Last modified:12:01 28.05.2010
Лучший момент в жизни - когда изобрел, но еще не знаешь,что это уже известно.
Keywords:gas, measurement
Применяемые в настоящее время датчики расхода газа (диафрагменные, турбинные, дозирующие) измеряют объемный расход при рабочих условиях (сжатый). Затем, на основании измерения давления и температуры газа, вычисляется текущий расход при стандартных условиях:
Qс = Z*Q, где Z- фактор сжимаемости: Z= (P/Pc)*(Tc/T)*K,
здесь P, Pc, T, Tc – значения абсолютных давления и температуры при рабочих и стандартных условиях соответственно, K – коэффициент сжимаемости.
С другой стороны, фактор сжимаемости можно определить, сравнивая, во сколько раз сжимается газ в рабочих условиях по отношению к стандартным :
Z = Vс/V.
Это можно сделать, например, измеряя перемещение поршня в замкнутом цилиндре, заполненным газом при сттандарте и затем помещенным в рабочие условия. Следует отметить, что здесь требуется измерять не абсолютное значение объема газа, а его относительное изменение, поэтому устройство датчика объема может быть упрощено. Так, например, в [1] датчиком является замкнутая емкость с плоской мембраной на торце, деформация которой приводит к изменению индуктивности, через измерение которой вычисляется требуемый фактор сжимаемости.
Следует отметить, что данный способ включает в себя все поправки на объем и взаимодействие молекул газа (уравнение Ван де Ваальса)и поэтому более точен.
Наиболее просто и точно можно измерять емкость через частоту или период, поэтому датчик может состоять из неупругих металлизированных мембран, симметрично расположенных по обе стороны жесткой проводящей пластины. Изменение внешнего давления или температуры будет изменять герметично замкнутый объем газа между мембранами и приводить к их смещению и изменению емкости между ними и пластиной посередине. Эта емкость управляет частотой, периодом или амплитудой генератора, который может располагаться непосредственно на пластине и через гальваническую развязку дискретно (частота, период) поступать в контроллер.
Следует отметить, что из-за конструктивных особенностей датчика зависимость измеренных частоты или периода от давления и температуры будет, в общем случае, нелинейной, поэтому процессор должен производить интерполяцию, опорные точки для которой определяются и запоминаются в процессе калибровки.
В прооцессе калибровки (поверки) датчик помещается в среду с определенными значениями давления и температуры, которые вводятся и запоминаются в контроллере одновременно с измеренным сигналом с датчика. В рабочих условиях из измеренного значения сигнала с датчика контроллер методом обратной интерполяции определяет требуемый фактор сжимаемости.
Несмотря на такое преимущество, как отсутствие датчиков давления и температуры этот способ коррекции не применялся и был позабыт именно из–за нелинейности, так как существующий тогда аналоговый метод компенсации нелинейности был сложен в изготовлении, настройке и обслуживании.
В настоящее время имеется множество дешевых микроконтроллеров, способных компенсировать нелинейность.
Экономическая эффективность применения данного способа измерения состоит в отказе от применения датчиков давления и температуры и заменой на более простой и дешевый объемный. Разработаны конструкции емкостных, акустических и лазерных датчиков, которые могут быть запатентованы и поэтому здесь не рассматривается.
Для обоснования и исследования
данного способа можно сделать макет, состоящий из датчика и адаптера компьютера
с соответствующим программным обеспечением. Сравнивая
на стенде или в рабочих условиях с существующим методом измерения фактора
сжимаемости, можно оценить погрешности и решить вопрос о перспективе применения
и разработки для производства прибора
совместно с применяемыми счетчиками газа.
Конструктивно датчик может быть выполнен аналогично датчику давления (манометр),
устанавливаться и подключаться вместо него со стандартами постоянного тока 4-20
мА и др., а также по опции (заказу) HART-протоколом и индикацией. В этом случае в корректор газа типа
СПГ961 или ИСТОК-ТМ он вводится вместо датчика давления, а вместо датчика
температуры устанавливается стандартная константа 20 С.
При необходимости, для выравнивания температуры газа и датчика, можно установить теплоизоляцию из пенополистирола или асбеста в алюминиевой или фторопластовой оболочке.
Современные микроконтроллеры могут не только определять фактор сжимаемости, но и полностью выполнять функции счетчика – накопление, архивация, контроль нештатных ситуаций, автоматическое регулирование, связь через сеть или модем.
Поэтому в перспективе это может быть комплексным прибором, выполняющим все функции узла учета газа и управления ГРП.
[1]. Гафанович М.Д. Измерение расхода газа в промышленности. М.,<>Энергия1975г.