UA53652C2

UA53652C2 - Ultrasonic fas flow rate meter

Info

Publication number: UA53652C2
Application number: UA98126657A
Authority: UA
Inventors: Ніколай Фьодоровіч Жук; Юрій Анатолійович Кобилінський; Олександр Федорович Козлов; Александр Федорович Козлов; Світлана Сергійовна Кошова; Валентин Дмитрович Лещенко; Михайло Васильович Мелець; Станіслав Георгійович Нетьосін; Григорій Осипович Осіпов; Міхаіл Трофімовіч Овсянніков; Тарас Михайлович Фреюк; Іван Алєксандровіч Чєрнобай; Анатолій Іванович Шевцов; Анатолий Иванович Шевцов
Original assignee: Відкрите Акціонерне Товариство "Укрспецтехніка"
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2003-02-17

Abstract

The proposed ultrasonic gas flow rate meter contains a testing section of a pipeline with two ultrasonic transducers. The outputs of the ultrasonic transducers are connected accordingly to the first and the second inputs of a switching unit. The third input of the switching unit is connected to the output of a timer via a sounding pulse former. The output of the switching unit is connected to the first input of an arithmetic unit via an input amplifier, a comparator, and a trigger that are connected in series. The second input of the arithmetic unit is connected to the second output of the timer. The proposed device contains also a pulse counter, a unit with N parallel memories connected in series with the second switching unit, and a unit for determining type of gas medium, a unit for forming code corresponding to the standard gas density, a unit for determining correction coefficients, and a recorder that are connected in series. The counting input of the pulse counter is connected to the output of a reference signal generator, and the output of the counter is connected to the inputs of a summing unit and a subtracting unit. The output of the summing unit is connected to the input of each of N memories and the input of the unit for determining type of gas medium. The output of the unit for determining type of gas medium is connected to the control input of the second switching unit. The output of the second switching unit is connected to the third input of the arithmetic unit. The output of the arithmetic unit is connected to the second input of the unit for determining correction coefficients. The output of the subtracting unit is connected to the first input of the arithmetic unit. The proposed meter provides for increasing measurement accuracy in using different gases, the possibility to reduce the measured gas volume to the volume corresponding to the standard gas density, and the possibility to calibrate, verify, and test gas flow meters in mass production.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід належить до техніки вимірювання витрачання газу, зокрема, до побутових ультразвукових 2 витратомірів-лічильників газу і може знайти застосування в житлово-комунальному господарстві, у галузях газової промисловості для точного обліку витрачання газу.The invention belongs to the technique of measuring gas consumption, in particular, to household ultrasonic 2 gas flow meters-counters and can be used in the housing and communal economy, in the gas industry for accurate accounting of gas consumption.

Відомий ультразвуковий витратомір-лічильник газу, в якому для вимірювання масового витрачання використовується додатковий п'єзоелемент, збуджуваний на резонансній частоті, який випромінює акустичні коливання у вимірювану речовину, наприклад, газ (П.П. Кремлевский. Расходомерь! и счетчики количества. Л. 70 "Машиностроение" 1989г.). Напруга, що знімається з п'єзоелементу, пропорційна питомому акустичному опору, який, в свою чергу, пропорційний густоті речовини. Шляхом множення електричного сигналу, створеного цим п'єзоелементом, на величину об'ємного витрачання, яке отримано на основі вимірювання часу поширення акустичного сигналу між двома іншими п'єзоелементами за потоком вимірюваної речовини і проти потоку, визначають добуток об'єму на густину, що дає масове витрачання. Для отримання витрачання газу, приведеного 19 до нормальних умов, необхідно виміряне значення масового витрачання віднести до густини газу при нормальних умовах.A well-known ultrasonic gas flowmeter-meter, in which an additional piezo element excited at a resonance frequency is used to measure mass consumption, which emits acoustic vibrations into the measured substance, for example, gas (P.P. Kremlevsky. Flowmeter! and quantity counters. L. 70 "Mechanical Engineering" 1989). The voltage removed from the piezo element is proportional to the specific acoustic resistance, which, in turn, is proportional to the density of the substance. By multiplying the electric signal generated by this piezo element by the amount of volume consumption, which is obtained on the basis of measuring the propagation time of the acoustic signal between two other piezo elements downstream of the measured substance and against the flow, the product of the volume by the density is determined, which gives massive spending. In order to obtain the consumption of gas reduced 19 to normal conditions, it is necessary to relate the measured value of mass consumption to the density of gas under normal conditions.

Недоліком цього пристрою є невисока точність вимірювання масового витрачання, яка обмежується ультразвуковим амплітудним способом вимірювання густини.The disadvantage of this device is the low accuracy of mass consumption measurement, which is limited by the ultrasonic amplitude method of density measurement.

Найбільш близьким за технічною сутністю є побутовий ультразвуковий витратомір-лічильник газу, зведеного за тиском і температурою до нормальних умов, що містить мірну ділянку трубопроводу з двома вбудованими ультразвуковими перетворювачами, відповідно з'єднаними з першим і другим входом комутатора, третій вхід якого з'єднаний з виходом опорного генератора через таймер, четвертий вхід - з другим виходом таймера через формувач зондуючих імпульсів, а вихід комутатора підключений до першого входу арифметичного пристрою через послідовно з'єднані приймаючий підсилювач, компаратор і триггер, другим входом з'єднаного з другим с 22 виходом таймера, лічильник імпульсів, лічильним входом підключений до виходу опорного генератора, а. (3 виходом - до схеми додавання і схеми віднімання (Патент Японії 5061571, МПК о 01 Е 1/66, 06.09.93).The closest in terms of technical essence is a household ultrasonic flowmeter-meter of gas reduced by pressure and temperature to normal conditions, containing a measuring section of the pipeline with two built-in ultrasonic transducers, respectively, connected to the first and second inputs of the switch, the third input of which is connected with the output of the reference generator through the timer, the fourth input - with the second output of the timer through the shaper of probing pulses, and the output of the commutator is connected to the first input of the arithmetic device through the series-connected receiving amplifier, comparator and flip-flop, the second input is connected to the second output with 22 timer, a pulse counter, the counter input is connected to the output of the reference generator, and. (3 way out - to the addition scheme and the subtraction scheme (Japanese Patent 5061571, IPC 01 E 1/66, 09.06.93).

Відомий пристрій має той недолік, що має високу точність при використанні його для вимірювання витрачання газу, зведеного до значень при опорній температурі лише для одного визначеного складу газу. При переході, наприклад, від вимірювання природного газу до вимірювання парів зрідженого газу необхідно введення с коригуючих коефіцієнтів або коефіцієнтів перерахунку. Ще одним з недоліків відомого пристрою є те, що він 0 фактично зводить виміряний об'єм газу до нормальних умов лише за температурою і тиском і не зводить виміряний об'єм газу до нормальних умов за стандартною густиною. Тому через те, що відомий пристрій не о дозволяє проводити вимірювання різних газів і не дозволяє зводити при цьому результати вимірювань різних со газів до одних і тих же однакових чи нормальних умов за температурою, тиском і густиною, існує проблема 3о перевірки пристроїв за відомим технічним розв'язком стандартними засобами перевірки, у яких в якості робочого о середовища використовується повітря. Саме через відсутність зв'язку між газами за нормальних умов, прототип не дозволяє проводити калібрування і атестацію лічильників у процесі їх масового виробництва, тому що за загальноприйнятими стандартами та за умовами техніки безпеки заборонено використовувати « вибуховонебезпечні гази, зокрема метан, для калібрування і атестації лічильників у процесі їх масового З 50 випуску і для періодичної перевірки в процесі їхньої експлуатації. с В основу винаходу поставлено задачу розробки такого ультразвукового витратоміра-лічильника газу, який за з» рахунок введення принципово нових блоків забезпечив би високу точність при вимірюванні різних газових середовищ, дав змогу зведення виміряного об'єму до стандартної густини газу, можливість калібрування, атестації і перевірки лічильників у процесі їх масового виробництва і забезпечення зв'язку результатів перевірки за різними газами між собою. і-й Поставлена мета досягається тим, що в ультразвуковий витратомір-лічильник газу, що містить мірну ділянку со трубопроводу з двома ультразвуковими перетворювачами, відповідно з'єднаними з першим і другим входом комутатора, третій вхід якого з'єднаний з виходом опорного генератора через таймер, четвертий вхід - з другим б виходом таймера через формувач зондуючих імпульсів, а вихід комутатора підключений до першого входу с 20 арифметичного пристрою через послідовно з'єднані приймаючий підсилювач, компаратор і тригер, другим входом з'єднаного з другим виходом таймера, лічильник імпульсів, лічильним входом підключений до виходу їз опорного генератора, а виходом - до схеми додавання і схеми віднімання, введені послідовно з'єднані М паралельно включених блоків пам'яті та другий комутатор, а також послідовно пов'язані блок визначення типу газового середовища, блок коду стандартної густини, блок визначення коригуючих коефіцієнтів і реєструючий 52 пристрій, причому вихід схеми додавання підключений до входів кожного з М блоків пам'яті і до входу блокуThe known device has the disadvantage that it is highly accurate when used to measure gas consumption reduced to values at a reference temperature for only one defined gas composition. When switching, for example, from the measurement of natural gas to the measurement of liquefied gas vapors, it is necessary to enter correction coefficients or conversion coefficients. Another disadvantage of the known device is that it 0 actually reduces the measured gas volume to normal conditions only in terms of temperature and pressure and does not reduce the measured gas volume to normal conditions in terms of standard density. Therefore, due to the fact that the known device does not allow measurements of different gases and does not allow reducing the results of measurements of different gases to the same or normal conditions in terms of temperature, pressure and density, there is a problem of checking devices according to the known technical development by standard means of inspection, in which air is used as a working medium. Precisely because of the lack of communication between gases under normal conditions, the prototype does not allow calibration and attestation of meters in the process of their mass production, because according to generally accepted standards and safety regulations, it is forbidden to use "explosive gases, in particular methane, for calibration and attestation of meters in the process of their mass Z 50 release and for periodic inspection during their operation. c The invention is based on the task of developing such an ultrasonic flowmeter-gas counter, which, due to the introduction of fundamentally new blocks, would ensure high accuracy when measuring different gas environments, would allow reducing the measured volume to the standard gas density, the possibility of calibration, certification and checking meters in the process of their mass production and ensuring communication of the results of the check for different gases among themselves. The set goal is achieved by the fact that the ultrasonic gas flowmeter-meter, which contains a measuring section of the pipeline with two ultrasonic transducers, respectively, connected to the first and second inputs of the switch, the third input of which is connected to the output of the reference generator through a timer , the fourth input - with the second output of the timer through the generator of probing pulses, and the output of the switch is connected to the first input c 20 of the arithmetic device through the serially connected receiving amplifier, comparator and trigger, the second input is connected to the second output of the timer, the pulse counter, the counter input is connected to the output of the reference generator, and the output is to the addition circuit and the subtraction circuit, serially connected M memory blocks connected in parallel and the second switch are introduced, as well as the block for determining the type of gas medium, the code block of the standard densities, a unit for determining correction coefficients and a recording device 52, and the output of the circuit for adding connected to the inputs of each of the M memory blocks and to the input of the block

ГФ) визначення типу газового середовища, вихід якого з'єднаний з керуючим входом другого комутатора, з'єднаного виходом з третім входом арифметичного пристрою, кодовий вихід якого підключений до другого входу блоку о визначення коригуючих коефіцієнтів, а вихід схеми віднімання зв'язаний з першим входом арифметичного пристрою. 60 Завдяки саме цій сукупності суттєвих ознак досягається основний технічний результат, не притаманний прототипу, а саме - висока точність при вимірюванні витрат газу, який надходить до користувача з різних газових середовищ. Окрім цього досягається можливість зведення виміряного об'єму до стандартної густини газу, а також можливість калібрування, атестації і перевірки ультразвукових витратомірів-лічильників газу у процесі їхнього масового виробництва і забезпечення зв'язку результатів перевірки за різними газами між собою. бо Мірна ділянка ультразвукового витратоміру-лічильника газу може бути оснащена датчиком тиску, вихід якого підключений до другого входу арифметичного пристрою. Це дає можливість враховувати реальні показники тиску газу, який надходить до споживача, а не середнє значення цих показників.HF) determination of the type of gas medium, the output of which is connected to the control input of the second commutator, the output of which is connected to the third input of the arithmetic device, the code output of which is connected to the second input of the block for determining the correction coefficients, and the output of the subtraction circuit is connected to the first input of an arithmetic device. 60 Thanks to this set of essential features, the main technical result, which is not inherent in the prototype, is achieved, namely, high accuracy in measuring the flow of gas that comes to the user from various gas environments. In addition, the possibility of reducing the measured volume to the standard gas density is achieved, as well as the possibility of calibration, attestation and verification of ultrasonic gas flowmeters in the process of their mass production and ensuring the communication of the results of the verification of different gases with each other. because the measuring section of the ultrasonic flowmeter-gas meter can be equipped with a pressure sensor, the output of which is connected to the second input of the arithmetic device. This makes it possible to take into account the real pressure indicators of the gas supplied to the consumer, and not the average value of these indicators.

На кресленні представлена блок-схема ультразвукового витратоміру-лічильника газу, що заявляється.The drawing shows a block diagram of the proposed ultrasonic gas flow meter.

Ультразвуковий витратомір-лічильник газу, містить мірну ділянку 1 трубопроводу з двома вбудованими ультразвуковими перетворювачами 2 і 3, відповідно зв'язаними з першим і другим входом комутатора 4, третій вхід якого зв'язаний з виходом опорного генератора 5 через таймер б, четвертий вхід - з другим виходом таймера б через формувач 7 зондуючих імпульсів, а вихід комутатора 4 підключений до першого входу арифметичного пристрою 8 через послідовно з'єднані приймаючий підсилювач 9, компаратор 10 і тригер 11, 7/0 другим входом зв'язаного з другим виходом таймера 6, лічильник 12 імпульсів, лічильним входом підключений до виходу опорного генератора 5, а виходом - до схеми 13 додавання, і схеми 14 віднімання.The ultrasonic gas flowmeter-meter contains a measuring section 1 of the pipeline with two built-in ultrasonic transducers 2 and 3, respectively connected to the first and second input of the switch 4, the third input of which is connected to the output of the reference generator 5 through the timer b, the fourth input - with the second output of the timer b through the generator 7 of probing pulses, and the output of the switch 4 is connected to the first input of the arithmetic device 8 through the serially connected receiving amplifier 9, the comparator 10 and the flip-flop 11, 7/0 by the second input connected to the second output of the timer 6 , counter 12 pulses, the counter input is connected to the output of the reference generator 5, and the output - to the addition circuit 13, and the subtraction circuit 14.

Ультразвуковий витратомір-лічильник газу також містить послідовно з'єднані М паралельно включених блоків 15.1, 15.2,...15.М пам'яті та другий комутатор 16, а також послідовно пов'язані блок 17 визначення типу газового середовища, блок 18 коду стандартної густини, блок 19 визначення коригуючих коефіцієнтів та реєструючий пристрій 20, причому вихід схеми 13 додавання підключений до входів кожного з М блоків 15.1, 15.2,...15.М пам'яті і до входу блоку 17 визначення типу газового середовища, вихід якого зв'язаний з керуючим входом другого комутатора 16, з'єднаного виходом з третім входом арифметичного пристрою 8, кодовий вихід якого підключений до другого входу блоку 19 визначення коригуючих коефіцієнтів. Вихід схеми 14 віднімання зв'язаний з першим входом арифметичного пристрою 8. Кількість блоків 15.1, 15.2,...15.М пам'яті 2о залежить від кількості газових середовищ, з яких постачається газ (В межах України, наприклад, газ надходить з 15-ти різних газових середовищ, тому М - 15 « 1).The ultrasonic gas flowmeter-counter also contains serially connected M memory blocks 15.1, 15.2,...15.M connected in parallel and the second switch 16, as well as serially connected block 17 for determining the type of gas medium, block 18 of the standard code density, unit 19 for determining correction coefficients and recording device 20, and the output of circuit 13 of addition is connected to the inputs of each of the M blocks 15.1, 15.2,...15.M of memory and to the input of unit 17 for determining the type of gas medium, the output of which is connected to the control input of the second switch 16, the output of which is connected to the third input of the arithmetic device 8, the code output of which is connected to the second input of the unit 19 for determining the correction coefficients. The output of the subtraction circuit 14 is connected to the first input of the arithmetic device 8. The number of blocks 15.1, 15.2,...15.M of the memory 2o depends on the number of gas media from which the gas is supplied (Within Ukraine, for example, gas is supplied from 15 different gas environments, therefore M - 15 « 1).

Мірна ділянка 1 ультразвукового витратоміру-лічильника може бути оснащена датчиком тиску 21, причому вихід датчика тиску 21 підключений до другого входу арифметичного пристрою 8.The measuring section 1 of the ultrasonic flowmeter-counter can be equipped with a pressure sensor 21, and the output of the pressure sensor 21 is connected to the second input of the arithmetic device 8.

Ультразвуковий витратомір-лічильник газу працює наступним чином. сThe ultrasonic flowmeter-gas meter works as follows. with

Вимірювання швидкості потоку і витрачання газу здійснюється на основі випромінювання ультразвукових о сигналів за потоком і проти контрольованого газу, їх розповсюдження за потоком газу і проти нього, перетворення на електричний сигнал з подальшою обробкою. Для цього формувач 7 зондуючих імпульсів за запускаючими імпульсами таймера б формує імпульси з фіксованою амплітудою і заданою тривалістю, що дорівнює половині тривалості періоду резонансної частоти одного з двох ідентичних ультразвукових ду зо перетворювачів 2 або 3. Це необхідно для отримання максимального коефіцієнта передачі ультразвукового сигналу через газ мірної ділянки 1 газопроводу з перетворювачами 2 і 3. Тривалість і період повторення о сформованих імпульсів стабілізується запускаючими імпульсами таймера б, робота якого, в свою чергу, Ге синхронізується високо стабільними коливаннями опорного генератора 5. Період повторення ЇЇ зондуючих імпульсів формувача 7 вибраний достатньо великим і рівним декільком десяткам мілісекунд, що необхідно для ме) з5 поновлення чергового циклу роботи пристрою після повного затухання ультразвукових ревербераційних завад, ю кожен раз виникаючих у мірній ділянці 1 газопроводу між перетворювачами 2 і З після чергового випромінювання у контрольований газ ультразвукового зондуючого імпульсу.Measurement of the flow rate and gas consumption is carried out on the basis of the emission of ultrasonic signals downstream and against the controlled gas, their propagation downstream and against it, conversion into an electrical signal with further processing. For this, the probing pulse generator 7 forms pulses with a fixed amplitude and a given duration, which is equal to half the period of the resonance frequency of one of the two identical ultrasonic transducers 2 or 3, based on the trigger pulses of the timer b. This is necessary to obtain the maximum transmission coefficient of the ultrasonic signal through the gas measuring section 1 of the gas pipeline with transducers 2 and 3. The duration and repetition period o of the formed pulses is stabilized by the starting pulses of the timer b, the operation of which, in turn, is synchronized by the highly stable oscillations of the reference generator 5. The repetition period of the probing pulses of the generator 7 is chosen sufficiently large and equal to several tens of milliseconds, which is necessary for me) z5 renewal of the next cycle of the device after the complete attenuation of ultrasonic reverberation disturbances, which each time arise in the measuring section 1 of the gas pipeline between the converters 2 and З after the next radiation in the controlled th gas of the ultrasonic probing pulse.

У першому, наприклад непарному, циклі вимірювань здійснюється генерування, випромінювання, отримування і обробка ультразвукового сигналу при його поширенні за потоком газу. У цьому випадку таймер 6, « синхронований опорним генератором 5, формує на своєму першому виході сигнал керування комутатором 4, 5 с який переключається таким чином, що вихід формувача 7 зондуючих імпульсів поєднується до ультразвуковогоIn the first, for example, an odd cycle of measurements, the ultrasonic signal is generated, emitted, received, and processed during its propagation along the gas flow. In this case, the timer 6, "synchronized by the reference generator 5, forms at its first output a control signal for the switch 4.5 s, which is switched in such a way that the output of the probe pulse generator 7 is combined with the ultrasonic

Й перетворювача 2, а ультразвуковий перетворювач З з'єднується з входом приймаючого підсилювача 9. Через и?» проміжок часу, що перевищує тривалість перехідних процесів, після переключення комутатора 4, таймер 6 формує на своєму другому виході імпульс, що встановлює триггер 11 у стан, який позначається як 1. Цей же імпульс надходить на вхід формувача 7 зондуючих імпульсів і переводить його в активний стан формування с імпульсу, який з виходу формувача 7 зондуючих імпульсів надходить через комутатор 4 на ультразвуковий перетворювач 2. Акустичний сигнал, що збуджується при цьому ультразвуковим перетворювачем 2, о поширюється у мірній ділянці 1 трубопроводу за потоком газу і приймається ультразвуковим перетворювачем 3, б в якому перетворюється на електричний сигнал, що поступає через комутатор 4 на приймаючий підсилювач 9.And the transducer 2, and the ultrasonic transducer Z is connected to the input of the receiving amplifier 9. Through a period of time exceeding the duration of transient processes, after switching the switch 4, the timer 6 forms a pulse on its second output, which sets the trigger 11 in a state designated as 1. The same pulse enters the input of the probing pulse generator 7 and converts it into an active state of pulse formation from the output of the probing pulse generator 7 through the switch 4 to the ultrasonic transducer 2. The acoustic signal excited by the ultrasonic transducer 2 o propagates in the measuring section 1 of the pipeline along the gas flow and is received by the ultrasonic transducer 3, b c which is converted into an electrical signal that is sent through the switch 4 to the receiving amplifier 9.

Підсилений сигнал з виходу приймаючого підсилювача 9 надходить на вхід компаратора 10, який при о перевищенні сигналом порогового рівня створює на своєму виході імпульс перевищення порогу. На протязіThe amplified signal from the output of the receiving amplifier 9 is fed to the input of the comparator 10, which, when the signal exceeds the threshold level, creates a threshold-exceeding pulse at its output. During

Ге проміжку (4 рівного часовій затримці від початку зондуючого імпульсу до імпульсу перевищення порогу, тригер 11 знаходиться у стані 1, дозволяючи роботу лічильника 12 імпульсів, на лічильний вхід якого надходять імпульси від опорного генератора 5. За імпульсом перевищення порогу, що надходить з компаратора 10 на ов тригер 11, останній встановлюється у стан 0, що припиняє роботу лічильника 12 імпульсів. Вихідний код лічильника 12 імпульсів, що відповідає виміряній часовій затримці їду, рівній часу поширення ультразвукового (Ф) сигналу за потоком газу, надходить на входи схеми 13 додавання і схеми 14 віднімання. ка Через проміжок часу їй, рівний періоду повторення зондуючих імпульсів, формується другий, наприклад парний, цикл вимірювань, при якому здійснюється генерування, випромінювання, отримування і обробка бо ультразвукового сигналу при його поширенні проти потоку газу. У цьому випадку таймер б переключає комутатор 5 таким чином, що вихід формувача 7 зондуючих імпульсів поєднується до ультразвукового перетворювача 3, а перетворювач З з'єднується з входом приймаючого підсилювача 9. В аналогічній послідовності роботи для непарного циклу таймер 6 формує на своєму другому виході імпульс, що встановлює триггер 11 у стан "1", при якому лічильник 12 імпульсів переводиться в лічильний режим. Цей же імпульс 65 переводить формувач 7 зондуючих імпульсів у активний стан формування імпульсу, який з виходу формувача 7 зондуючих імпульсів через комутатор 4 надходить в цьому випадку на ультразвуковий перетворювач 3.Ge interval (4 is equal to the time delay from the beginning of the probing pulse to the threshold exceeding pulse, the trigger 11 is in state 1, allowing the operation of the pulse counter 12, to the counter input of which pulses are received from the reference generator 5. Following the threshold exceeding pulse coming from the comparator 10 on the trigger 11, the latter is set to state 0, which stops the operation of the counter 12 pulses. The output code of the counter 12 pulses, which corresponds to the measured time delay of food, equal to the propagation time of the ultrasonic (F) signal along the gas flow, enters the inputs of the circuit 13 of adding and subtraction scheme 14. ka After a period of time equal to the period of repetition of the probing pulses, a second, for example, a pair measurement cycle is formed, during which the generation, emission, reception and processing of the ultrasonic signal during its propagation against the gas flow is carried out. In this case, the timer b switches the switch 5 in such a way that the output of the generator 7 of probing pulses is combined to the ultrasonic transducer 3, and the transducer C is connected to the input of the receiving amplifier 9. In a similar sequence of operation for an odd cycle, the timer 6 forms a pulse at its second output, which sets the trigger 11 to the "1" state, during which the pulse counter 12 is transferred to counting mode. This same pulse 65 transfers the probing pulse generator 7 to the active state of pulse generation, which in this case is sent to the ultrasonic transducer 3 from the output of the probing pulse generator 7 through the switch 4.

Акустичний сигнал, що збуджується при цьому ультразвуковим перетворювачем 3, поширюється проти потоку газу і приймається ультразвуковим перетворювачем 2, в якому перетворюється на електричний сигнал, що надходить Через комутатор 4 на приймаючий підсилювач 9. Підсилений сигнал з виходу приймаючого Підсилювача 9 надходить на компаратор 10. який при перевищенні сигналом порогового рівня створює на своєму виході імпульс, що встановлює триггер 11 у стан "0", і тим самим робота лічильника 12 імпульсів припиняється.The acoustic signal excited in this case by the ultrasonic transducer 3 propagates against the gas flow and is received by the ultrasonic transducer 2, in which it is converted into an electrical signal that enters through the switch 4 to the receiving amplifier 9. The amplified signal from the output of the receiving amplifier 9 enters the comparator 10. which, when the signal exceeds the threshold level, creates a pulse at its output, which sets the trigger 11 to the "0" state, and thus the operation of the pulse counter 12 stops.

Вихідний код лічильника 12 імпульсів, що відповідає виміряній затримці (5 від початку зондуючого імпульсу до моменту перетину порогового рівня і фактично пропорційний часу поширення ультразвукового сигналу проти потоку газу, надходить на схему 14 віднімання і схему 13 додавання, за допомогою яких, відповідно, 70 здійснюється обчислення різниці затримок (фо - /) і суми затримок (5 я Ц). Вихідний код, що відповідає різниці (5 - М), з виходу схеми 14 віднімання надходить на перший вхід арифметичного пристрою 8.The output code of the counter 12 pulses, which corresponds to the measured delay (5 from the beginning of the probing pulse to the moment of crossing the threshold level and is actually proportional to the propagation time of the ultrasonic signal against the gas flow, enters the subtraction circuit 14 and the addition circuit 13, with the help of which, respectively, 70 calculation of the difference of delays (fo - /) and the sum of delays (5 i C). The output code corresponding to the difference (5 - M) is sent from the output of the subtraction circuit 14 to the first input of the arithmetic device 8.

Вихідний код, що відповідає сумі (15 ж- й), з виходу схеми 13 додавання надходить на М паралельно включених блоків 15.1, 15.2,... 15.М пам'яті і на вихід блоку 17 визначення типу газового середовища. Робота блоків 15.1, 15.2,... 15.М пам'яті, блоку 17 визначення типу газового середовища, як і вся подальша робота /5 ультразвукового витратоміру-лічильника газу, здійснюється за визначеним алгоритмом, функціонування якого випливає з аналізу рівнянь ультразвукового витратоміру-лічильника газу.The output code corresponding to the sum (15th-th), from the output of the circuit 13 of the addition, is sent to the M memory blocks 15.1, 15.2,... 15.M connected in parallel and to the output of the block 17 for determining the type of gas medium. The operation of blocks 15.1, 15.2,... 15.M of the memory, block 17 for determining the type of gas medium, as well as all subsequent work /5 of the ultrasonic flowmeter-gas counter, is carried out according to a defined algorithm, the functioning of which follows from the analysis of the equations of the ultrasonic flowmeter- gas meter.

Об'ємне витрачання С газу за одиницю часу при робочій температурі і тиску Р дорівнює: а-8.м, (1) де: 5 - площа поперечного перерізу мірної ділянки і трубопроводу; м - швидкість потоку газу.The volume consumption of C gas per unit of time at the operating temperature and pressure P is equal to: a-8.m, (1) where: 5 is the cross-sectional area of the measuring section and the pipeline; m - gas flow rate.

Виходячи з маси газу, що проходить через мірну ділянку 1 трубопроводу за одиницю часу, визначимо об'ємне витрачання О0 газу, зведене до значення стандартної густини газу ро при опорних температурі і тиску: сч а -Міва о о 0-53Based on the mass of gas passing through the measuring section 1 of the pipeline per unit of time, we determine the volume consumption О0 of gas, reduced to the value of the standard gas density ро at the reference temperature and pressure: сча -Miva оо 0-53

Во Ро де: М - маса газу в робочих умовах; с зо р - густина газу в робочих умовах;Vo Ro where: M - mass of gas in working conditions; с зор - gas density in working conditions;

О - об'ємне витрачання газу в робочих умовах у відповідності з виразом (1). оO - volume consumption of gas in working conditions in accordance with expression (1). at

Час поширення і; і 5 ультразвуку за потоком газу і проти нього можна представити у вигляді: Ге) і - ЕЕ. і - а 8) о дю я с-у ю де: І - акустична база або довжина мірної ділянки трубопроводу;Spreading time and; and 5 ultrasound along the gas flow and against it can be represented in the form: Ge) and - EE. i - a 8) o du i s-u yu de: I - acoustic base or the length of the measuring section of the pipeline;

С - швидкість ультразвуку в газі.C is the speed of ultrasound in gas.

У цьому випадку рівняння (1) для об'ємного витрачання газу з урахуванням рівнянь (3) представляється у « вигляді: 2 сIn this case, equation (1) for volumetric gas consumption taking into account equations (3) is presented in the form: 2 s

Із(1 5 9 з» вет --ні де 5 - площа поперечного перерізу трубопроводу. 1 Для ультразвукового витратоміру-лічильника газу діаметр поперечного перерізу трубопроводу вибирається сю таким чином, щоб потік газу можна було розглядати як однорідний і такий, що не стискається по всій довжині мірної ділянки трубопроводу. Ця умова виконується, якщо м 2 «« С2 (Г.Г. Шишко, П.М. Енин. Учет расхода газа.Из(1 5 9 z» vet --ni de 5 is the cross-sectional area of the pipeline. 1 For the ultrasonic gas flowmeter-meter, the diameter of the cross-section of the pipeline is chosen in such a way that the gas flow can be considered as homogeneous and incompressible along along the entire length of the measuring section of the pipeline. This condition is fulfilled if m 2 «« С2 (H.G. Shishko, P.M. Enin. Accounting of gas consumption.

Ме Киев. "Урожай". 1993). сл 20 Для звичайного побутового трубопроводу з діаметром 20мм при максимальному витрачанні газу. 10м З/г "з відношення м2/С2 ж 4.10, Отже, рівняння (4) з достатньо високим ступенем точності можна обчислити у вигляді: а--сф-н)-АСНЬ-ВІ 2Me Kyiv. "Harvest". 1993). sl 20 For an ordinary domestic pipeline with a diameter of 20 mm at maximum gas consumption. 10 m З/г "from the ratio m2/С2 and 4.10. So, equation (4) can be calculated with a sufficiently high degree of accuracy in the form: а--сф-н)-АСН-ВИ 2

ГФ) де А - геометричний параметр мірної ділянки 1 трубопроводу.ГФ) where A is the geometric parameter of measuring section 1 of the pipeline.

Ге Швидкість ультразвуку в газі для частот нижчих 109Гц може бути представлена формулою: во се Е- о р де у - показник адіабати газового середовища.Ge The speed of ultrasound in gas for frequencies lower than 109 Hz can be represented by the formula: vo se E- o r de y - the adiabatic index of the gas medium.

Тоді з урахуванням рівнянь (2), (5) та (6) об'ємне витрачання газу, зведене до значення при опорних 65 температурі, тиску і стандартній густині газу ро визначається рівнянням:Then, taking into account equations (2), (5) and (6), the volume consumption of gas, reduced to the value at the reference temperature, pressure and standard density of gas ro is determined by the equation:

дв ОЦtwo OTs

ВоVo

Отримане рівняння (7) є точним вихідним рівнянням ультразвукового витратоміру-лічильника газу, що заявляється як винахід. У відповідності до цього рівняння реалізується алгоритм його роботи. Згідно рівняння (7) арифметичний пристрій 8 здійснює операцію перемноження кодових сигналів, пропорційних різниці часових інтервалів (б - Ц), які подаються на перший його вхід з виходу схеми 14 віднімання, з кодовим сигналом, пропорційним тиску Р, який подається на другий вхід арифметичного пристрою 8 з виходу датчика 21 тиску. 70 Отриманий результат множиться на постійний множник А і на значення показника адіабати у, який для кожного виду газу вибирається за допомогою другого комутатора 16 і корегується за допомогою блоків 15.1, 15.2,.... 15.М пам'яті за сумарною кодовою величиною часу (Т5 ї- Її) поширення ультразвуку в газі, що надходить з виходу схеми 13 додавання на входи блоків 15.1, 15.2,...,. 15.М пам'яті. Блок 17 визначення типу газового середовища також працює по коду сумарної величини (ї2 ж- () і формує на своїх виходах один з М рівнів 75 сигналу, пропорційного типу газового середовища.The resulting equation (7) is the exact output equation of the ultrasonic gas flowmeter-meter claimed as an invention. In accordance with this equation, the algorithm of its work is implemented. According to equation (7), the arithmetic device 8 performs the operation of multiplying code signals proportional to the difference in time intervals (b - Ц), which are fed to its first input from the output of the subtraction circuit 14, with a code signal proportional to the pressure P, which is fed to the second input of the arithmetic device 8 from the output of the pressure sensor 21. 70 The obtained result is multiplied by a constant factor A and by the value of the adiabatic index y, which is selected for each type of gas using the second switch 16 and corrected using memory blocks 15.1, 15.2,.... 15.M by the total time code value (T5 th- Her) the propagation of ultrasound in the gas coming from the output of the circuit 13 addition to the inputs of the blocks 15.1, 15.2,...,. 15.M of memory. Block 17 for determining the type of gas medium also works according to the code of the total value (y2 z- () and forms one of M levels 75 of the signal proportional to the type of gas medium at its outputs.

Така розв'язка обгрунтована тим, що можливі значення швидкості ультразвуку в природному газі для відомих різних родовищ (Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М., "Наука", 1974) при 0"С знаходяться в межах (414 - 431)м/с. Швидкість ультразвуку в повітрі при 0"С знаходиться в межах (328 - 335)м/с. У парах зрідженого газу з різною концентрацією пропану і бутану в суміші при 0"С швидкість ультразвуку знаходиться в межах значень (207 - 226)м/с. Виходячи з цього, можна визначити, що в температурному діапазоні -507С - 507 області можливих значень швидкості ультразвуку в природному газі, повітрі і в парах зрідженого газу не перекриваються. Можливе вимірювання витрачання інших газів, так як кожному з них притаманне своє значення швидкості ультразвуку.This solution is justified by the fact that the possible values of the speed of ultrasound in natural gas for known various deposits (Schlichting. Theory of the boundary layer. Moscow, "Nauka", 1974) at 0"C are within (414 - 431) m/s The speed of ultrasound in air at 0"С is within (328 - 335) m/s. In liquefied gas vapors with different concentrations of propane and butane in a mixture at 0"C, the speed of ultrasound is within the range of (207 - 226) m/s. Based on this, it can be determined that in the temperature range -507C - 507 the region of possible speed values ultrasound in natural gas, air and vapors of liquefied gas do not overlap.It is possible to measure consumption of other gases, as each of them has its own value of ultrasound speed.

У залежності від рівня сигналу, що поступає на вхід другого комутатора 16 з виходу блоку 17 визначення се типу газового середовища, здійснюється вибір другим комутатором 16 показника адіабати у за кодовими о сигналами одного з М паралельно включених блоків 15.1, 15.2,..., 15.М пам'яті, кожний з яких на своєму виході формує код, пропорційний показнику адіабати, у залежності від сумарного часу (б ж /) поширення ультразвуку в газі. Це забезпечує високу точність завдання показника адіабати як функції температури газу.Depending on the level of the signal coming to the input of the second switch 16 from the output of the unit 17 for determining the type of gas medium, the second switch 16 selects the adiabatic indicator y according to the code o signals of one of the M parallel connected blocks 15.1, 15.2,..., 15 .M of memory, each of which at its output forms a code proportional to the adiabatic index, depending on the total time (b z /) of ultrasound propagation in the gas. This ensures high accuracy of the assignment of the adiabatic exponent as a function of gas temperature.

Крім того, кожний з М паралельно включених блоків 15.1, 15.2,..., 15.М пам'яті містить у пам'яті не точно с своє, притаманне даному газу для даної швидкості ультразвуку значення показника адіабати у, а деяке ю попередньо уточнене значенння показника адіабати у, помножене на коригуючий коефіцієнт К, пов'язаний зі зміною профілю потоку газу через мірну ділянку 1 трубопроводу, тобто значення Ку. Це обумовлене тим, що о кожен газ має свою притаманну йому кінематичну в'язкість, тому зі зміною типу газу виникає зміна профілю со потоку, що приводить до відмінних показників витрачання для різних газів. Тому коригуючий коефіцієнт К дозволяє забезпечити зв'язок результатів вимірювань для різних газів між собою. ююIn addition, each of the M memory blocks 15.1, 15.2,..., 15.M connected in parallel contains in the memory not exactly its own value of the adiabatic index y, which is characteristic of a given gas for a given ultrasound speed, and some is pre-specified the value of the adiabatic index y, multiplied by the correction factor K, associated with the change in the profile of the gas flow through the measuring section 1 of the pipeline, i.e. the value of Ku. This is due to the fact that each gas has its own kinematic viscosity, therefore, with a change in the type of gas, there is a change in the profile of the flow, which leads to different consumption indicators for different gases. Therefore, the correction factor K allows you to ensure the connection of the measurement results for different gases with each other. i am

За рівнем сигналу, що поступає з виходу блоку 17 визначення типу газового середовища, блок 18 коду стандартної густини формує на своєму виході паралельний кодовий сигнал стандартної густини, який відповідає тому чи іншому газу. Наприклад, при вимірюванні витрачання метану за сумарним часом (Її ж- б) поширення « ультразвуку в метані блок 17 визначення типу газового середовища формує на своєму виході такий рівень - т0 сигналу, що блок 18 коду стандартної густини формує, в свою чергу, двоїчний паралельний код, що відповідає с стандартній густині метану 0,72г/см3. :з» Отже, з урахуванням коригуючого коефіцієнта К на зміну профілю потоку газу та змінного показника адіабати у, як функції сумарного часу (14 ж б), рівняння, яке описує роботу арифметичного пристрою 8, представляється формуванням на виході арифметичного пристрою 8 кодового сигналу, пропорційного масовому сл витрачанню газу: (95) Опт А КОХ Р.Ф - НУ. (8) б З виходу арифметичного пристрою 8 код масового витрачання газу подається на блок 19 визначення 4! 250 коригуючих коефіцієнтів, у якому ділиться на кодовий сигнал стандартної густини вимірюваного газу, який поступає з блоку 18 коду стандартної густини. Виходячи з рівняння (8) і функції блоку 19 визначення ї» коригуючих коефіцієнтів, вихідний кодовий сигнал блоку 19 визначення коригуючих коефіцієнтів є пропорційним об'ємному витрачанню газу, зведеного до нормальних умов за тиском, температурою і стандартною густиною: 7 дон тео РВ-ЦІО (Ф) Во ВоBased on the level of the signal coming from the output of the unit 17 for determining the type of gas medium, the unit 18 of the standard density code forms at its output a parallel standard density code signal that corresponds to one or another gas. For example, when measuring the consumption of methane according to the total time (Her-b) of the propagation of ultrasound in methane, block 17 for determining the type of gas medium forms at its output such a level - t0 of the signal that block 18 of the standard density code forms, in turn, a binary parallel the code corresponding to the standard methane density of 0.72 g/cm3. :z» Therefore, taking into account the correcting coefficient K for the change in the gas flow profile and the variable adiabatic index y as a function of the total time (14 and b), the equation that describes the operation of the arithmetic device 8 is represented by the formation of a code signal at the output of the arithmetic device 8, proportional to the mass flow of gas consumption: (95) Opt A KOH RF - NU. (8) b From the output of the arithmetic device 8, the code for the mass consumption of gas is fed to block 19 of definition 4! 250 correction coefficients, which is divided by the code signal of the standard density of the measured gas, which comes from block 18 of the standard density code. Based on equation (8) and the function of block 19 for determining the correcting coefficients, the output code signal of block 19 for determining correcting coefficients is proportional to the volume consumption of gas reduced to normal conditions for pressure, temperature and standard density: 7 don teo РВ-ЦИО (F) Wo Wo

Реалізоване рівняння (9) аналогічне вихідному рівнянню (7) і дозволяє отримати високу точність вимірювань об'ємного витрачання газу, зведеного до нормальних умов. бо Вихідний кодовий сигнал з виходу блоку 19 визначення корегуючих коефіцієнтів подається на реєструючий пристрій 20, у якому здійснюється накопичення інформації про сумарний об'єм газу, який пройшов через мірну ділянку 1 трубопроводу.The implemented equation (9) is similar to the original equation (7) and allows obtaining high accuracy of measurements of volumetric gas consumption, reduced to normal conditions. because the output code signal from the output of the block 19 for determining the correcting coefficients is fed to the recording device 20, which accumulates information about the total volume of gas that passed through the measuring section 1 of the pipeline.

Отже, у запропонованому технічному рішенні завдяки новій сукупності суттєвих ознак підвищується точність при вимірюванні різних газових середовищ, причому всі виміряні гази зводяться за об'ємним витрачанням до 65 нормальних умов за температурою, тиском і до стандартної густини, характерної для кожного газу в нормальних умовах. Це дозволяє пов'язувати між собою результати вимірювань об'ємного витрачання різних газів і зводити ці результати до одних і тих же однакових чи нормальних умов за температурою, тиском і густиною. У результаті досягається можливість калібрувати, атестовувати і перевіряти лічильники в процесі їхнього масового виробництва на повітрі та поширювати ці результати на вимірювання об'ємних витрачань інших газів, що відповідає загальноприйнятим стандартам. У принципі роботи запропонованого пристрою закладені, як показано вище, алгоритми, які забезпечують зв'язок результатів вимірювань і перевірок за різними газами між собою.So, in the proposed technical solution, thanks to a new set of essential features, the accuracy when measuring different gas environments is increased, and all measured gases are reduced by volumetric consumption to 65 normal conditions in terms of temperature, pressure and to the standard density characteristic of each gas in normal conditions. This allows you to link the results of measurements of volumetric consumption of different gases and reduce these results to the same or normal conditions for temperature, pressure and density. As a result, it is possible to calibrate, certify and check meters in the process of their mass production in the air and to extend these results to the measurement of volume consumption of other gases, which corresponds to generally accepted standards. The principle of operation of the proposed device includes, as shown above, algorithms that provide communication between the results of measurements and checks for different gases.

Всі функціональні вузли та блоки ультразвукового витратоміру-лічильника газу виконані на основі мікропроцесорного пристрою, що дозволяє отримати його велику надійність при високій точності вимірювань.All functional nodes and blocks of the ultrasonic gas flowmeter-meter are made on the basis of a microprocessor device, which makes it possible to obtain its high reliability with high accuracy of measurements.

Claims

The formula of the invention

1. An ultrasonic gas flowmeter-meter containing a measuring section of the pipeline with two /5 ultrasonic transducers, respectively, connected to the first and second inputs of the switch, the third input of which is connected to the output of the reference generator through a timer, the fourth input to the second output timer through the generator of probing pulses, and the output of the commutator is connected to the first input of the arithmetic device through the series-connected receiving amplifier, comparator and trigger, the second input is connected to the second output of the timer, the pulse counter, the counter input is connected to the output of the reference generator, and the output - to the addition scheme and the subtraction scheme, which differs in that M parallel connected memory blocks and a second switch are additionally introduced in series, as well as a series-connected block for determining the type of gas medium, a block for standard density code, a block for determining corrective coefficients and a recording device, and the output of the addition circuit is connected to inputs of each of the M memory blocks and to the input of the block for determining the type of gas medium, the output of which is connected to the control input of the second circuit of the Commutator, the output of which is connected to the third input of the arithmetic device, the code output of which is connected to the second input of the block for determining the corrective coefficients, and the output of the subtraction circuit is connected to the first input (o) of the arithmetic device.

2. Ultrasonic flowmeter-gas meter according to claim 1, which is characterized by the fact that the measuring section of the pipeline is equipped with a pressure sensor, the output of which is connected to the second input of the arithmetic device. sch IF) (Se) (ze) I c)

- and? 1 (95) (o) 1 Ko) name) 60 b5