Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6704
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
G 01F 1/66
G 01F 15/00
G 01F 22/00
(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СЧЕТЧИК
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ГАЗА
(21) Номер заявки: u 20100129
(22) 2010.02.11
(71) Заявитель: Гонконг Абел Ин-
тернэшнл Индастри Ко., Лимитед
(CN)
(72) Автор: Пенг Тао (CN)
(73) Патентообладатель: Гонконг Абел Ин-
тернэшнл Индастри Ко., Лимитед (CN)
(57)
1. Ультразвуковой счетчик для измерения объемного расхода газа, приведенного по
температуре к нормальным условиям, содержащий мерный участок трубопровода с двумя
встроенными ультразвуковыми преобразователями, соответственно связанными с первым
и вторым входами аналогового коммутатора, третий вход которого связан с выходом
формирователя зондирующих сигналов, вход которого подключен ко второму выходу
блока формирования временной диаграммы, первый выход которой соединен со входом
управления аналогового коммутатора и с третьим входом сумматора-вычитателя, четвер-
тый вход которого связан с выходом триггера, вход которого соединен с выходом компа-
ратора, а вход компаратора подключен к выходу приемного усилителя, вход которого
соединен с выходом аналогового коммутатора; измерительный счетчик, тактовый вход
Фиг. 1
BY6704U2010.10.30

2. BY 6704 U 2010.10.30
2
которого подключен к выходу опорного генератора, первый выход измерительного счет-
чика соединен с первым и вторым входами сумматора-вычитателя, выход которого соеди-
нен с первым входом умножителя кодов, второй вход которого подключен к выходу блока
памяти; выход умножителя кодов соединен с первым входом накапливающего сумматора,
выход которого соединен со входом регистрирующего блока, первый и второй выходы
таймера соединены с первым и вторым входами блока формирования временной диа-
граммы соответственно, и источник питания, отличающийся тем, что дополнительно со-
держит средство стабилизации газового потока, размещенное в мерном участке трубы,
схему сравнения кодов, второй и третий блоки памяти, регистр сдвига, второй измери-
тельный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, второй триггер, счетчик подстройки
частоты и ключевую схему, причем тактовый вход второго измерительного счетчика со-
единен с тактовым входом регистра сдвига и с третьим выходом блока формирования
временной диаграммы, к пятому выходу которого подключен тактовый вход счетчика
подстройки частоты, выход которого соединен со входом цифроаналогового преобразова-
теля, выход которого соединен со вторым входом опорного генератора, первый вход ко-
торого подключен к четвертому выходу блока формирования временной диаграммы, ко
входу разрешения счета измерительного счетчика и тактовому входу второго триггера,
вход управления которого соединен со вторым выходом измерительного счетчика, шестой
выход блока формирования временной диаграммы подключен к тактовому входу накап-
ливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока памяти,
вход которого связан со вторым входом третьего блока памяти, со входом первого блока
памяти и выходом регистра сдвига, информационный вход которого соединен с выходом
схемы сравнения кодов, первый вход которой подключен к выходу третьего блока памяти,
первый вход которого соединен с выходом второго измерительного счетчика, второй вход
схемы сравнения кодов подключен к выходу накапливающего сумматора, третий вход ко-
торого соединен с третьим входом умножителя кодов и с седьмым выходом блока форми-
рования временной диаграммы, первый выход таймера соединен со входом управления
ключевой схемы, вход которой подключен к источнику питания и ко входам питания тай-
мера, счетчика подстройки частоты и накапливающего сумматора, выход ключевой схемы
соединен со входами питания остальных блоков счетчика.
2. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что средство стабилизации газового потока
выполнено в виде установленных на входе и выходе мерного участка трубопровода струе-
выпрямителей потока с коническими рефлекторами и формирователя газового потока.
(56)
1. Патент RU 2165598 С1, 2001.
2. Патент RU 217814802, 2002.
3. Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы и средства измерения рас-
стояний в воздушной среде. - М.: Энергия, 1973. - С. 144.
Заявляемая полезная модель относится к измерителям расхода, а именно к электрон-
ным счетчикам измерения расхода газа, в частности к ультразвуковым счетчикам газа.
Известен ультразвуковой расходомер-счетчик газа, содержащий мерный участок тру-
бопровода с датчиком давления и двумя встроенными ультразвуковыми преобразователя-
ми, опорный генератор, таймер, формирователь зондирующих импульсов, схему
сложения, последовательно соединенный аналоговый коммутатор, приемный усилитель,
компаратор, триггер, счетчик импульсов, схему вычитания, последовательно соединенные
N параллельно включенных блоков памяти, второй коммутатор, последовательно связан-
ные блок определения типа газовой среды, блок кода стандартной плотности, а также де-
литель кодов и суммирующе-регистрирующее устройство [1]. В данном устройстве расход

3. BY 6704 U 2010.10.30
3
газа приводится к стандартным значениям по температуре, давлению и плотности газа.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает долговременный
срок работы счетчика без замены автономного источника питания, т.к. в нем не реализо-
ван ждущий режим работы и все микросхемы и радиоэлектронные компоненты имеют не-
прерывный режим работы без обеспечения энергосбережения.
Наиболее близким к заявляемому счетчику газа по своей технической сущности явля-
ется бытовой ультразвуковой расходомер-счетчик газа [2] для измерения объемного рас-
хода газа, приведенного по давлению и температуре к нормальным условиям, содержащий
мерный участок трубопровода с датчиком давления и с двумя встроенными ультразвуко-
выми преобразователями, соответственно связанными с первым и вторым входами анало-
гового коммутатора, третий вход которого связан с выходом опорного генератора через
таймер, четвертый вход - со вторым выходом таймера через формирователь зондирующих
импульсов, а выход аналогового коммутатора через последовательно соединенные прием-
ный усилитель, компаратор и триггер, вторым входом связанный со вторым входом тай-
мера, подключен к первому входу арифметического устройства. Ко второму входу
арифметического устройства подключен выход датчика давления. Кроме того, расходомер
содержит счетчик импульсов, счетным входом подключенный к выходу опорного генера-
тора, а выходом - к схеме сложения, схему вычитания, последовательно соединенные N
параллельно включенных блоков памяти и второй коммутатор, а также блок определения
типа газовой среды, блок кода стандартной плотности, делитель кодов и суммирующе-
регистрирующее устройство. При этом выход схемы сложения подключен ко входам N
блоков памяти и ко входу блока определения типа газовой среды, выход которого связан с
управляющим входом второго коммутатора, соединенного выходом с третьим входом
арифметического устройства, кодовый выход которого подключен ко второму входу де-
лителя кодов. В состав бытового счетчика газа входят также генератор импульсов, логи-
ческая схема определения мгновенной фазы колебания опорного генератора в момент
прекращения счета и последовательно включенные преобразователи уровней источника
питания, М накопительных конденсаторов, каждый из которых подсоединен к одному из
М выходов преобразователя уровней питания и М параллельно включенных коммутато-
ров, управляющий выход каждого из которых и управляющий выход преобразователя
уровней питания связаны с соответствующим выходом таймера, вход каждого из указан-
ных коммутаторов подключен к накопительному конденсатору соответствующего выхода
преобразователя уровней питания, а выход - к цепи питания каждого блока через соответ-
ствующий сглаживающий фильтр. Выход генератора импульсов связан с управляющим
входом опорного генератора через таймер. Цепи питания генератора импульсов, опорного
генератора и таймера подключены к источнику питания непосредственно. Логическая
схема определения мгновенной фазы колебаний опорного генератора в момент прекраще-
ния счета подключена параллельно счетчику импульсов, и ее выходы связаны с выходами
триггера и опорного генератора, а входы подсоединены ко входам младших разрядов схе-
мы сложения и схемы вычитания. К недостаткам такого счетчика можно отнести избы-
точный универсализм, т.е. возможность измерения расхода различных газов, хотя, как
показывает практика эксплуатации счетчиков газа, вполне достаточно определять расход
для трех типов газа: воздух - при проверке, природный газ по ГОСТ 5542 и пары сжижен-
ного газа по ГОСТ 20448 - при эксплуатации. Данный универсализм указанного устрой-
ства приводит к усложнению конструкции счетчика, к уменьшению динамического
диапазона измеряемых расходов, к повышению его стоимости и к дополнительному энер-
гопотреблению. К следующему недостатку вышеописанного устройства можно отнести и
еще одно существенное обстоятельство. Для обеспечения минимального энергопотребле-
ния ждущий режим реализован с использованием двух генераторов на основе кварцевых
резонаторов. Генератор на основе низкочастотного кварцевого резонатора (32, 768 кГц)
используется в составе таймера, который синхронизирует временную диаграмму сигналов

4. BY 6704 U 2010.10.30
4
и последовательность работы ультразвукового счетчика. По управляющему сигналу с вы-
хода данного таймера запускается опорный генератор на основе высокочастотного квар-
цевого резонатора (20-40 МГц), который формирует длительность импульсов зондиро-
вания и используется при измерении времени распространения акустических сигналов в
измерительном трубопроводе счетчика, по которому в дальнейшем определяется мгно-
венный расход. Время распространения акустического сигнала в газовых счетчиках нахо-
дится во временном диапазоне (300-500)·10-6
с.
Однако, чтобы добиться требуемой стабильности высокочастотного опорного генера-
тора, необходимо выждать не менее (3-5)·10-3
с и только затем проводить измерение вре-
менных интервалов.
В связи с тем что данный генератор является основным потребителем энергии (ток по-
требления составляет примерно 2·10-2
А), а измерение временных интервалов занимает не
более 10 % от общего времени работы данного генератора, сокращение выхода генератора
на рабочий режим приведет к существенному сокращению энергопотребления и соответ-
ственно к увеличению времени работы счетчика без замены источника питания. К допол-
нительному недостатку использования высокочастотного кварцевого резонатора в
импульсном режиме следует отнести и отсутствие технических требований ко времени
выхода на рабочий режим на выпускаемые резонаторы и соответственно к отсутствию
заводской проверки по данному параметру во всем температурном диапазоне работы
счетчика.
Задачей полезной модели является разработка счетчика газа, который имел бы более
низкое энергопотребление от автономного источника питания, а также более широкий ди-
намический диапазон измеряемых расходов газа.
Поставленная задача решается заявляемым ультразвуковым счетчиком для измерения
объемного расхода газа, приведенного по температуре к нормальным условиям, содержа-
щим мерный участок трубопровода с двумя встроенными ультразвуковыми преобразова-
телями, соответственно связанными с первым и вторым входами аналогового
коммутатора, третий вход которого связан с выходом формирователя зондирующих сиг-
налов, вход которого подключен ко второму выходу блока формирования временной диа-
граммы, первый вход которого соединен со входом управления аналогового коммутатора
и с третьим входом сумматора-вычитателя, четвертый вход которого связан с выходом
триггера, вход которого соединен с выходом компаратора, вход компаратора подключен к
выходу приемного усилителя, вход которого соединен с выходом аналогового коммутато-
ра; измерительный счетчик, тактовый вход которого подключен к выходу опорного гене-
ратора, первый выход измерительного счетчика соединен с первым и вторым входами
сумматора-вычитателя, выход которого соединен с первым входом умножителя кодов,
второй вход которого подключен к выходу блока памяти; выход умножителя кодов со-
единен с первым входом накапливающего сумматора, выход которого соединен со входом
регистрирующего блока, первый и второй выходы таймера соединены с первым и вторым
входами блока формирования временной диаграммы соответственно; и источник питания.
Для решения поставленной задачи заявляемый ультразвуковой счетчик газа дополнитель-
но содержит средство стабилизации газового потока, размещенное в мерном участке тру-
бы, схему сравнения кодов, второй и третий блоки памяти, регистр сдвига, второй
измерительный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, второй триггер, счетчик под-
стройки частоты и ключевую схему. При этом тактовый вход второго измерительного
счетчика соединен с тактовым входом регистра сдвига и с третьим выходом блока форми-
рования временной диаграммы, к пятому выходу которого подключен тактовый вход
счетчика подстройки частоты. Выход счетчика подстройки частоты соединен со входом
цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом опорного
генератора. Первый вход опорного генератора подключен к четвертому выходу блока
формирования временной диаграммы, ко входу разрешения счета измерительного счетчи-

5. BY 6704 U 2010.10.30
5
ка и тактовому входу второго триггера. Вход управления триггера соединен со вторым
выходом измерительного счетчика. Шестой выход блока формирования временной диа-
граммы подключен к тактовому входу накапливающего сумматора, второй вход которого
соединен с выходом второго блока памяти. Вход второго блока памяти связан со вторым
входом третьего блока памяти, со входом первого блока памяти и выходом регистра сдви-
га. Информационный вход регистра сдвига соединен с выходом схемы сравнения кодов,
первый вход которой подключен к выходу третьего блока памяти. Первый вход третьего
блока памяти соединен с выходом второго измерительного счетчика. Второй вход схемы
сравнения кодов подключен к выходу накапливающего сумматора, третий вход которого
соединен с третьим входом умножителя кодов и с седьмым выходом блока формирования
временной диаграммы. Первый выход таймера соединен со входом управления ключевой
схемы, вход которой подключен к источнику питания и ко входам питания таймера, счет-
чика подстройки частоты и накапливающего сумматора. Выход ключевой схемы соединен
со входами питания остальных блоков счетчика.
В предпочтительной форме выполнения заявляемого ультразвукового счетчика для
измерения объемного расхода газа, приведенного по температуре к нормальным услови-
ям, средство стабилизации газового потока выполнено в виде установленных на входе и
выходе мерного участка трубопровода струевыпрямителей потока с коническими рефлек-
торами и формирователя газового потока [3].
Заявляемый ультразвуковой счетчик для измерения объемного расхода газа, приве-
денного по температуре к нормальным условиям, ниже будет рассмотрен более подробно
со ссылками на позиции чертежей, на которых в качестве иллюстрации, но не для ограни-
чения схематично представлены:
фиг. 1 - блок-схема заявляемого ультразвукового счетчика для измерения объемного
расхода газа;
фиг. 2 - выходные сигналы блока формирования временной диаграммы.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, которая содержит: мер-
ный участок 1 с размещенным в нем средством 2 стабилизации газового потока, аналого-
вый коммутатор 3, формирователь 4 зондирующих сигналов, приемный усилитель 5,
компаратор 6, триггер 7, измерительный счетчик 8, сумматор-вычитатель 9, схему 10
сравнения кодов, умножитель 11 кодов, накапливающий сумматор 12, второй измеритель-
ный счетчик 13, блок 14 памяти, регистр 15 сдвига, второй блок 16 памяти, цифроаналого-
вый преобразователь 17, счетчик 18 подстройки частоты, второй триггер 19, опорный
генератор 20, таймер 21, блок 22 формирования временной диаграммы, третий блок 23
памяти, регистрирующий блок 24, источник 25 питания, ключевую схему 26.
На входе и выходе мерного участка 1 трубопровода установлены ультразвуковые пре-
образователи 27 и 28 соответственно.
Средство 2 стабилизации газового потока выполнено в виде установленных на входе и
выходе мерного участка 1 трубопровода струевыпрямителей 29, 30 потока соответственно
с коническими рефлекторами и формирователя 31 газового потока.
Стрелкой на мерном участке 1 трубопровода по фиг. 1 обозначено направление потока
газа.
Заявляемый ультразвуковой счетчик для измерения объемного расхода газа, приве-
денного по температуре к нормальным условиям, работает следующим образом.
Измерение скорости потока и расхода газа осуществляется на основе излучения аку-
стических сигналов в поток измеряемого газа, проходящего через мерный участок 1 тру-
бопровода, их распространения по потоку газа и против него, последующего приема и
обратного преобразования в электрический сигнал с дальнейшей обработкой.
Для этого формирователь 4 зондирующих сигналов по запускающим импульсам, по-
ступающим со второго выхода блока 22 формирования временной диаграммы, формиру-
ют высоковольтные импульсы с длительностью, равной половине длительности периода

6. BY 6704 U 2010.10.30
6
резонансной частоты одного из двух идентичных ультразвуковых преобразователей 27
или 28. Это необходимо для получения максимального коэффициента передачи акустиче-
ского сигнала по мерному участку 1 трубопровода. Длительность и период повторения
зондирующих сигналов, а также вся временная диаграмма формируются и синхронизиру-
ются блоком 22 формирования временной диаграммы, выходные сигналы которого пред-
ставлены на фиг. 2. При этом позициями на фиг. 2 обозначены:
поз. 1 - последовательность циклов измерения по и против потока;
поз. 2 - сигнал управления аналогового коммутатора 3 и сумматора-вычитателя 8;
поз. 3 и 13 представляют временную диаграмму цикла измерения против потока;
поз. 3 - сигнал на первом выходе таймера 21;
поз. 4 - входной сигнал формирователя 4 зондирующего сигнала;
поз. 5 - сигнал разрешения работы опорного генератора 20;
поз. 6. - сигнал на выходе приемного усилителя 5;
поз. 7 - импульс модификации кода счетчика 18 подстройки частоты;
поз. 8 - тактовые импульсы второго счетчика 13 и регистра 15 сдвига;
поз. 9 - сигнал управления режимом работы сумматора-вычитателя 9;
поз. 10 - выходной сигнал первого триггера;
поз. 11 - сигнал управления подключением входов накапливающего сумматора 11;
поз. 12 - тактовые импульсы накапливающего сумматора 12;
поз. 13 - импульс на выходе формирователя 4 зондирующего сигнала.
Блок 22 формирования временной диаграммы производит формирование управляю-
щих сигналов при поступлении разрешающего потенциала с первого выхода таймера 21 с
использованием тактовых импульсов низкочастотного кварцевого генератора, входящего
в состав таймера (второй выход таймера 21).
При отсутствии разрешающего сигнала (поз. 3 на фиг. 2) все блоки счетчика кроме
таймера 21, накапливающего сумматора 12 и счетчика 18 подстройки частоты отключены
от источника 25 питания ключевой схемой 26.
Период tв повторения зондирующих импульсов и интервал t0 между ними выбраны
достаточно большими с точки зрения как обеспечения полного затухания ультразвуковых
реверберационных помех, возникающих каждый раз в мерном участке 1 трубопровода по-
сле очередного излучения в измеряемый газ зондирующего импульса, так и для мини-
мального энергопотребления с одновременным сохранением требуемых метрологических
характеристик ультразвукового счетчика для измерения объемного расхода газа.
При этом измерение временных интервалов производится за два цикла. В первом,
например нечетном, цикле осуществляются генерирование, излучение, прием и обработка
ультразвукового сигнала при его распространении по потоку газа. При этом блок 22 вре-
менной диаграммы формирует управляющие сигналы в соответствии с временной диа-
граммой, приведенной на фиг. 2.
По данным управляющим сигналам аналоговый коммутатор 3 переключается таким
образом, что выход формирователя 4 зондирующих сигналов подсоединяется к ультразву-
ковому преобразователю 27, а ультразвуковой преобразователь 28 соединяется со входом
приемного усилителя 5 через аналоговый коммутатор 3.
По заднему фронту запускающего импульса опорный генератор 20 устанавливается в
режим генерации и формирует на выходе высокочастотные импульсы, которые поступают
на вход измерительного счетчика 8, который при этом переводится в счетный режим. При
прохождении акустического сигнала по мерному трубопроводу на ультразвуковом преоб-
разователе 28 формируется электрический импульс, поступающий через аналоговый ком-
мутатор 3 и приемный усилитель 5 на вход компаратора 7.
В момент пересечения нулевой линии первой полуволны принимаемого сигнала на
выходе компаратора 7 формируется передний фронт сигнала, по которому заносится вы-
ходной код измерительного счетчика 8 в регистр, имеющийся на первом входе сумматора-

7. BY 6704 U 2010.10.30
7
вычитателя 9. Режим генерации опорного генератора прекращается при появлении низко-
го уровня разрешающего сигнала с четвертого выхода блока 22 формирования временной
диаграммы. При этом в регистре первого входа сумматора-вычитателя 9 находится код
времени tp1 распространения зондирующего сигнала по потоку газа. Через небольшой
промежуток времени tв, превышающий длительность затухания переходных процессов в
мерном участке 1 трубопровода, производится второй цикл работы ультразвукового счет-
чика. При поступлении высокого уровня разрешающего сигнала с выхода таймера 21 на
выходе блока 22 формирования временной диаграммы формируются управляющие сигна-
лы для управления работой всех блоков счетчика.
При этом аналоговый коммутатор 3 переключается таким образом, что выход форми-
рователя 4 зондирующего сигнала подключается к ультразвуковому преобразователю 28,
а преобразователь 27 подключается соответственно ко входу приемного усилителя 5. Через
интервал времени, превышающий длительность переходных процессов после переключе-
ния аналогового коммутатора 3, на выходе формирователя 4 зондирующего сигнала фор-
мируется высоковольтный импульс, поступающий на ультразвуковой преобразователь 28.
Акустический сигнал, возбуждаемый данным преобразователем, распространяется в
мерном участке 1 трубопровода против потока газа и принимается преобразователем 27, в
котором преобразуется в электрический сигнал, поступающий через аналоговый коммута-
тор 3 на вход приемного усилителя 5.
При этом по заднему фронту запускающего импульса на четвертом выходе блока 22
формирования временной диаграммы появляется высокий уровень сигнала, разрешающий
режим генерации опорного генератора 20 и счетный режим измерительного счетчика 8.
Усиленный сигнал с выхода приемного усилителя 5 поступает на вход компаратора 6,
который в момент пересечения нулевой линии первой полуволны электрического сигнала
формирует передний фронт сигнала на выходе компаратора 6, который устанавливает
триггер 7 в единичное состояние.
По фронту сигнала с выхода данного триггера 7 код измерительного счетчика 8 зано-
сится в регистр, имеющийся на втором входе сумматора-вычитателя 9. Данный код опре-
деляет время tp2 распространения акустического сигнала против потока газа.
При появлении низкого уровня сигнала на четвертом выходе блока 22 формирования
временной диаграммы во второй триггер 19 заносится код состояния второго выхода из-
мерительного счетчика 8, а опорный генератор 20 и измерительный счетчик 8 переводятся
в режим ожидания. Второй выход измерительного счетчика 8 является выходом старшего
разряда счетчика. Длительность высокого уровня сигнала с четвертого выхода блока 22
формирования временной диаграммы используется для управления подстройкой частоты
опорного генератора 20 и выбрана таким образом, чтобы превышала (примерно на 1-20 %)
максимально возможную для данного мерного участка 1 трубопровода длительность вре-
менного интервала распространения акустического сигнала. Данный интервал формиру-
ется путем деления высокостабильной частоты низкочастотного кварцевого генератора,
входящего в состав таймера 21.
Подстройка частоты производится таким образом, чтобы задний фронт сигнала управ-
ления с четвертого выхода блока 22 формирования диаграммы совпадал с задним фрон-
том сигнала со старшего разряда измерительного счетчика 8. При этом в зависимости от
состояния выходного сигнала второго триггера 19 производится модификация состояния
счетчика 18 подстройки частоты после окончания очередного цикла зондирования против
потока следующим образом. Если на выходе второго триггера 19 код логической "1", то
выходной код счетчика 18 подстройки частоты увеличивается на единицу, если на выходе
второго триггера 19 уровень логического "0", то код счетчика 18 подстройки частоты со-
ответственно уменьшается на единицу.
Выходной код счетчика 18 подстройки частоты поступает на вход цифроаналогового
преобразователя 17, на выходе которого при этом появляется уровень аналогового сигна-

8. BY 6704 U 2010.10.30
8
ла, который используется для управления частотой опорного генератора 20 при проведе-
нии следующих циклов зондирования по потоку и против потока. В установившемся ре-
жиме на выходе второго триггера 19 попеременно формируются уровни логических "0" и
"1". Разрядность счетчика 18 подстройки частоты и соответственно разрядность цифро-
аналогового преобразователя 17 выбирается таким образом, чтобы при изменении выход-
ного кода счетчика 18 подстройки частоты на единицу частота опорного генератора 20
менялась не более 0,01 %.
После окончания циклов зондирования в регистрах, установленных на входах сумма-
тора-вычитателя 9, находятся коды временных интервалов tp1 и tp2.
Предлагаемый ультразвуковой счетчик газа используется для измерения расхода трех
типов газовых сред: природный газ, пары сжиженного газа (пропан-бутан) и воздуха (при
поверке).
Определение расхода газа проводится за четыре такта под управлением сигналов, по-
ступающих с блока 22 формирования временной диаграммы. Во время первого такта сум-
матор-вычитатель 9 устанавливается в режим сложения, при этом на его выходе
появляется код tp1 + tp2. Данный код поступает на второй вход схемы 10 сравнения, на
первый вход которой поступает код точки перехода из третьего 23 блока памяти, который
определяет состав газа.
В первом такте анализируется, является ли измеряемая среда парами сжиженного газа
или воздуха.
Если код tp1 + tp2 больше первой точки перехода t0, на выходе схемы 10 сравнения по-
является код логической "1", которая заносится в регистр 15 сдвига. Если суммарный код
меньше точки перехода, то в регистр 15 сдвига заносится код логического "0".
Во время следующего такта двухразрядный второй измерительный счетчик 13 уста-
навливается в следующее состояние, при этом производится сдвиг информации вправо в
регистре 15 сдвига. С выхода первого блока 14 памяти поступает код точки перехода воз-
дух - природный газ. Если суммарный код больше кода точки перехода, в регистр 15 сдви-
га заносится логическая "1", если меньше, то, соответственно, логический "0".
Во время двух следующих тактов сумматор-вычитатель 9 переводится в режим вычи-
тания, при этом на выходе данной схемы формируется разность ∆t = tp2 - tp1. Код данной
разности поступает на второй вход схемы сравнения 10. На первый вход данной схемы с
выхода третьего блока 23 памяти поступает код точки перехода. Циклы вычисления для
данных двух тактов выполняются аналогично, как и в первых случаях. Во время выполне-
ния данных тактов определяется, в каком из трех возможных диапазонов находится ∆t.
Во время третьего и четвертого такта определяется, в каком диапазоне находится код
разности ∆t. При этом уровень сигнала на входе схемы сравнения 10 заносится в регистр
сдвига 15 с последующим сдвигом информации в данном регистре вправо. Таким обра-
зом, после выполнения четырех тактов в регистре 15 находится 4-разрядный код, опреде-
ляющий тип газовой среды и один из трех возможных диапазонов ∆t. Данный код
поступает на входы первого 14 и второго 16 блоков памяти, на выходе из которых уста-
навливаются соответствующие коды. После этого в умножителе кодов 11 производится
перемножение кодов разности ∆ti. Код результата умножения поступает на первый вход
накапливающего сумматора 12, где суммируется с его содержимым.
На второй вход данного сумматора с выхода второго блока памяти 16 поступает код,
определяющий тип газовой среды, который также суммируется с суммарным расходом,
определенным на предыдущих циклах зондирования. Код суммарного расхода поступает
на регистрирующее устройство 24 и индицируется на его индикаторной панели.
Для стабилизации газового потока, улучшения его аэродинамических свойств, а сле-
довательно, и расширения динамического диапазона измеряемых расходов на мерном
участке 1 трубопровода установлены на входе и выходе счетчика газа струевыпрямители
соответственно 29, 30 пластинчатого типа. Установленные струевыпрямители 29, 30 пред-

9. BY 6704 U 2010.10.30
9
ставляют собой двенадцать прямоугольных пластин, смонтированных в поперечном сече-
нии мерного участка 1 трубопровода, с суммарной площадью каждой пластины не менее
0,3 площади сечения мерного участка 1 трубы, что позволяет значительно снизить пуль-
сацию, выровнять профиль потока и его асимметрию.
Формирователь 31 потока газа представляет собой отрезок мерного трубопровода
прямоугольного сечения с соотношением сторон 1:3,5, позволяет значительно изменить
эпюру скоростей потока и на мерном участке 1 трубопровода (около 200 мм) по всему се-
чению создать равномерное движение потока со скоростью от 0,1 до 40 м/с без его турбу-
лизации.
В совокупности указанные дополнительные введения в акустический тракт заявляемо-
го ультразвукового счетчика газа конических рефлекторов, струевыпрямителей 29, 30 и
формирователя 31 потока газа позволяют значительно расширить динамический диапазон
измерения расходов газа 1:400.
Заявляемый ультразвуковой счетчик газа имеет существенно меньшее энергопотреб-
ление по сравнению с известными аналогичными устройствами. Это достигается, в част-
ности, за счет следующих факторов:
существенно уменьшено потребление опорного генератора за счет сокращения вре-
менного интервала генерации;
в предлагаемом устройстве питание всех составных блоков осуществляется непосред-
ственно от автономного источника, что исключает потери при формировании питающих
напряжений, как это реализовано в прототипе.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.