Скачать:  2-chast-uca.zip [66,92 Kb] (cкачиваний: 62)

Под системой автоматизации производственных процессов принято понимать совокупность приборов и устройств, связанных между собой, с персоналом, реализующим данный производственный процесс, и смежными службами, а также методы использования этой совокупности.

Для получения данных о ходе производственного процесса и его дальнейшей автоматизации используются различные датчики и элементы систем автоматизации, использующие и преобразующие полученную информацию в целях последующей работа разного рода оборудования.

Неотъемлемыми приборами в нефтяной промышленности являются расходомеры.

   Расходомер - прибор для определения расхода газа, жидкости или сыпучих материалов. Различают расходомеры индукционные (измеряют электродвижущую силу, наводимую в потоке вещества магнитным полем), тепловые (учитывают интенсивность теплообмена в потоке) и ультразвуковые (измерения расхода и количества жидкостей и газов).

  Расходомеры необходимы для управления производством. Без них невозможно обеспечить оптимальный режим техно­логических процессов в энергетике, металлургии, в химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях про­мышленности. Эти приборы требуются также для автоматизации производства и достижения при этом максимальной его эффектив­ности.

В данной курсовой работе мною рассмотрен датчик расхода ДРС-25.  Датчик предназначен для линейного преобразования расхода жидкости в электрические импульсы с ценой выходного импульса 0,0001 м³.

Понятие расхода

Расход – это количество вещества, протекающее в единицу времени через данное сечение.

Для измерения расхода используют приборы, называемые расходомерами.

 Расходомеры бывают следующих типов:

• основанные на гидродинамических методах (переменного перепада давления);
• с непрерывно движущимся телом (тахометрические шариковые и турбинные);
• основанные на различных физических явлениях (электромагнитные, ультразвуковые);
• основанные на особых методах.

В данной курсовой работе рассматривается датчик расхода, основанный на вихревом методе анализа, то целесообразно будет более подробно рассмотреть вихревые расходомеры.

Вихревые расходомеры – это приборы, в основе которых лежит зависимость между частотой вихреобразования пульсации (скорости или давления), искусственно созданного в потоке движущейся жидкости (газа) с помощью тела обтекания и линейной скорости потока, а, следовательно, и расхода.

Движение потока жидкости, при котором малые частица перемещаются не только поступательно, но и вращаются вокруг некоторой неподвижной оси, называются вихревыми. Вращение частиц потока в этом случае обусловлено тем, что на стенке трубы из-за прилипания жидкости скорость ее равна нулю, а при удалении от стенки – быстро возрастает, так что скорость соседних  слоев отличается друг от друга. По причине тормозящего действия одного слоя и ускоренного действия другого возникает вращение частиц.

Вихревые расходомеры делятся на три группы:

1. Расходомеры, имеющие в первичном преобразователе неподвижное тело, при обтекании которого с обеих сторон возникают срывающиеся вихри, создающие пульсации давления.

2. Расходомеры, в первичном преобразователе которых поток закручивается и, попадая затем в расширенную часть трубы, процессирует, создавая при этом пульсации давления.

3. Расходомеры, в первичном  преобразователе которых струя, вытекающая из отверстия, совершает автоколебания, создавая при этом пульсации давления.

Преобразователи расхода у данного вида расходомеров – многоступенчатые. В первой ступени в процессе вихреобразования или осцилляции струи создаются пульсации давления или скорости, частота которых пропорционально объемному расходу. Во второй ступени эти пульсации преобразуются в выходной сигнал, обычно электрический. Для этого служат преобразователи давления (пьезоэлементы), температуры (термоанемометры), ультразвуковые преобразователи скорости и т.д.

В вихревых расходомерах преимущественно применяют призматические тела прямоугольной, треугольной или трапецеидальной (дельтообразной) форм. У последних основание обращено навстречу потоку. Такие тела образуют сильные и регулярные вихревые колебания, хотя и создают несколько большую потерю давления. Кроме того, они удобны для второй ступени преобразования частоты в выходной сигнал.

Недостатками данного вида расходомеров являются износ тела обтекания и влияние вибрации на результат измерения.

Технические данные датчика  ДРС-25

Датчик расхода ДРС-25 предназначен для линейного преобразования объемного расхода жидкости, протекающей в трубопроводе, в последовательность электрических импульсов с нормированной ценой в зависимости от типоразмера датчика расхода и в токовый сигнал 4-20 мА.

Датчик может эксплуатироваться как самостоятельное изделие и в составе счетчика жидкости СЖУ, работая с блоком преобразования измерительным     БПИ-01.1или с блоком вычисления расхода микропроцессорным БВР.М               ТУ 39-0148346-001-92.

Датчик может эксплуатироваться на объектах без стационарного электроснабжения в комплекте с индикатором расхода переносным ИРП-ДРС.

 Область применения – промышленные предприятия, объекты коммунально-бытового назначения.

 Датчик расхода может устанавливаться в помещениях или на открытом  воздухе (под  навесом)  и  эксплуатироваться  при  температуре  окружающего воздуха от минус 45 до плюс 50 °С и относительной влажности воздуха до 95 %  при температуре  35 °С.

Датчик сохраняет работоспособность после замерзания и последующего оттаивания рабочей жидкости в проточной части датчика расхода, а также при образовании наледи или отложений осадков на проточной части датчика расхода толщиной не более 1 мм. 

 По защищенности от проникновения внешних твердых предметов и воды  датчик расхода имеет степень защиты  IP57 по ГОСТ 14254-96.

 По  прочности  к  воздействию  синусоидальных  вибраций  датчик расхода имеет группу исполнения N4 по ГОСТ 12997-84.

 По устойчивости к воздействию атмосферного давления – группа исполнения Р1 по ГОСТ 12997-84.

По устойчивости к воздействию температуры и  влажности окружающего воздуха – группа исполнения С4 по ГОСТ 12997-84, но для температуры окружающего воздуха от минус 45 до плюс 50 °С и относительной влажности воздуха до 95 %  при температуре 35 °С.

Датчик расхода соответствует требованиям документа "Правила устройства электроустановок. ПУЭ" для стационарных установок и допускает эксплуатацию во взрывоопасных зонах помещений классов В-1а, В-1г. Взрывобезопасность датчика расхода обеспечивается отсутствием в электронной схеме элементов нормально искрящих и подверженных нагреву выше 80 °С (при температуре окружающей среды 40 °С), а также степенью защиты оболочки  IP57 по ГОСТ 14254-96.

Измеряемая среда – вода, нефть, нефтепродукты и другие, неагрессивные к стали марки 12Х18Н10Т и 20Х13 по ГОСТ 5632-72, жидкости или сжиженные газы с концентрацией солей не более 20 г/дм³, максимальным поперечным размером твердых частиц 3 мм, избыточным давлением до 20 МПа и вязкостью не более 12*10^-6 м²/с при температуре от 0 до 150 ^оС.

Основная  относительная  погрешность  датчика  расхода  по  импульсному выходу в  диапазоне расходов от  Q_э.min  до  Q_э.max  не превышает ±1,0 %  или ±1,5 % и в диапазоне расходов от Q_min до Q_э.min не превышает ±4,0 %.

Основная погрешность датчика расхода по токовому выходу, приведенная к верхнему пределу, во всем диапазоне расходов не превышает   ±2,5 %.  

Дополнительная погрешность датчика расхода от изменения температуры  измеряемой  среды  от 20  °С  до  любого  значения  в  диапазоне  от 0 до 150 °С, не более  0,1 % на каждые 10 °С изменения температуры.

Дополнительная погрешность датчика расхода от изменения вязкости рабочей среды от 1,0⋅10^-6 до 12,0⋅10^-6 м²/с, не превышает  0,3 % на каждые 2,0⋅10^-6 м²/с изменения вязкости.

Дополнительная погрешность датчика расхода, вызванная образованием осадков на внутренней поверхности проточной части толщиной (1 ±0,1) мм, не превышает 10%.

 Параметры токового выхода:

¾   напряжение источника питания постоянного тока, U_n, В         (24±4);

¾   нагрузочное сопротивление, R_н, Ом, не более           .

Питание  датчика расхода осуществляется стабилизированным напряжением постоянного тока (24±1) В, от блока преобразования измерительного БПИ-01.1 или любого другого источника питания, с гальванически развязанными цепями, обеспечивающего нагрузочный ток не менее 100 мА.

Длина линии связи по цепи питания не более 250 м, по инфоримационной цепи – не более 1000 м.

Основные параметры датчика представлены в таблице 1.

Таблица 1

Устройство и принцип работы датчика расхода

Датчик расхода конструктивно состоит из первичного преобразователя расхода ПР и корпуса с платой преобразования ПНП (см. рисунок 1).

Набегающий поток образует за телом обтекания (ТО) вихревую дорожку, состоящую из двух цепочек вихрей, образующихся на верхней и нижней кромках тела обтекания и перемещающихся вместе с потоком.

Принцип действия датчика расхода основан на регистрации каждого из вихрей путем "просвечивания" потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси тела обтекания от пьезоизлучателя ПИ к пьезоприемнику ПП. После взаимодействия ультразвуковых колебаний с цепочкой вихрей (вихревой дорожкой) сигнал, принятый пьезоприемником ПП, оказывается модулированным по фазе. Модулированный сигнал U_c с выхода пьезоприемника ПП поступает на плату преобразования (345.02.03.000).

Плата преобразования датчика расхода осуществляет выделение из модулированного сигнала U_c, поступающего с пьезоприемника ПП, полезного сигнала с частотой вихрей, его фильтрацию, линеаризацию и масштабирование, и обеспечивает на выходе электрический непрерывный частотный сигнал F_вых с нормированной ценой импульса и токовый выходной сигнал 4-20 мА. Выходные частотная и токовая цепи гальванически развязаны от корпуса, цепи питания и между собой. Подключение датчика расхода осуществляется посредством клеммной колодки КК.

Питание схемы датчика расхода осуществляется напряжением +24 В.

Рис.1. Структурная схема ДРС-25.

Описание принципиальной схемы 

Как было указано выше, датчик расхода состоит из преобразователя расхода ПР и преобразователя нормирующего передающего ПНП.

Принцип действия датчика расхода поясняется функциональной схемой, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема датчика расхода ДРС-25.

ПР-преобразователь расхода, ПИ- пьезоизлучатель; ПП – пьезоприемник; Ф1, Ф2 – формирователь сигнала; ФД – фазовый детектор; Г – генератор; ФНЧ – фильтр низких частот; У – усилитель; СП – стабилизирующий преобразователь; УК – устройство коррекции; ФАПЧ – блок фазовой автоподстройки частоты; АК – автокоррелятор; УБ – узел блокировки; П1 – наборное поле; Д – делитель частоты; ФС – формирователь выходного сигнала; УГР – узел гальванической развязки.

Принцип действия датчика расхода основан на регистрации каждого из вихрей путем «просвечивания» потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси тела обтекания от пьезоизлучателя ПИ к пьезоприемнику ПП. После взаимодействия ультразвуковых колебаний с цепочкой вихрей (вихревой дорожкой) сигнал,  принятый пъезоприемником ПП, оказывается модулированным по фазе. Модулированный сигнал с выхода аъезоприемника ПП поступает на формирователь сигнала Ф1, с выхода которого сигналы прямоугольной формы поступают на один из входов фазового детектора ФД.Работа фазового детектора ФД основана на преобразовании фазового сдвига между опорным сигналом ,поступающим с кварцевого генератора Г, и модулированным сигналом , поступающим с выхода формирования Ф1,в последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна разности фаз между указанными сигналами. Сигнал с выхода фазового детектора ФД поступает на двухфазный пассивный RC – фильтр нижних частот ФНЧ, где подавляется несущая частота и другие высокочастотные составляющие сигнала.

Усиление полезного сигнала в рабочей полосе частот, соответствующей диапазону расходов датчика, производится усилителем У с частотно зависимыми   обратными связями.

Формирователь Ф2 из сигнала с выхода усилителя У формирует импульсы прямоугольной формы. Напряжение сигнала с выхода формирователя Ф2 поступает на входы блока фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, автокоррелятора АК и узла блокировки УБ.

Блок ФАПЧ исполняет роль корреляционного фильтра входного сигнала и формирует на выходе импульсы с частотой, соответствующей основной гармонике входного сигнала. Частотный сигнал с выхода блока ФАПЧ через делитель частоты Д, с программируемым коэффициентом деления ( диодами на наборном поле П1), и формирователь выходного сигнала ФС поступает на вход узла гальванической развязки УГР, выполненного на транзисторной оптопаре.

Автокоррелятор АК исполняет роль частотного дискриминатора и служит для предварительной настройки блока ФАПЧ.

Узел блокировки УБ определяет моменты, когда блок ФАПЧ  находится в состоянии синхронизации с входным  сигналом и выдает разрешающий   сигнал на формирователь выходного сигнала ФС.

Вследствие отклонений геометрических размеров проточной части преобразователя расхода  ПР и тела обтекания, коэффициент преобразования преобразователя расхода ПР К_пр различен для каждого  датчика расхода, поэтому для каждого датчика расхода в соответствии со значением К_пр, определяемым при градуировке, устанавливается ( распайкой диодов на напорном поле П1) условный коэффициент преобразования преобразователя ПНП.

                                           К_у25=8,192/К_пр

Устройство коррекции УК позволяет выполнить корректировку характеристики датчика расхода вблизи нижней границы диапазона эксплуатационных расходов.

Питание элементов схемы осуществляется от стабилизирующего преобразователя СП, преобразующего напряжение питание + 24В в напряжение постоянного тока +15В, + 5В. Питание пьезоизлучателя ПИ осуществляется от генератора  Г.