Счетчик газа ультразвуковой ГОБОЙ-1 (Устройство и принцип работы)

Счетчик имеет литой корпус из алюминиевого сплава АК-12, в котором находятся:
- преобразователь расхода (ПР) с установленными в нем двумя пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП);
- преобразователь давления (ПД);
- преобразователь температуры (ПТ);
- измерительно-вычислительный блок (ИВБ).
ПР для каждого типоразмера счетчика имеет свои геометрические размеры при едином конструктивном решении, остальные части счетчика одинаковы для всего  ряда типоразмеров.

ПР представляет собой устройство с нормированными геометрическими характеристиками и состоит из входного и выходного патрубков, профильных дисков и измерительного участка. Для достижения стабильности метрологических характеристик и долговечности работы счетчика все ответственные элементы конструкции выполнены из износоустойчивых, коррозийностойких материалов. Уплотнения всех разъемных соединений осуществляется с помощью паронитовых прокладок или резиновых колец.
Входной и выходной патрубки счетчика обеспечивают подключение счетчика к трубопроводу с помощью переходных устройств через муфтовые или фланцевые соединения.
Профильный диск служит для установки ПЭП соосно потоку газа, а также для герметичного вывода его соединительных проводов в ИВБ. Профильные диски устанавливаются на входе и выходе ПР между фланцами измерительного участка и фланцами входного и выходного патрубков. Пьезоэлектрические преобразователи установлены в профильных дисках, обтекаются проходящим потоком газа и обеспечивают излучение и прием ультразвуковых сигналов по оси направления потока. Вывод соединительного провода ПЭП с ИВБ производится через специальное отверстие, находящееся внутри одного из ребер профильного диска.
Измерительный участок является важнейшим элементом счетчика, обеспечивающим высокие метрологические характеристики счетчика. В измерительном участка происходит сложение векторов скоростей потока газа и распространение ультразвуковых сигналов. Для каждого типоразмера счетчика нормированы его геометрические размеры - внутренний диаметр D и расстояние L между торцами ПЭП. Обеспечение высокой повторяемости этих параметров является особенно важным при серийном производстве счетчиков.

1. Преобразователь давления служит для измерения абсолютного давления газа. Чувствительный элемент преобразователя давления расположен во входной части ПР. Измеряемое давление подается на чувствительный элемент через отверстие, выполненное в профильном диске и опорной стойке. В качестве ПД используются серийно выпускаемые преобразователи-датчики абсолютного давления тензорезистивного типа ИПН-А-2кл.0,5/100 кПа -9е2.832.001 ТУ с термокомпенсацией в рабочем диапазоне температур со со следующими техническими характеристиками:
- диапазон давления - от 0 до 400 кПа;
- выходной сигнал - от 0 до (50±0,5) мВ;
- напряжение питания - (5±0,02) В;
- основная погрешность - ±0,25 % (при индивидуальной градуировке в составе канала измерения);
- диапазон рабочих температур - от минус 40 до 85 °С.

2. Преобразователь температуры предназначен для измерения температуры газа. Чувствительный элемент преобразователя температуры размещен в защитной гильзе, выполненной из материала с высокой теплопроводностью. Гильза с чувствительным элементом вводится в поток газа, вворачивается в профильный диск и контрится опорной стойкой. В качестве чувствительного элемента используются серийно выпускаемые чувствительные элементы полупроводникового типа ТМР36 со следующими техническими характеристиками:
- диапазон измерения - от минус 40 до 125 °С;
- выходной сигнал - от 0 до 750 мВ;
- напряжение питания - (5±0,5) В;
- основная погрешность - ±0,25 % (при индивидуальной градуировке в составе канала измерения);

3. Измерительно-вычислительный блок размещен в корпусе счетчика и имеет мембранную клавиатуру с многоразрядным жидкокристаллическим индикатором. Питание измерительно-вычислительного блока осуществляется от встроенного в герметичный отсек литиевого элемента питания. Для подключения к внешним устройствам используется разъемный соединитель, установленный на корпусе блока. На лицевой панели размещаются надписи маркировки счетчика, а также поясняющие назначение элементов индикации, управления и коммутации. Электронная плата с индикатором крепится в крышке корпуса счетчика.
Автономный источник питания устанавливается в специальный герметичный отсек и закрывается крышкой, которая пломбируется.
Схема внешних соединений счетчика приведена ниже.

4. Основным измеряемым параметром счетчика является объем газа, приведенный к нормальным условиям. Для решения этой задачи в счетчике созданы три измерительных канала - канал измерения объема и объемного расхода газа в рабочих условиях, канал измерения абсолютного давления и канал измерения температуры. На основании полученных измерений производится вычисление за заданный интервал времени объема газа, приведенного к нормальным условиям.

5. По способу измерения объемного расхода газа в рабочих условиях в счетчике реализован ультразвуковой время-импульсный метод. Принцип работы основан на измерении разности времен прохождения импульсов ультразвуковых колебаний (УЗК) по направлению потока газа в трубопроводе и против него. Возбуждение зондирующих импульсов производится пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭ), установленными в ПР, по которому протекает поток газа.

6. Измерительно-вычислительный блок (ИВБ) имеет две платы: 
- плату модуля измерений (МИ);
- плату индикации (ПИ).

7. Плата МИ обеспечивает:
- формирование управляющих сигналов, синхронизирующих работу счетчика:
- посылку зондирующих импульсов на пьезопреобразователи:
- прием, коммутацию и усиление сигналов от пьезопреобразователей;
- формирование и измерение временных интервалов;
- выполнение вычислений, хранение величин введенных уставок и результатов вычислений;
- передачу информации на плату индикации и во внешние устройства;
- питание узлов счетчика необходимыми для функционирования напряжениями.
По результатам измерения расхода в рабочих условиях, давления и температуры вычисляются расход и объем газа, приведенные к нормальным условиям.
Микропроцессор MSP430P337AIPJM D20 управляет работой счетчика и осуществляет все вычислительные и сервисные операции по программе, размещенной во встроенном ПЗУ. Тактирование микросхемы осуществляется с частотой 32,768 кГц и задается кварцем ZQ3.
Периферийные устройства включают в себя часы реального времени, собранные на микросхеме D19, супервизор D8, осуществляющий формирование сигнала начального сброса микросхемы D20, и микросхемы интерфейса RS-485(D17).
Питание цифровой части счетчика и контроль за состоянием литиевой батареи осуществляется стабилизатором, выполненным на микросхеме D11. АЦП питается от стабилизатора, выполненного на микросхеме D3. Источник опорного напряжения АЦП выполнен на микросхемах D1, D4.

8. Плата индикации ПИ.
На плате установлены ЖКИ - индикатор (D3) и два драйвера индикатора (D1, D2). Питание платы осуществляется от стабилизатора D10 платы МИ.
Мембранная трехкнопочная клавиатура расположена на лицевой панели и имеет одно поле с мнемоническими символами. Клавиатура подключена к порту Р2 микросхемы D20 через разъем Х5.
 

Примечание - при заказе счетчика без переходных устройств индекс "П" не проставляется. Пример записи в спецификации заказа счетчика "Гобой -1" на наибольшее абсолютное давление газа 150 кПа, с номинальным расходом 16 м3/ч, с архивированием данных, для горизонтальной установки, на температуру окружающей среды 0 °С, с переходным устройством: Счетчик "Гобой-1 - 1- 16 - А - Г - Н - П".