RU210797U1

RU210797U1 - Electronic gas volume corrector

Info

Publication number: RU210797U1
Application number: RU2021126789U
Authority: RU
Inventors: Елена Владимировна Кудрявцева
Original assignee: Елена Владимировна Кудрявцева
Priority date: 2021-09-12
Filing date: 2021-09-12
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к электронным корректорам объема газа, и может найти применение для коммерческого учета объема газа при рабочих и стандартных условиях в составе узлов учета природного газа в газораспределительных сетях низкого давления. Электронный корректор содержит пыле- и влагозащищённый корпус, микроконтроллер, управляющий всем устройством; энергонезависимую память, подключенную к микроконтроллеру; входной канал, к которому подключен термопреобразователь сопротивления, измеряющий температуру газа, и при помощи аналого-цифрового преобразователя подключенный к микроконтроллеру; входной канал, к которому подключен датчик импульсов, устанавливаемый на газовый счетчик; выходные каналы для передачи данных от микроконтроллера во внешнюю систему обработки результатов измерений в виде различных комбинаций проводных, беспроводных и оптических каналов связи; прочие входы и выходы (в том числе позволяющие подключать внешнее питание); органы управления (кнопки); экран для визуального отображения различной информации; встроенный источник питания (батарея или аккумулятор), интегральный датчик атмосферного давления, соединенный с микроконтроллером, и специальный клапан выравнивания давления, соединяющий внутреннюю полость корпуса корректора с атмосферой через микроотверстия, обеспечивающие циркуляцию воздуха, и гидрофобную мембрану, которая пропускает молекулы газа, но отбрасывает жидкость и твердые частицы. Использование полезной модели обеспечивает расширение функциональных возможностей корректора (измерение атмосферного давления) и повышение точности измерений в газораспределительных сетях низкого давления без усложнения технологии монтажа изделия. 1 ил.The utility model relates to the field of measuring technology, in particular to electronic gas volume correctors, and can be used for commercial metering of gas volume under operating and standard conditions as part of natural gas metering units in low-pressure gas distribution networks. The electronic corrector contains a dust- and moisture-proof housing, a microcontroller that controls the entire device; non-volatile memory connected to the microcontroller; an input channel to which a resistance thermal converter is connected, which measures the gas temperature, and is connected to the microcontroller using an analog-to-digital converter; an input channel to which a pulse sensor is connected, which is installed on a gas meter; output channels for transmitting data from the microcontroller to an external system for processing measurement results in the form of various combinations of wired, wireless and optical communication channels; other inputs and outputs (including those allowing to connect external power supply); controls (buttons); screen for visual display of various information; a built-in power source (battery or accumulator), an integral atmospheric pressure sensor connected to the microcontroller, and a special pressure equalization valve that connects the internal cavity of the corrector body with the atmosphere through micro-holes that provide air circulation, and a hydrophobic membrane that allows gas molecules to pass through, but rejects liquid and solid particles. The use of the utility model provides for expanding the functionality of the corrector (measuring atmospheric pressure) and improving the accuracy of measurements in low-pressure gas distribution networks without complicating the installation technology of the product. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к электронным корректорам объема газа, и может найти применение для коммерческого учета объема газа при рабочих и стандартных условиях в составе узлов учета природного газа в газораспределительных сетях низкого давления.The utility model relates to the field of measuring technology, in particular to electronic gas volume correctors, and can be used for commercial metering of gas volume under operating and standard conditions as part of natural gas metering units in low-pressure gas distribution networks.

Известен корректор расхода газа (патент РФ №35430 опубликовано 10.01.2004), содержащий формирователь сигналов от токовых датчиков, входы, к которым подключены два температурных датчика, коммутатор сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), центральный процессор, энергонезависимые часы, интерфейсы с компьютером и внешним принтером, энергонезависимую память, переносной блок накопления и хранения информации, блок индикации. Недостатком данного устройства является отсутствие каких-либо средств измерения давления и учета его влияния на расход (объем) газа, что уменьшает точность измерений.A gas flow corrector is known (RF patent No. 35430 published on January 10, 2004), containing a signal generator from current sensors, inputs to which two temperature sensors are connected, a signal switch, an analog-to-digital converter (ADC), a central processor, a non-volatile clock, interfaces with computer and external printer, non-volatile memory, portable unit for accumulation and storage of information, display unit. The disadvantage of this device is the lack of any means of measuring pressure and taking into account its effect on the flow rate (volume) of gas, which reduces the accuracy of measurements.

Известен блок коррекции объема газа Флоугаз производства компании ООО ЭПО “Сигнал”, г. Энгельс-19 (руководство по эксплуатации СЯМИ.408843-623 РЭ), содержащий пыле- и влагозащищенный корпус, вычислитель микропроцессорный с дисплеем, клавиатурой, автономным источником питания, преобразователь абсолютного (избыточного) давления, преобразователь перепада давления, термопреобразователь температуры газа, энергонезависимую память, интерфейсы обмена данными с внешними устройствами (оптический и проводные). Устройство предназначено для коммерческого и технологического учета газа на газораспределительных станциях и газораспределительных пунктах промышленных предприятий и объектов коммунального хозяйства. Обычно корректоры такого типа используются совместно с промышленными магистральными счетчиками (ротационными, турбинными, вихревыми, ультразвуковыми, струйными счетчиками газа) и устанавливаются в газовых сетях среднего или высокого давления. Применение подобного устройства с диафрагменными счетчиками бытовыми потребителями, на предприятиях общественного питания, небольших котельных и т.п. технически более сложно и поэтому экономически нецелесообразно. Недостатком данного устройства является сложность подключения, в том числе из-за использования внешних преобразователей давления, а также предъявлением дополнительных требований к монтажу устройства т.к. подключение датчиков абсолютного или избыточного давления газа осуществляется при помощи устройств для отбора давления из трубопровода. Это приводит к более высоким затратам по сравнению с электронными корректорами, осуществляющими коррекцию объема газа только по температуре.A well-known block for correcting the volume of gas Flougaz manufactured by the company EPO Signal, Engels-19 (operation manual SYaMI.408843-623 RE), containing a dust and moisture-proof housing, a microprocessor calculator with a display, keyboard, autonomous power source, converter absolute (gauge) pressure, differential pressure transducer, gas temperature thermocouple, non-volatile memory, data exchange interfaces with external devices (optical and wired). The device is designed for commercial and technological gas metering at gas distribution stations and gas distribution points of industrial enterprises and public utilities. Typically, correctors of this type are used in conjunction with industrial main meters (rotary, turbine, vortex, ultrasonic, jet gas meters) and are installed in medium or high pressure gas networks. The use of such a device with diaphragm meters by household consumers, at public catering establishments, small boiler houses, etc. technically more difficult and therefore economically impractical. The disadvantage of this device is the complexity of connection, including due to the use of external pressure transducers, as well as the presentation of additional requirements for the installation of the device. connection of sensors of absolute or excess pressure of gas is carried out by means of devices for selection of pressure from the pipeline. This leads to higher costs compared to electronic correctors that correct gas volume only for temperature.

В качестве прототипа был выбран корректор объема газа ТС-220, созданный ООО “Эльстер Газэлектроника”, г. Арзамас (руководство по эксплуатации ЛГТИ.407228.020 РЭ), ориентированный на использование бытовыми потребителями. Корректор содержит пыле- и влагозащищенный корпус, микроконтроллер, энергонезависимую память, внешний датчик импульсов от счетчика газа, внешний термометр сопротивления, внутренний источник питания (батарея), пленочную клавиатуру, дисплей, оптический и проводной интерфейс взаимодействия с внешней системой обработки результатов измерений. Недостатком прототипа является то, что у него отсутствует возможность учитывать влияние давления на объем газа, а давление газа при расчете коэффициента коррекции принимается условно-постоянным (задается в настройках корректора).As a prototype, a gas volume corrector TS-220 was chosen, created by Elster Gaselectronics LLC, Arzamas (operation manual LGTI.407228.020 RE), focused on use by household consumers. The corrector contains a dust- and moisture-proof housing, a microcontroller, non-volatile memory, an external sensor of impulses from a gas meter, an external resistance thermometer, an internal power supply (battery), a membrane keyboard, a display, an optical and wired interface for interaction with an external system for processing measurement results. The disadvantage of the prototype is that it does not have the ability to take into account the effect of pressure on the volume of gas, and the gas pressure when calculating the correction factor is assumed to be conditionally constant (set in the corrector settings).

Методика вычисления объема газа, приведенного к нормальным условиям, определяется ГОСТ Р 8.882-2015 по формуле 1 следующим образом:The method for calculating the volume of gas reduced to normal conditions is determined by GOST R 8.882-2015 according to formula 1 as follows:

V_C=V·C (1), V _C \u003d V C (1),

где V_C - объем газа, вычисленный при стандартных условиях;where V _C is the volume of gas calculated under standard conditions;

V - рабочий объем газа;V is the working volume of gas;

C - коэффициент коррекции, вычисляемый по формуле 2, приведенной ниже.C is the correction factor calculated according to formula 2 below.

В свою очередь коэффициент коррекции вычисляется следующим образом:In turn, the correction factor is calculated as follows:

где К_п - подстановочное значение коэффициента сжимаемости газа;where K _p - substitution value of the gas compressibility factor;

Р_атм - атмосферное давление;P _atm - atmospheric pressure;

Р_изб - подстановочное значение избыточного давления газа;R _izb - substitution value of excess gas pressure;

Р_с - стандартное значение давления газа;P _with - standard value of gas pressure;

Т_с - стандартное значение температуры газа;T _with - the standard value of the gas temperature;

Т - температура газа.T is the temperature of the gas.

Следует учитывать, что в соответствии с ГОСТ Р 54983-2012 в газораспределительных сетях низкого давления избыточное давление газа не должно превышать 5 кПа, а колебания атмосферного давления в течение года в одном и том же населенном пункте могут более чем в 1,5 раза превышать это значение. Например, в Санкт-Петербурге за 2015 году разброс значений атмосферного давления составил более 8,5 кПа. Также более 8,5 кПа составил разброс значений атмосферного давления за 2016 год в Челябинске, более 7 кПа в 2019 году в Москве и т.д. Источником приведенных сведений являются открытые данные измерений погодных условий, передаваемые международными системами наблюдения за погодой METAR и SYNOP.It should be taken into account that, in accordance with GOST R 54983-2012, in low-pressure gas distribution networks, the excess gas pressure should not exceed 5 kPa, and atmospheric pressure fluctuations during the year in the same settlement can exceed this by more than 1.5 times. meaning. For example, in St. Petersburg in 2015, the spread of atmospheric pressure values was more than 8.5 kPa. Also, more than 8.5 kPa was the spread of atmospheric pressure values for 2016 in Chelyabinsk, more than 7 kPa in 2019 in Moscow, etc. The source of the given information is the open data of measurements of weather conditions transmitted by the international weather observation systems METAR and SYNOP.

Так как коэффициент коррекции объема газа пропорционален давлению, то можно сделать вывод, что отсутствие учета влияния колебаний атмосферного давления при расчете коэффициента также приведет к разбросу значений объема газа, посчитанного при стандартных условиях, до 8% и более (с учетом факта того, что значение нормального атмосферного давления принимается равным 101,325 кПа).Since the gas volume correction factor is proportional to the pressure, it can be concluded that the failure to take into account the influence of atmospheric pressure fluctuations when calculating the coefficient will also lead to a scatter in the values of the gas volume calculated under standard conditions, up to 8% or more (taking into account the fact that the value normal atmospheric pressure is assumed to be 101.325 kPa).

Технической задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей (измерение атмосферного давления) и повышение точности измерений объема газа в газораспределительных сетях низкого давления путем учета влияния атмосферного давления без усложнения технологии монтажа изделия.The technical objective of the proposed utility model is to expand the functionality (measurement of atmospheric pressure) and improve the accuracy of measuring the volume of gas in low-pressure gas distribution networks by taking into account the influence of atmospheric pressure without complicating the installation technology of the product.

Задача решается тем, что электронный корректор объема газа, содержащий пыле- и влагозащищенный корпус и имеющий в своем составе: микроконтроллер, управляющий всем устройством; энергонезависимую память, подключенную к микроконтроллеру; входной канал, к которому подключен термопреобразователь сопротивления, измеряющий температуру газа и при помощи аналогово-цифрового преобразователя подключенный к микроконтроллеру; входной канал, к которому подключен датчик импульсов, устанавливаемый на газовый счетчик; выходные каналы для передачи данных от микроконтроллера во внешнюю систему обработки результатов измерений в виде различных комбинаций проводных, беспроводных и оптических каналов связи; прочие входы и выходы (в том числе позволяющие подключать внешнее питание); органы управления (кнопки); экран для визуального отображения различной информации; встроенный источник питания (батарея или аккумулятор), причем дополнительно внутри корпуса электронного корректора введен интегральный датчик атмосферного давления, соединенный с микроконтроллером, и специальный клапан выравнивания давления, соединяющий внутреннюю полость корпуса корректора с атмосферой через микроотверстия, обеспечивающие циркуляцию воздуха, и гидрофобную мембрану, которая пропускает молекулы газа, но отбрасывает жидкость и твердые частицы.The problem is solved by the fact that an electronic gas volume corrector containing a dust- and moisture-proof housing and comprising: a microcontroller that controls the entire device; non-volatile memory connected to the microcontroller; an input channel to which a resistance thermal converter is connected, which measures the gas temperature and is connected to the microcontroller using an analog-to-digital converter; an input channel to which a pulse sensor is connected, which is installed on a gas meter; output channels for transmitting data from the microcontroller to an external system for processing measurement results in the form of various combinations of wired, wireless and optical communication channels; other inputs and outputs (including those allowing to connect external power supply); controls (buttons); screen for visual display of various information; built-in power source (battery or accumulator), moreover, an integral atmospheric pressure sensor connected to the microcontroller and a special pressure equalization valve connecting the internal cavity of the corrector housing with the atmosphere through micro-holes providing air circulation, and a hydrophobic membrane, which passes gas molecules, but rejects liquid and solid particles.

Микроконтроллер синхронно производит измерения атмосферного давления и температуры газа с помощью интегрального датчика атмосферного давления и датчика температуры газа.The microcontroller simultaneously measures atmospheric pressure and gas temperature using an integrated atmospheric pressure sensor and a gas temperature sensor.

Специальный клапан выравнивания давления служит для выравнивания давления внутри корпуса до значений атмосферного давления и сохранения требований к обеспечению защиты от пыли и влаги. В клапане имеются микроотверстия, обеспечивающие циркуляцию воздуха, и гидрофобная мембрана, которая пропускает молекулы газа, но отбрасывает жидкость и твердые частицы. Для защиты мембраны от попадания твердых частиц каналы поступления газа имеют форму “лабиринтов”. Дополнительно вывод избыточного давления из корпуса через клапан защищает уплотнительные материалы от появления микротрещин и микрощелей, которые могут возникать при колебаниях избыточного давления внутри корпуса. Вместо отдельного клапана выравнивания давления может использоваться кабельный ввод с аналогичным встроенным клапаном.A special pressure equalization valve is used to equalize the pressure inside the housing to atmospheric pressure and maintain the requirements for protection against dust and moisture. The valve has micro-perforations to allow air to circulate and a hydrophobic membrane that allows gas molecules to pass through but rejects liquid and solid particles. To protect the membrane from the ingress of solid particles, the gas inflow channels are shaped like “mazes”. Additionally, the withdrawal of excess pressure from the housing through the valve protects the sealing materials from the appearance of microcracks and micro-slits that can occur when excess pressure fluctuates inside the housing. Instead of a separate pressure equalization valve, a cable gland with a similar built-in valve can be used.

Использование встроенного в электронный корректор датчика атмосферного давления приводит к значительному повышению точности измерений по сравнению с прототипом.The use of an atmospheric pressure sensor built into the electronic corrector leads to a significant increase in the accuracy of measurements compared to the prototype.

Полезная модель поясняется функциональной схемой, показанной на фиг. 1.The utility model is illustrated by the functional diagram shown in Fig. one.

Электронный корректор объема газа работает следующим образом. Внешний датчик импульсов 14, подключенный к корпусу корректора через герметичный кабельный ввод 11, генерирует низкочастотный сигнал при каждом прохождении через счетчик газа некоторого фиксированного объема газа. Данный сигнал обрабатывается микроконтроллером 2 и используется для подсчета рабочего объема газа. Через настраиваемые промежутки времени или по иным событиям микроконтроллер 2 опрашивает интегрированный датчик давления 10 и блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9. Блок АЦП 9 измеряет сопротивление внешнего резистивного термодатчика 13, подключенного к корректору через герметичный кабельный ввод 11, и преобразовывает измеренные значения в цифровой код, который в свою очередь преобразовывается микроконтроллером 2 в абсолютное значение температуры газа с учетом поправочных коэффициентов. Интегрированный датчик атмосферного давления 10 производит измерения давления внутри корпуса Рв, которое выравнено по отношению к внешнему атмосферному давлению Pa за счет того, что в корпусе 1 имеется клапан выравнивания давления 12. Вместо использования отдельного клапана выравнивания давления 12 имеется возможность замены одного из кабельных вводов 11 на кабельный ввод с аналогичным встроенным клапаном для выравнивания давления. Измеренные значения температуры и атмосферного давления используются микроконтроллером 2 для расчета коэффициента коррекции объема газа, который в свою очередь используется для приведения рабочего объема газа к стандартным условиям. Результаты измерений и расчетов фиксируются в энергонезависимой памяти 3. В дальнейшем обмен данными с внешней системой обработки результатов измерений может производиться при помощи подключения к устройству через оптический порт 8 стандарта ГОСТ IEC 61107-2011, либо при помощи постоянного проводного подключения через герметичный разъем 4 по протоколу RS-485, поддержку которого обеспечивает специализированный блок 7. Взаимодействие корректора с пользователем осуществляется при помощи кнопок герметичной пленочной клавиатуры 6 и вывода на экран 5 различной информации.The electronic gas volume corrector works as follows. An external pulse sensor 14, connected to the corrector housing through a sealed cable gland 11, generates a low-frequency signal with each passage of a certain fixed volume of gas through the gas meter. This signal is processed by the microcontroller 2 and used to calculate the working volume of gas. At adjustable intervals or other events, the microcontroller 2 interrogates the integrated pressure sensor 10 and the analog-to-digital converter (ADC) unit 9. The ADC unit 9 measures the resistance of the external resistive temperature sensor 13 connected to the corrector through a sealed cable gland 11, and converts the measured values into a digital code, which in turn is converted by the microcontroller 2 into the absolute value of the gas temperature, taking into account the correction factors. The integrated atmospheric pressure sensor 10 measures the pressure inside the housing Pb, which is equalized with respect to the external atmospheric pressure Pa due to the fact that the housing 1 has a pressure equalization valve 12. Instead of using a separate pressure equalization valve 12, it is possible to replace one of the cable glands 11 to a cable gland with a similar built-in pressure compensation valve. The measured values of temperature and atmospheric pressure are used by the microcontroller 2 to calculate the gas volume correction factor, which in turn is used to bring the working gas volume to standard conditions. The results of measurements and calculations are recorded in non-volatile memory 3. In the future, data exchange with an external system for processing measurement results can be carried out by connecting to the device through optical port 8 of the GOST IEC 61107-2011 standard, or using a permanent wired connection through a sealed connector 4 according to the protocol RS-485, the support of which is provided by a specialized block 7. The interaction of the corrector with the user is carried out using the buttons of the sealed membrane keyboard 6 and displaying various information on the screen 5.

Таким образом, электронный корректор обеспечивает расширение функциональных возможностей корректора (измерение атмосферного давления) и повышение точности измерений объема газа в газораспределительных сетях низкого давления без усложнения технологии монтажа изделия.Thus, the electronic corrector provides an extension of the functionality of the corrector (atmospheric pressure measurement) and an increase in the accuracy of gas volume measurements in low-pressure gas distribution networks without complicating the installation technology of the product.

Claims

Electronic gas volume corrector containing a dust- and moisture-proof housing; microcontroller that controls the entire device; non-volatile memory connected to the microcontroller; an input channel to which a resistance thermal converter is connected, which measures the gas temperature, and is connected to the microcontroller using an analog-to-digital converter; an input channel to which a pulse sensor is connected, which is installed on a gas meter; output communication channels for transmitting data from the microcontroller to an external system for processing measurement results; inputs and outputs that allow you to connect external power; controls in the form of buttons; screen for visual display of information; a built-in battery or accumulator, characterized in that an integral atmospheric pressure sensor connected to the microcontroller and a pressure equalization valve connecting the internal cavity of the corrector body with the atmosphere through micro-holes that provide air circulation and a hydrophobic membrane that allows molecules to pass through are inserted additionally inside the body of the electronic corrector gas, but rejects liquid and solid particles.