Ультразвуковой расходомер-счетчик

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Политехнический институт

Кафедра «Автоматизированные станочные системы»

 

 

Курс «Технические измерения и приборы»

 

 

курсовая работа

 

Задание №203.06

«Ультразвуковой расходомер-счетчик»

 

 

 

Выполнил: студент гр. Б660203с

 

 

Проверил: 

 

 

 

 

 

 

Тула 2013

 

Содержание

 

 

 

1. Назначение и область применения

 

Доплеровский ультразвуковой расходомер-счетчик ДНЕПР-7 является прибором общепромышленного назначения с широким диапазоном контролируемых сред с накладным монтажом датчиков.

Расходомер-счетчик ультразвуковой ДНЕПР-7 предназначен для технологических и коммерческих измерений, контроля и учета объемного расхода, количества жидкости и насыщенного водяного пара в системах холодного, горячего водоснабжения, теплоснабжения и водоотведения.

Расходомер-счетчик ультразвуковой ДНЕПР-7 может применяться на объектах ЖКХ, в химической, нефтедобывающей, металлургической целлюлозно-бумажной, пищевой, и в других отраслях промышленности, так же на энергетических объектах ТЭЦ , АЭС.

Контролируемая среда:

Вода: артезианская, чистая питьевая, сточная, горячая, сиаманская, речная, с примесями, аэрированная и т.д.

Жидкости: кислоты, ацетоны, щелочи, растворы коагулянтов, спирты и их растворы и т.д.

Насыщенный водяной пар при температуре от 100 до 200 С.

При индивидуальной градуировке возможна работа на мазуте и воздухе.

Расходомер может применяться на металлических (в том числе и гуммированных), керамических и железобетонных, заполненных и незаполненных (самотечных) трубопроводах.

Расходомер может быть применен для автономных измерений объемного расхода и количества воды или насыщенного водяного пара, а также в комплекте с теплосчетчиками для расчета, расходуемой тепловой энергии.

Расходомер содержит два накладных (прикрепляемых к наружной поверхности трубопровода) ультразвуковых преобразователя (ПП) с соединительными кабелями, процессорный блок (ПБ) и блок питания (БП) с цифровым отсчетным устройством (индикатором).

Расходомер обеспечивает непрерывное зондирование жидкости (пара) ультразвуковыми импульсами постоянной частоты и преобразование доплеровского сдвига частотного спектра отражений, зависящего от скорости потока, в импульсный сигнал пропорциональной частоты, его обработку и цифровое измерение количества жидкости (пара) нарастающим итогом с масштабным коэффициентом, устанавливаемым по сечению трубопровода.

Импульсный сигнал, подаваемый на встроенный счетчик расходомера, может быть выдан (через "сухой контакт") на счетный вход внешнего теплосчетчика (например, типа КСТ-В).

Расходомер может иметь исполнения с пропорциональным расходу:

унифицированным сигналом постоянного тока, который может быть использован для контроля и измерений объемного расхода;

частотно-импульсным сигналом для подключения теплосчетчика (например, типа ВТД).

Ультразвуковые преобразователи расходомера могут устанавливаться на действующем трубопроводе в местах с повышенной влажностью, включая колодцы, коллектора и сырые не отапливаемые помещения.

 

2. Устройство и принцип работы

качество планирование заказчик политика

Расходомер относится к ультразвуковым доплеровским расходомерам с непрерывным излучением и приемом отраженного сигнала пьезоэлектрическими преобразователями.

Расходомер производит преобразование доплеровской разности частот отражений ультразвука от движущихся неоднородностей потока, линейно зависящей от скорости движения и объемного расхода воды (или пара), в импульсный сигнал пропорциональной частоты, его обработку и цифровое измерение (подсчет) количества воды (пара) во времени с соответствующей индикацией.

Параметры преобразования, обработки сигнала с соответствующими масштабными коэффициентами (в зависимости от сечения трубопровода, контролируемой среды, выбранного диапазона и т.п.) и единицами измерений вводятся в память расходомера при его настройке.

Первичные преобразователи ПП представляют собой два ультразвуковых датчика: «Датч.1»,- работающий в качестве излучателя ультразвуковых колебаний и «Датч.2,»- работающий в качестве приемника. ПП выполнены с преломляющими ультразвук пластмассовыми призмами, содержащими стандартные пьезоэлектрические преобразователи.

Формирование излучаемых и принятых датчиками колебаний ультразвуковой частоты и обработка полученной информации производится в ПБ расходомера.

Представление результатов измерений производится цифровым индикатором, размещенным на панели БП.

Разность частот F между частотой генерируемого сигнала f0 и частотой принятого сигнала f1 пропорциональна скорости и расходу контролируемой среды в области пересечения ультразвуковых лучей.

F=f0 -f1=m*N*SIN(α)*(fо /С)*Q%*(1/100%),                     (1)

где m=3 (м/c)- масштабный коэффициент;

N- номер диапазона;

Q% - расход  в относительных  процентах;

α - угол ввода ультразвукового луча в контролируемую среду;

С- скорость звука в контролируемой среде, м/с;

f0 и f1-частота излучаемого  и принятого сигналов, 1/c.

Поскольку ультразвуковой луч вводится в контролируемую среду из ПП через стенку трубопровода с преломлением, то, согласно закону Снелиуса, выполняется равенство:

SIN(α)/С =SIN(α п)/Сп,                                                        (2)

где αп - угол призмы-держателя ПП;

Сп - скорость звука в призме-держателе ПП.

Этим достигается независимость  разностной  доплеровской частоты от скорости звука в контролируемой среде и формула (1) приобретает вид:

F=m*N*(fг/Cп)*Q%*SIN(α п)*(1/100%).                               (3)

Разностная доплеровская частота выделяется и обрабатывается в процессорной части расходомера.

Объемный расход воды (пара) вычисляется по измеренной скорости потока и определенной площади поперечного сечения трубопровода.

Максимум диапазона измеряемого расхода Qmaх, рассчитывается по формуле:

Qmaх[м3/ч] = 0,0042412*N*Дв2  - для воды,                    (4)

 

Qmax[м3/ч] = 0,00073676*N*Дв3 - для пара,                     (5)

где Дв - внутренний диаметр трубопровода в миллиметрах;

N - номер диапазона измерения (1; 2 или 4).

Для расходомера с токовым выходом, объемный расход рассчитывается по формуле:

Q= Qmax*(I- Io)/(Imax-Io),                                                 (6)

где I - показание прибора в миллиамперах;

Io и Imax-начальное и максимальное значения выходного сигнала, (для сигнала 0-5 мА: Io=0 мА, Imax=5 мA; для сигнала 4-20мА: Io=4 мА, Imax=20 мА)

Для расходомера с частотным выходом, величина объемного расхода рассчитывается по формуле:

Q = f * k,                                                                             (7)

где f - выходная частота в Гц,

k - коэффициент преобразования, [м3/(ч*Гц)].

 

Для измерения объемного расхода не требуется нарушение целостности трубопровода, расходомер не вносит дополнительного гидравлического сопротивления.

Показания накладного доплеровского расходомера практически не зависят от скорости звука в контролируемой среде, от ее состава, температуры и давления.

Поскольку область пересечения ультразвуковых лучей имеет протяженные размеры (порядка 400 мм по диаметру) показания расходомера не зависят от незначительных отклонений места установки ПП от диаметральной плоскости. Допускается смещение ПП относительно друг друга в осевом направлении на 10 мм, смещение ПП по диаметру на 10 . Допускается установка ПП рядом на расстоянии 40 - 70 мм друг от друга.

Расходомер позволяет производить измерение скорости потока в незаполненных трубопроводах. При этом, ПП устанавливаются снизу трубопровода.

Расчет объемного расхода в незаполненном трубопроводе про-изводится автоматически, по таблицам для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле академика Н.Н. Павловского.

 

3. Монтаж и наладка расходомера на объекте

 

Монтаж расходомера на объекте.

Выбрать место установки датчиков с соблюдением требований установки коммерческого расходомера. Подготовить участок трубопровода и расходомер к монтажу (смотри раздел 6). Рекомендуется устанавливать датчики до местных сопротивлений потока (задвижка, колено).

Правила монтажа датчиков на трубопровод.

Подключить датчики к процессорному блоку. (Датч.2 - двух кабельная подводка, Датч.1 - одно кабельная подводка.)

Прислонить датчики к трубопроводу и опустить направляющие на трубопровод так, чтобы датчик не вращался вокруг своей оси. Жестко закрепить направляющие на датчике с помощью крепежных винтов.

Смазать датчики Литолом-24, слоем 10-15 мм по продольной оси датчика.

Прислонить датчики смазанной поверхностью к трубопроводу и закрепить их с помощью хомута или крепежных скоб.

Проверить правильность распайки четырехжильного кабеля.

Подключить четырехжильный кабель к ПБ и БП (разъем «Сигн.»).

Заземлить блок питания, используя крепежную планку.

ПОДКЛЮЧАТЬ РАСХОДОМЕР К СЕТИ, УБЕДИВШИСЬ В ПРАВИЛЬНОСТИ МОНТАЖА

Подключить блок питания к сети переменного тока, напряжением 220 В 50 Гц. (разъем «Сеть» на блоке питания).

На процессорный блок должно поступать напряжение питания не менее 12 В. Светодиод, находящийся на процессорном блоке, должен светиться зеленым цветом.

Количество светящихся светодиодов на рейке зависит от качества монтажа и правильности установки датчиков. Необходимо добиваться максимального количества светящихся светодиодов при установки датчиков на поверхность трубопровода. Светодиодная рейка сигнализирует о правильности и точности установки датчиков.

Подключение регистрирующих приборов к токовому выходу только при наличии оторванного от земли входа.

При наличии сильных электрических наводок на трубопроводе необходимо дополнительно вывести с первого контакта разъема «Сигн.» провод и заземлить его на трубопровод.

В течение 5 минут после включения происходит самодиагностика расходомера. Показания счетчика следует снимать через 5 минут после включения расходомера.

В течение 5 минут после включения происходит самодиагностика расходомера. Показания счетчика следует снимать через 5 минут после включения расходомера.

При отсутствии расхода светодиод светится зеленым цветом.

При больших отложениях (более 5 мм) на внутренних стенках трубопроводов и ослаблении приемного сигнала менее 1 В (разъем «Сигн.»- пятый контакт) необходимо сделать вставку в трубопровод из калиброванного участка трубы длинной не менее трех диаметров.

При выборе места установки прибора необходимо избегать шумящих задвижек и дроссельных шайб, особенно перед прибором. В этом случае место измерения необходимо выносить дальше, либо заменять задвижку, либо ее прокладки.

 

Наладка расходомера на объекте.

Наладку расходомера удобнее всего производить с использованием наладочного спектро - осциллографического экрана.

На верхней панели процессорного блока находятся: светодиод индицирующий наличие сигнала; переключатель «НЧ» служащий для регулирования частоты подавления низкочастотной помехи; переключатель «ВЧ» служащий для регулирования частоты подавления высокочастотной помехи; адаптер прохождения сигнала «F» служащий для выбора частоты сигнала обеспечивающего максимальный коэффициент прохождения сигнала через стенку конкретного трубопровода; регулятор коэффициента усиления «К», служащий для регулировки амплитуды сигнала; переключатель «Руч/Авт» служащий для выбора режима управления фильтрами, ручной или автоматический.

При наладке расходомера на объекте необходимо выполнить следующие операции.

1. Установить все переключатели в крайнее левое положение 1.

Б) Установить переключатель «Руч/Авт» в положение «Руч».

B) Подключить наладочный спектро - осциллографический экран к разъему «Сигнал» на процессорном блоке, или подключить осциллограф к контакту 5 разъема «Сигнал». Землю осциллографа соединить с корпусом прибора или с контактом 1 разъема «Сигнал».

Г) Определить амплитуду сигнала по осциллографу, или по цифровому вольтметру переменного тока, или по индикаторной рейке.

Если амплитуда сигнала меньше 1,5 В., то следует настроить прибор на конкретный трубопровод с помощью адаптера - переключателя «F».

Если амплитуда сигнала меньше 1,5 В, переключатель адаптера «F» поворачивается по часовой стрелке и устанавливается во второе положение, через 10 - 15 секунд в третье и через 10 - 15 секунд в четвертое. При этом фиксируется амплитуда сигнала при каждом положении переключателя, затем переключатель устанавливается в положение, при котором амплитуда сигнала максимальна.