книги / Технические измерения и приборы

ности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода колебаний вихрей.

Таким образом, в результате преобразований и программной обработки модуль формирует импульсный выходной сигнал.

Проточная часть преобразователя расхода представляет собой полый цилиндр специальной конструкции, в котором установлены тело обтекания, термодатчик и вварены стаканчики с пьезоэлементами. Установка преобразователя на трубопроводе производится с помощью патрубков и фланцев. Геометрическая форма патрубков на входе и выходе проточной части обеспечивает сохранение метрологических характеристик и снижает требования к длине прямых участков трубопроводов до и после места установки преобразователя.

Электронный блок размещен в отдельном корпусе, соединенном с проточной частью трубчатым кронштейном, и состоит из платы приемника и платы цифровой обработки, установленных на клеммной колодке.

Корпус закрыт крышками, уплотнение которых производится резиновыми прокладками, что обеспечивает герметичность корпуса.

В конструкции электронного блока с заказываемыми опциями аналогового выходного сигнала, цифрового интерфейса на основе стандарта RS-485 и модуля индикации добавляются три платы, а одна из крышек корпуса имеет увеличенный размер и прозрачную (стекло) торцевую поверхность для визуализации показаний ЖК-индикатора.

На индикаторе отображаются: время наработки прибора (ч), объемный расход (м3/ч), накопленный объем (м3), код самодиагностики. Указанные величины выводятся попеременно с периодом 20 с.

Выходные сигналы преобразователя:

–токоимпульсный;

–импульсный типа «замкнуто/разомкнуто» – оптопара;

–унифицированный токовый 0–5, 4–20 мА;

–цифровой интерфейс на основе RS-485;

–ЖК-индикатор для отображения значений расхода, накопленного объема, времени наработки, кода самодиагностики.

Параметры выходных сигналов:

–ток нагрузки токоимпульсного выходного сигнала от 7 до 10 мА;

321

–сопротивление нагрузки токоимпульсного выходного сигнала от 0 Ом до 1,8 кОм (при напряжении питания 36 В);

–для выходного сигнала типа «замкнуто/разомкнуто» напряжение коммутации не более 30 В и допустимый ток коммутации не более 32 мА;

–для унифицированного токового сигнала 0–5 мА – сопротивление нагрузки до 2,5 кОм; для сигнала 4–20 мА – до 1 кОм.

Номинальный расход Qном, определенный при избыточном давлении в трубопроводе 0,1 МПа (1 кгс/см2), является условной величиной и используется для характеристики некоторых параметров преобразователя.

При расходе менее 0,8Qмин происходит выключение электронно-

го блока преобразователя расхода. Погрешность составляет 1 %.

Электромагнитный метод. измерения частоты вихрей В вихревой дорожке Кармана имеются сигнальные

электроды (жидкость должна быть электропроводящая). Под воздействием магнитного поля образуется ЭДС с частотой, пропорциональный объѐмному расходу жидкости. Сигнал снимается, обрабатывается в соответствии с градуировачной индивидуальной характеристикой преобразователя. На выходе формируется частотный сигнал или импульсно - токовый выход с нормированной для группы типоразмеров ценой импульса (0,1; 1; 10; 100; 1000;л/имп)

Типичный вихревой электромагнитный преобразователь – прибор ВЭПС – Т(И) производства ЗАО НПО «Промприбор» г. Калуга. При более простой модификации Т расход воды преобразуется в частоту электрического сигнала. При модификации ТИ выход датчика – импульсы с нормируемой ценой.

Градуировачные характеристики преобразователей для модификации Т:

G = (A*f + В ) * (1 + GT (T - 20))

для модификации ТИ:

G = ∆V* N (1 + GT(T - 20) ), где

322

A, В – индивидуальные градуировочные коэффициенты;

f , N – выходная частота или количество выходных импульсов; GT – температурный поправочный коэффициент(для воды GT = 0,00005 );

∆V – цена импульса;

T – температура жидкости.

Структурная схема преобразователя ВЭПС – ТИ приведена на рис.5.5.

«OK»

Частотный	Усилитель -			Триггер
вх. сигнал	формирователь			Шмидта
выход

Формирователь
		Гальваническая
длительности
		развязка
импульса			По

выход Блок

9-15В питания

3,65В

МП		Гальваническая	«O
		развязка

рис.5.5.

323

9.4.7.Массовые кориолисовые расходомеры

иплотномеры

Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и взвесей. Все измерения выполняются в реальном времени.

Кориолисовый расходомер состоит из датчика расхода (или сенсора) и преобразователя (рис. 9.13). Сенсор напрямую измеряет расход, плотность и температуру. Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию в стандартные выходные сигналы.

Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные половины, протекающие через каждую из сенсорных трубок. Движение задающей катушки (рис. 9.14) приводит к тому, что трубки колеблются вверх-вниз в противоположном направлении друг к другу.

Рис. 9.13. Кориолисовый расходомер

324

Рис. 9.14. Устройство кориолисового расходомера

Сборки магнитов и катушек-соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках (рис. 9.15). Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой.

325

Рис. 9.15. Схема работы расходомера

Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы, поступающие с детекторов, находятся в одной фазе (рис. 9.16).

При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь, приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катуш-

326

Рис. 9.16. Сигналы детекторов при отсутствии расхода

кой, т.е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки (рис. 9.17). Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное.

Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки.

Как результат изгиба сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе, так как сигнал от входной стороны запаздывает по отношению к сигналу с выходной стороны (рис. 9.17).

327

Рис. 9.17. Сигналы детекторов при расхода

Разница во времени между сигналами ( T) измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше T, тем больше массовый расход.

Соотношение между массой и собственной частотой колебаний сенсорной трубки – это основной закон измерения плотности в кориолисовых расходомерах.

В рабочем режиме задающая катушка (рис. 9.14) питается от преобразователя, при этом сенсорные трубки колеблются с их собственной частотой. Как только масса измеряемой среды увеличивается, собственная частота колебаний трубок уменьшается; соответственно при уменьшении массы измеряемой среды собственная частота колебаний трубок увеличивается.

Частота колебаний трубок зависит от их геометрии, материала, конструкции и массы. Масса состоит из двух частей: массы самих трубок и массы измеряемой среды в трубках. Для конкретного типоразмера сенсора масса трубок постоянна. Поскольку масса измеряе-

328

мой среды в трубках равна произведению плотности среды и внутреннего объема, а объем трубок является также постоянным для конкретного типоразмера, то частота колебаний трубок может быть привязана к плотности среды и определена путем измерения периода колебаний.

Частота колебаний измеряется выходным детектором (рис. 9.18) в циклах в секунду (Гц). Период колебаний, как известно, обратно пропорционален частоте. Измерить время цикла легче, чем считать количество циклов, поэтому преобразователи вычисляют плотность измеряемой жидкости, используя период колебаний трубок в микросекундах (рис. 9.18). Плотность прямо пропорциональна периоду колебаний сенсорных трубок.

Рис. 9.18. Работа расходомера при измерении плотности

329

Примером расходомера, который работает на этом принципе, является «Метран-360». Это кориолисовый расходомер, предназначенный для измерения массового и вычисления объемного расхода жидких и газообразных сред; используется в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета. Внешний вид расходомера приведен на рис. 9.19.

Рис. 9.19. Кориолисовый расходомер «Метран-360»

Измеряемая среда – газы, от сверхлегких (водород); жидкости (в т.ч. агрессивные); эмульсии, суспензии, взвеси, тяжелые и высоковязкие среды (сырая нефть, мазут, битум, гудрон). Температура измеряемой среды при удаленном монтаже измерительного преобразователя от минус 240 до плюс 150 °С (интегральный монтаж измерительного преобразователя); рабочее избыточное давление в трубопроводе – до 30 МПа.

Условный диаметр трубопровода Ду – 15, 25, 50 мм. Пределы основной относительной погрешности измерений массового и объемного расходов жидкостей ±0,5 %; газов ±1,0 %. Взрывозащищенное исполнение.

Характерные особенности расходомера «Метран-360»:

– высокая точность измерений параметров в течение длительного времени;

330