Включение моста по трехпроводной схеме
 |
В условиях производства расстояние между ТС и мостом может достигать нескольких километров. Если учитывать, что соединяющие их провода проходят по коробам (металлическим перфорированным желобам), расположенным на эстакадах, то становится очевидным влияние сопротивления проводов в зависимости от температуры окружающей средына изменение Rt . Это приводит к значительным погрешностям измерения сопротивления.
Приборы, работающие по принципу уравновешивания симметричны. Погрешность обусловлена нарушением равновесия в системе моста относительно вершин с,d. Если вершину b перенести к основанию Rt ,то система восстановит симметричность, погрешность уменьшится (видно из уравнения).
Лекция № 7.ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ.
Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление – одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования. С задачей измерения давления приходится сталкиваться при измерениях некоторых технологических параметров, например расхода газа или пара, при изменяющихся термодинамических параметрах, уровня жидкости и др.
Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разрежение).
Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.
Абсолютное давление – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью выкачан воздух.
Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлением.
Вакуум (разрежение) – разность между барометрическим и абсолютным давлением.
В международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят паскаль (Па) – давление, создаваемое силой в один ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью в 1кв.м. и направленной нормально к ней.
Разнообразие видов измеряемых давлений, а также областей их применения в технологии и научных исследованиях, обусловило использование наряду с системной единицей давления и внесистемных единиц. К их числу относятся бар, миллиметр ртутного столба, килограмм – сила на квадратный метр, миллиметр водного столба. Средства измерений давления классифицируют по виду измеряемого давления и принципу действия.
По виду измеряемого давления средства измерений подразделяют на:
· Манометры избыточного давления – для измерения избыточного давления;
· Манометры абсолютного давления – для измерения абсолютного давления;
· Барометры – для измерения атмосферного давления;
· Вакуумметры – для измерения вакуума (разряжения);
· Мановакуумметры – для измерения избыточного давления и вакуума (разрежения).
Кроме перечисленных средств измерений в практике измерений получили распространение:
· Напоромеры – манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
· Тягомеры – вакуумметры с верхним пределом не более - 40 кПа;
· Тягонапоромеры – мановакуумметры с пределом измерений +20 ÷ -20 кПа;
· Вакуумметры остаточного давления – вакуумметры, предназначенные для глубокого вакуума или остаточного давления, т.е. абсолютных давлений менее 200Па;
· Дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.
По принципу действия средства измерения давлений подразделяют на : жидкостные, поршневые, деформационные (пружинные), ионизационные, тепловые, электрические. Такое подразделение не является исчерпывающим и может быть дополнено средствами измерений, основанных на иных физических явлениях.
В настоящее время существует большой парк средств измерений давления, позволяющий осуществить измерение давления в диапазоне10^-12 ÷ 10^11 Па.
Рассмотрим чаще всего встречающиеся по принципу действия средства измерения:
Деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;
 |
Высокая точность, простота конструкции, надежность и низкая стоимость являются основными факторами, обуславливающими широкое распространение деформационных приборов для измерения давления в промышленности и научных исследованиях.
Эти приборы предназначены для измерения избыточного давления и разрежения неагрессивных жидких и газообразных сред. Приборы этого типа выпускаются только показывающие в обыкновенном, виброустойчивом, антикоррозионном, пыле-, брызго- и взрывозащищенном исполнении. Различают измерительные приборы с одновитковой трубчатой пружиной, многовитковой трубчатой пружиной, сильфоном, мембраной.
Жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости ( Например, U-образная трубка) Используются для измерения малых избыточных давлений. Применяются при лабораторном анализе.
 |
Электрические, основанные либо на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления.
Измерительные преобразователи давления «Сапфир», «Метран».
 |
Являются первичными преобразователями, имеющими стандартный выходной электрический сигнал. Выпускаются концерном «Метран». Принцип действия основан на тензоэфекте, то есть при изменении давления изменяется сопротивление, связанное с выходным токовым сигналом.
Рис. Принципиальная схема тензопреобразователя
В измерительную камеру 3 на металлическую мембрану 4 подается измеряемое давление Р. Под действием давления мембрана прогибается, растягивая пленку тензопреобразователя 2,напыленную на мембрану 3. пропорционально измеряемому параметру на электронном блоке 5 формируется унифицированный сигнал, пропорциональный измеряемому значению.
Обозначение прибора записывается следующим образом:
«Сапфир»-22 ДИ 2110 Вн (Ex)- искробезопасное исполнение;
Вн - взрывобезопасное исполнение.
ДИ – тип измеряемого давления;
2110 - модель описывающая основные характеристики (рабочие температуру, давление, свойства среды и т. д.)
Согласно условным обозначениям различают:
ДИ – давление избыточное;
ДА – давление абсолютное;
ДГ – давление гидростатическое;
ДВ – давление вакуумное;
ДУ – давление уровня (сила выталкивания);
ДИВ – давление избыточно- вакуумное.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ КОНЦЕРНА «МЕТРАН»
Лекция№8ИЗМЕРЕНИЯ КЛИЧЕСТВА И РАСХОДА ЖИДКОСТИ,
ГАЗА И ПАРА
Одним из важнейших параметров технологических процессов является расход протекающих по трубопроводам веществ.
Необходимость повышения качества выпускаемой продукции и эффективности автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) придает вопросам точного измерения количества и расхода различных веществ исключительно важное значение. К средствам, измеряющим количество и расход вещества при товароучетных операциях, предъявляются высокие точностные требования.
Многообразие измеряемых сред, характеризующихся различными физико-химическими свойствами, а также различные требования, предъявляемые промышленностью к метрологическим характеристикам и надежности измерителей расхода, привели к созданию средств измерения расхода, основанных на различных методах и средствах измерения. Количество вещества определяют его массой или объемом, и измеряют соответственно в единицах массы (кг, т) или в единицах объема (м3, л). Средства измерений количества вещества за некоторый промежуток времени (сутки, месяц и т.д.) называют счетчиками. Количество вещества V в единицах объема, прошедшее через счетчик за выбранный промежуток времени Δτ = τ2 – τ1, определяется по разности показаний счетчика N2 и N1, взятых во времени τ2 и τ1,т.е.
V = qv (N2 – N1), ( 1 )
Где qv– постоянная счетчика, определяющая количество вещества, приходящегося на единицу показания счетчика.
Расходом вещества называют количество вещества, протекающее через данное сечение канала в единицу времени.
Различают объемный расход, измеряемый в м3/с, м3/ ч, л/мин и т.д. необходимо различать понятия «средний расход» и «истинный (мгновенный) расход». например, средний объемный расход равен
Qср = V/(τ2 - τ1). ( 2 )
Где V – объем вещества, измеренный счетчиком за время τ2 - τ1.
Истинным, или мгновенным расходом называют производную от количества (объема V или массы m) по времени.
Так, для объемного и массового расхода соответственно имеем
Q = dV/d τ; ( 3)
G = dm/d τ; ( 4 )
Средства измерений расхода называют расходомерами. Интегрируя сигнал расходомера по времени, можно определить количество вещества, прошедшее через расходомер за интервал времени τ2 - τ1, т.е.
(5)
или
(6)
Приборы, работающие в комплекте с расходомерами и реализующие операцию интегрирования его сигнала, называют интеграторами расходомеров. При измерении расходов газа с целью получения результата измерения, не зависящего от давлений и температуры потока, его выражают в объемных единицах, приведенных к нормальным условиям. В качестве нормальных условий в технике приняты: температура tН = 20 оС, давление РН = 101325 Па (760 мм рт.ст.) и относительная влажность φ = 0.
Количество жидкости или газа можно измерить счетчиками.. По принципу действия счетчики подразделяются на массовые объемные и скоростные. Для измерения количества жидкости применяют преимущественно объемные и скоростные счетчики, для измерения объема газа – объемные счетчики. Для каждого счетчика существует определенный минимальный расход, ниже которого резко возрастает основная погрешность.
Номинальным называется наибольший длительный расход, при котором погрешность измерения не выходит за пределы установленных норм, а потеря напора не создает в счетчике усилий, приводящих к быстрому износу его деталей.
Характерным расходом называется количество вещества, которое проходит через счетчик за 1 час при установившемся потоке и потере напора 0.1 МПа. характерный расход является условной величиной и служит мерой оценки счетчиков различных конструкций.
Потери напора представляют собой разность давлений на входе в счетчик и выходе из него.
Калибром счетчика называют диаметр условного прохода входного патрубка, выраженный в мм.
Объемные счетчики
Принцип действия объемных счетчиков основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших через счетчик.
Объемные счетчики подразделяют на опорожняющиеся и вытесняющие. опорожняющиеся объемные счетчики имеют жесткие камеры, из которых измеряемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения количества газа.
Простейшим объемным счетчиком с жесткой камерой является мерный бак или мерник. К этому типу объемных счетчиков относятся барабанные и опрокидывающиеся счетчики. Вытесняющие объемные счетчики имеют мерные камеры с перемещающимися стенками, которые вытесняют измеряемую фазу, освобождая камеру для следующей порции.
К объемным счетчикам указанного типа относятся : однопоршневые, многопоршневые, кольцевые, с овальными шестерными, ротационные, сухие газовые, мокрые газовые и дисковые.
Наиболее распространенным объемным счетчиком жидких веществ является счетчик с овальными шестернями (рис. ) внутри корпуса 3 размещены две находящиеся в зацеплении овальные шестерни 1 и 2. набегающий на шестерни измеряемый поток создает на них перепад давления Р1 и Р2. под действием этого перепада поток в положении, показанном на рис. создает на овальной шестерне 1 крутящий момент и заставляет вращаться эту шестерню, которая ведет шестерню 2.
 |
В положении, показанном на рисунке б, крутящий момент возникает на обеих шестернях, а в положении на рисунке в крутящий момент действует на шестерню 2, которая теперь ведет шестерню 1.
Вращение шестерни происходит в направлении стрелок. В положении, представленном на левом рисунке, происходит заполнение объема между корпусом и левой частью шестерни 2, а объем правее этой шестерни вытесняется. В том же положении между шестерней 1 и корпусом отсекается измеряемый объем жидкости V1, которая будет затем вытесняться в положениях, представленных на рисунках б и в.
За один оборот шестерен измерительные полости V1 и V2 дважды наполняются и дважды опорожняются. В итоге за один оборот через счетчик проходит объем жидкости, равны 4-м объемам V1 (или V2). Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположенный вне корпуса прибора. Благодаря высокой точности измерения (± [0.5 ÷ 1] %) счетчики с овальными шестернями используются для измерения различных жидкостей, в том числе нефти и нефтепродуктов. Калибр выпускаемых счетчиков 12 ÷ 250 мм, а предел измерений от 0.01 до 250 м3/ч.
Для измерения газовых потоков применяют ротационные газовые счетчики, принцип действия которых аналогичен. Они имеют калибр 50 ÷ 1200 мм и служат для измерения номинальных расходов от 40 до 40000 м3/ч и классы точности 2 и 3.
Скоростные счетчики
Эти счетчики служат для измерения количества жидкостей. Они основаны на принципе измерения средней скорости движущегося потока. Количество жидкости связано со средней скоростью движущегося потока соотношением
Q = υсрS, ( 1 )
Гдеυср – средняя скорость движения вещества, м/с;
S – поперечное сечение потока, м2.
О количестве жидкости, прошедшей через прибор, судят по числу оборотов лопастной вертушки, расположенной на пути потока. Считается, что скорость вращения вертушки пропорциональна средней скорости потока
n = cυср ( 2 )
c учетом уравнения (1)
n = c(Q/S) ( 3 )
где n – число оборотов вертушки;
c – коэффициент пропорциональности, характеризующий механические и гидравлические свойства прибора.
По форме вертушки скоростные счетчики разделяются на две группы: с винтовой вертушкой и крыльчатые. Винтовые вертушки размещают параллельно основному потоку, крыльчатые – перпендикулярно.
Технические характеристики:
температура работы от 5 до 40(90) оС;
погрешность от 2 до 5 %;
пропускная способность от 2.5 до 175 м3/ч.
Измерение расхода методом переменного перепада давления
 |
Из парка существующих расходомеров около 80-ти % составляют расходомеры переменного перепада давления. Такое широкое их применение объясняется невысокой стоимостью, простотой конструкции и эксплуатации, а также отсутствием необходимости в дорогостоящих образцовых установках для градуировки. Из более чем 200 типов используемых в мировой практике расходомеров эти расходомеры являются единственными нормализованными средствами измерения расхода. У нас в стране данные расходомеры нормализованы новым руководящим документом
РД 50-213-80, который введен в действие в замен Правил 28-64.
Известно, что объемный расход вещества, протекающего по трубопроводу, определяется как произведение скорости потока на площадь отверстия истечения F,
т.е. Q = υF ( 1 )
Массовый расход G получают умножением объемного расхода Q на плотность ρ газа или пара:
G = Qρ ( 2 )
При прохождении вещества через сужающее устройство, установленное в трубопроводе, скорость его увеличивается, это следует из условия неразрывности струи:
Q = υ1F = υ2f ( 3 )
Где F и f соответственно площади сечения трубопровода и сужающего устройства;
υ1 и υ2 – средние скорости движения вещества в трубопроводе и сужающем устройстве соответственно.
Более высока скорость υ2 по сравнению со скоростью υ1 обусловлена переходом части потенциальной энергии потока в кинетическую. Из последнего уравнения следует, что
υ2 = (F/f)υ1, ( 4 )
т.е. при постоянном отношении F/f скорость υ2 тем больше, чем выше скорость υ1 вещества в трубопроводе или чем больше расход. Отношение f/F называют модулем сужающего устройства и обозначают через m, т.е.
m = f/F = d2/D2, ( 5 )
где d и D соответственно диаметры проходных сечений сужающего устройства и трубопровода. Из двух последних уравнений получим:
υ2 = υ1/m ( 6 )
 |
На рисунке показаны вид потока и изменение давления измеряемой среды при прохождении ее через сужающее устройство. Если до сужающего устройства статическое давление в трубопроводе равно Р'1 , то в сужающем устройстве оно резко падает, затем постепенно возрастает до нового установившегося значения. При этом давление в трубопроводе за сужающим устройством не достигает значенияР''1 , так как часть энергии расходуется на трение о стенки сужающего устройства и завихрения потока после сужающего устройства. Величина безвозвратных потерь равна Рп. Перед сужением давление несколько возрастает до Р1, что обусловлено сжатием потока перед сужающем устройством.
Минимальное давление Р'2 наблюдается на некотором расстоянии от сужающего устройства. Давление в проходном сечении сужающего устройства равно Р2 . разность давлений Р1 – Р2 является перепадом, зависящим от расхода среды, протекающей через трубопровод. Найдем зависимость между перепадом давлений и расходом. В соответствии с уравнением Бернулли для сечения Ι – Ι и ΙΙ – ΙI для горизонтального участка трубопровода (см. рис. ):
Р1 /ρ1 + υ12/2 = P2 /ρ2 + υ22/2, ( 7 )
или P1 /ρ1 – P2 /ρ2 = (υ22 – υ12)/2, ( 8 )
где ρ1 и ρ2 соответственно плотности измеряемой среды в сечениях I–I и II –I.
Для несжимаемой жидкости ρ1 = ρ2 = ρ.
Тогда
Р1 – Р2 = ρ(υ22 – υ12 )/2. ( 9 )
Из уравнения следует, что υ1 = mυ2 . подставляя в вышестоящее уравнение υ1 из ( 6 ) получим:
Р1 – Р2 = ρ(υ22 – m2υ22) /2 = ρ[(1 – m2)/2]υ22 . (10)
Решая это уравнение относительно υ2, получим
(11)
Измерить давление в сечении II – II практически невозможно. Перепад давлений обычно измеряют на участках трубопровода перед сужающим устройством и за ним, где перепад Р'1 – P'2 отличается от рассматриваемого и несколько больше, чем Р1 – Р2. введя в уравнение (11) поправочный коэффициент μ получим:
(12)
Определение поправочного коэффициента μ в каждом конкретном случае практически не представляется возможным. Он зависит от характера движения жидкости или газа и является функцией критерия (числа) Рейнольдса Re. Для различных типоразмеров сужающих устройств на основе большого числа экспериментов найдены коэффициенты ά, равные первому члену правой части равенства (12), т.е.
(13)
Этот коэффициент, учитывающий расхождение между теоретической и действительной скоростями называется коэффициентом расхода. Подставляя значение ά из уравнения (13), получим
(14)
где Р1 и Р2 – давление в трубопроводах по обе стороны сужающего устройства.
В соответствии с (1) уравнения расхода для несжимаемой жидкости в объемных (в м 3/с) и массовых (кг/с) единицах будут соответственно иметь вид
(15)
(16)
где Р1 и Р2 – давления, Па; ρ – плотность, кг/м3, f – площадь, м2.
Коэффициент расхода является функцией модуля и критерия Рейнольдса, т.е.
ά = f(mRe) (17)
При измерении расхода сжимаемых сред (газов и паров), особенно при больших перепадах давлений в сужающем устройстве, необходимо учитывать уменьшение плотности ρ, вызванное снижением давления при прохождении сужающего устройства, поэтому массовый расход (а так же объемный), отнесенный к начальному значению ρ, несколько уменьшится.
Время прохождения газов и паров через сужающее устройство настолько незначительно, что их сжатие и последующее расширение происходят практически без обмена тепла с окружающей средой, т.е. адиабатически.
Поэтому уравнения расхода для газов и паров соответственно в объемных и массовых долях имеют вид
(18)
(18а)
где ε- поправочный множитель на расширение измеряемой среды, называемый коэффициентом расширения, ρ1- плотность потока перед входом потока в отверстие сужающего устройства.
Уравнения (18) и (18а) действительны до тех пор, пока скорость потока в сужающем устройстве остается меньше критической, т.е. меньше скорости звука в данной среде. Уравнения расхода для газов и паров отличаются от уравнений расхода для несжимаемой жидкости только коэффициентом ε. Значения коэффициента расширения ε для различных сужающих устройств и различных случаев измерения даны в приложениях 9 и 10 Правил РД 50-213 – 80.
Расходомер (рис.1) состоит из следующих составных частей: измерительных участков трубопровода 1 до и после сужающего устройства; сужающего устройства 2; расходомерного дифференциального манометра 4; интегрирующего устройства 5, определяющего расход за определенный промежуток времени (смену, сутки); импульсных линий 3, служащих для соединения с дифманометром измерительных участков трубопровода. Требования к исполнению и монтажу измерительных участков трубопровода изложены в разделе 10 Правил РД 50-213 – 80. эти правила устанавливают требования к выполнению расходомерных устройств при их разработке, проек
тировании, монтаже, эксплуатации и поверке.
Лекция №8.Расходомеры постоянного перепада давления.
Наиболее распространенными приборами этой группы являются расходомеры со свободно перемещающимися в корпусе поплавком - ротаметры.
 |
Принципиальная схема ротаметра приведена на рис. проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок вверх до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются, и он останавливается на той или иной высоте в зависимости от величины расхода. При неизменном расходе поплавок неподвижен.
В работающем ротаметре поплавок полностью погружен в измеряемую среду.
Вес погруженного поплавка G1 определяется уравнением
G1 = Vn g(ρп – ρс) (1)
где Vn- объем поплавка; ρп и ρ с плотности поплавка и измеряемой среды соответственно; g- ускорение свободного падения.
Сила G2, действующая на поток со стороны измеряемого потока, равна
G2 = (P1 – P2)F0 (2)
где Р1 и Р2 – давления среды перед поплавком и за ним, Fо – наибольшее сечение поплавка.
В состоянии равновесия (поплавок неподвижен) G1 = G2, т.е.
Vn g(ρп – ρс) = (Р1 – Р2)Fо (3)
Или Р1 – Р2 = Vn g(ρп – ρс)/Fо (4)
Из полученного уравнения видно, что независимо от положения поплавка перепад давлений на нем постоянен и не зависит от измеряемого расхода. Это объясняется постоянством скорости измеряемой среды при ее изменении ее расхода, что обусловлено изменением площади кольцевого зазора между поплавком и трубкой. Зависимость положения поплавка от измеряемого расхода линейна. Этим и определяется равномерность шкалы ротаметра.
Ротаметры выпускаются трех видов: показывающие (местные), с дистанционной пневматической и электрической передачей.
Технические характеристики:
рабочее давление от 0.6 до 6.4 МПа; погрешность 1.5; 2.5; 4%;
диаметр от 3 до 100 мм; расход от 0.0025 до 40 м3/ч.
Электромагнитные расходомеры
Эти расходомеры подразделяются на приборы с электромагнитным преобразователем расхода и приборы с электромагнитным преобразованием скорости потока.
Приборы с электромагнитным преобразователем расхода основаны на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем. Это взаимодействие подчиняется закону Фарадея, согласно которому в жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.
Принципиальная схема электромагнитного расходомера показана на рис. 1. Трубопровод с перемещающейся в нем жидкостью помещен в магнитное поле. Трубопровод изготавливают из изоляционного материала, для этой цели используют фторопласт, эбонит, резину и другие материалы в зависимости от свойств измеряемой жидкости.
Известно, что в движущемся проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуктируется электродвижущая сила, величина которой определяется по формуле
Е = Вlυ (1),
где Е - индуктируемая в проводнике ЭДС,
В- магнитное поле индукции,
l- длина проводника,
υ- скорость движения проводника.
В случае измерения расхода жидкости можно записать
Е = Вdυср, (2)
где d- внутренний диаметр трубопровода,
υср- средняя скорость протекания жидкости через поперечное сечение трубы в зоне индуктируемой ЭДС.
Следовательно, электромагнитный расходомер является по существу генератором, в котором в котором проводником, перемещающемся в магнитном поле, служит электропроводная жидкость. Проводимость жидкости должна быть не ниже от 10-5 до 10-6 См, что соответствует проводимости водопроводной воды (1 См = = 1/Ом).
В стенки трубопровода диаметрально противоположно в одном поперечном сечении введены электроды (заподлицо с внутренним диаметром трубы). К электродам подключают какой – либо высокочувствительный прибор, шкала которого градуирована в единицах скорости или единицах расхода. Измерительный прибор выбирают с большим входным сопротивлением в соответствии с неравенством
Rвх » Rж,
Где Rвх - входное сопротивление измерительного прибора; Rж - сопротивление жидкости между электродами.
Практически независимость показаний расходомера от плотности, температуры и электропроводности жидкости определяется выбранной величиной отношения Rвх/Rж. Чем больше отношение, тем выше точность расходомера в большом интервале измерения температуры, плотности, вязкости и электропроводности жидкости. Расход Q определяется по формуле
Q = Fυ, (3)
где F- поперечное сечение трубы.
Подставив в уравнение (3) значение υср из (2), получим
E = BdQ/F, (4)
или E = kQ (5)
k = Bd/F . (6)
В качестве измерительного прибора можно использовать потенциометры или милливольтметры. Электромагнитные расходомеры (Э.М.Р.) имеют ряд преимуществ. Прежде всего они практически безинерционны, что очень важно при измерении, что очень важно при измерении быстроменяющихся расходов; результат измерения не зависит от наличия взвешенных частиц в жидкости или пузырьков газа. Показания расходомера не зависят от свойств измеряемой жидкости (вязкости, плотности) и от характера потока (ламинарный, турбулентный).
Технические характеристики:
диаметр от 400 до 1000мм; погрешность 2.5%;
объемный расход от 400 до 12500 м3/ч;
температура до 80оС; давление до 0.6 МПа.
Ультразвуковые расходомеры
Ультразвуковой (частота более 20 кГц) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой средой.
Для измерения расхода в основном используют два метода. Один метод основан на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы измерения этим методом называются фазовыми расходомерами. Другой метод основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных одновременно по потоку и против него. Эти приборы называют частотными расходомерами.
Примером фазовых расходомеров могут служить преобразователи расхода концерна «Метран»:
Преобразователь расхода вихреакустический Метран300 ПР.
Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.
Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока.
В корпусе проточной части расположено тело обтекания – призма трапецеидальной формы (1), пьезоизлучатели ПИ (2), пьезоприемники ПП (3) и термодатчик (7).
Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6), собранные на двух печатных платах: приемника и цифровой обработки.
На плате цифровой обработки расположены два светодиода – зеленый и красный, выполняющие функцию индикаторов состояния преобразователя. Зеленый светодиод сигнализирует о нормальной работе преобразователя, причем частота мигания соответствует частоте следования импульсов выходного сигнала преобразователя.
Красный светодиод загорается при расходе 0.8 от Qmin , либо хаотичном характере процесса вихреобразования, в частности, при попадании посторонних предметов на тело обтекания и т.п.
Тело обтекания расположено на входе жидкости в проточную часть. При обтекании этого тела потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка, частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна расходу.
За телом обтекания в корпусе проточной части расположены диаметрально противоположно друг другу стаканчики, в которых собраны ультразвуковые пьезоизлучатель ПИ и пьезоприемник ПП.
На ПИ от генератора подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. Пройдя через поток, эти колебания в результате взаимодействия с вихрями оказываются модулированными по фазе. На ПП ультразвуковые колебания преобразуются в электрические и подаются на фазовый детектор.
На фазовом детекторе определяется разность фаз между сигналами с ПП и опорного генератора – для однолучевого преобразователя. Или разность фаз между ПП первой и второй пары – для двухлучевого преобразователя.
На выходе фазового детектора образуется напряжение, которое по частоте и амплитуде соответствует интенсивности и частоте следования вихрей, которое в силу пропорциональности скорости потока является мерой расхода.
Для фильтрации случайных составляющих сигнал с фазового детектора подается на микропроцессорный адаптивный фильтр и затем в блок формирования выходных сигналов. Для повышения достоверности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода колебания вихрей.
Для увеличения динамического диапазона преобразователя за счет измерения малых расходов в проточную часть установлен термодатчик. Сигнал от него автоматически вводится в программу вычисления расхода в области малых значений.
Таким образом, в результате преобразований и программной обработке модуль формирует импульсный выходной сигнал.
Для увеличения срока службы преобразователя и сведения к минимуму образования отложений в проточной части, проточная часть изготовлена из нержавеющей стали и обработана по высокому классу чистоты поверхности.
Электронный блок размещен в отдельном корпусе, соединенном с проточной частью трубчатым кронштейном. Соединение плат электроники с пьезоэлементами осуществляется проводами, проходящими внутри трубчатого кронштейна.
На индикаторе одновременно отображаются: время наработки прибора (час.), объемный расход (м3/ч), накопленный объем (м3), код самодиагностики. Опции аналогового выхода, RS485, ЖК-индикатор могут заказываться в любой комбинации.
МАССОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ.
Для примера рассмотрим Метран -360 – кориолесовый расходомер предназначенный для измерения массового и вычисления объемного расхода жидких и газообразных сред. Он используется в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами, а также в системах коммерческого учета.
Расходомер имеет модульную конструкцию, состоящую из:
- датчика расхода (сенсора);
- измерительного микропроцессорного преобразователя моделей 1700 или 2700;
- основного процессора;
- фланцев для присоединения к магистрали.
Основными элементами датчика расхода являются две расходомерные трубки, на которых монтируется:
- соединительная трубка с силовой электромагнитной (задающей) катушкой возбуждения и магнитом;
- два тензодатчика с магнитами и электромагнитными катушками;
- терморезистор.
Элементы датчика закрыты защитным кожухом, на котором нанесен указатель направления потока.
Под воздействием задающей катушки расходомерная трубка колеблется с резонансной частотой.
В результате эффекта Кориолиса, возникающем при движении среды в колеблющейся трубке, различные её части изгибаются относительно друг друга. Этот изгиб приводит к взаимному рассогласованию по фазе колебаний различных участков расходомерной трубки, которая преобразуется электромагнитными детекторами скорости в выходной сигнал датчика расхода.
Массовый расход определяется путем измерения временной задержки между сигналами детекторов, которая пропорциональна массовому расходу. При отсутствии потока измеряемой среды изгиба трубки не происходит, и выходной сигнал отсутствует.
Резонансная частота трубки зависит от ее геометрии, материала, конструкции и массы. Масса состоит из двух частей: массы самой трубки и массы измеряемой среды в трубке. Масса трубки (трубок) постоянна для данного датчика.
Поскольку масса среды в трубке равна произведению плотности среды и внутреннего объема трубки, а объем трубки является константой для данного типоразмера датчика, то резонансная частота колебаний трубки может быть привязана к плотности среды и определена путем измерения резонансной частоты колебаний трубки и температуры (изменение модуля упругости материала трубки при изменении температуры учитывает температурный сенсор).
Плотность среды вычисляется на основании линейной зависимости между частотой и периодом колебаний трубки с использованием калибровочных констант.
По полученным значениям массового расхода и плотности вычисляется объемный расход.
Выходные сигналы:
Аналоговый сигнал – токовый сигнал 4 – 20 мА пропорционален текущему массовому или объемному расходу: нижние и верхние предельные значения соответствуют максимальному и минимальному значениям.
Цифровой сигнал Bell202 – накладывается на аналоговый 4 – 20 мА (протокол HART).
Цифровой сигнал RS485 (протоколы HART и Modbus).
Лекция № 9.ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ
Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой – жидкостью или сыпучим телом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления технологическим процессом.
Путем измерения уровня можно получить информацию о массе жидкости в резервуарах. Подобная информация широко используется для проведения товароучетных операций и для управления производственным процессом. Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерения уровня называют уровнемерами.
Различают уровнемеры, предназначенные для измерения уровня рабочей среды; измерений массы жидкости в технологическом аппарате; сигнализации предельных значений – сигнализаторы уровня
По диапазону измерения различают уровнемеры широкого и узкого диапазона. Уровнемеры широкого диапазона (с пределами измерений 0.5 ÷ 20 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений 0 ÷ ± 100 мм и 0 ÷ ± 450 мм) обычно используются в системах автоматического регулирования.
В настоящее время измерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными по принципу действия уровнемерами, из которых распространение получили поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и радиоизотопные. Применяются и визуальные средства измерений.