления высокочастотных помех. Схема подключения микропотребляющего усилителя 10 не зависит от частоты входного сигнала с пневмоэлектропреобразователя 7, что приводит к стабилизации энергопотребления всей схемы и обеспечивает стабильность характеристик устройства.A micro-consuming AC amplifier 10 provides amplification of the alternating voltage coming from the piezoelectric element 18. The amplifier circuit of the claimed device has filter circuits for efficiently extracting a useful low-frequency signal and suppressing high-frequency interference. The connection diagram of the micropower amplifier 10 is independent of the frequency of the input signal from the pneumoelectric transducer 7, which leads to stabilization of the energy consumption of the entire circuit and ensures the stability of the characteristics of the device.

Введение схемы динамического перераспределения энергии датчика расхода газа позволяет отказаться от ручной регулировки уровня входного сигнала. Рабочие режимы ручной регулировки изменяются в процессе эксплуатации из-за «старения» электронных компонентов. Динамическое перераспределение выполняет функцию автоматического ограничения входного сигнала и «старение» электронных компонентов не влияет на рабочие режимы, т.к. они динамически удерживаются обратными связями.The introduction of a dynamic energy redistribution scheme for a gas flow sensor allows you to abandon manual adjustment of the input signal level. The operating modes of manual adjustment change during operation due to the "aging" of electronic components. Dynamic redistribution performs the function of automatically limiting the input signal and the “aging” of electronic components does not affect the operating modes, because they are dynamically held by feedbacks.

Схема динамического перераспределения энергии датчика расхода газа выполняет функцию мгновенной защиты электронного блока от перенапряжения. В аналогах такая защита не предусмотрена.The dynamic energy redistribution circuit of the gas flow sensor performs the function of instantaneous protection of the electronic unit against overvoltage. In analogues, such protection is not provided.

Введение схемы динамического перераспределения энергии датчика расхода газа позволяет уменьшить нагрузку на батарею питания, что увеличивает ресурс батареи и самого газового счетчика и позволяет использовать батарею с меньшей емкостью.The introduction of a dynamic energy redistribution scheme for a gas flow sensor can reduce the load on the power battery, which increases the life of the battery and the gas meter itself and allows the use of a battery with a lower capacity.

Claims

A device for measuring gas flow, comprising a base with inlet and outlet nozzles, on which a sealed enclosure is mounted with a temperature sensor installed inside it, a gas flow sensor including a pneumatic electroconverter and a jet oscillator built on a multi-circuit system of closed chambers connected by channels with low pneumatic resistance, as well as an electronic unit containing a micropowerful AC voltage amplifier with a piezoelectric element of a pneumoelectric transducer with filter circuits and a current stabilization circuit, a micro-consuming microcontroller that controls the indication of the accumulated gas volume with periodic data storage in non-volatile memory, a liquid crystal indicator, a battery, characterized in that the electronic unit is equipped with a comparator that automatically determines the level of excess of the gas flow sensor and connected to a current level driver providing a decrease in the input signal level at the input of a micropower amplifier alternating current and connected to a micro-consuming microcontroller for its additional power supply, while the electronic unit is additionally equipped with an infrared pulse emitter that provides connection to a personal computer, or is additionally equipped with a network interface for integration into an automated system for commercial metering of gas consumption.