СКАЧАТЬ:  kursovaya-po-tip-drk-vm-gotovaya.zip [344,39 Kb] (cкачиваний: 27)

 

 

Содержание

 

Введение. 2

1. Технологическая ЧАСТЬ.. 5

1.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.. 5

1.2. ИЗЛУЧАТЕЛИ И ПРИЕМНИКИ УЗК.. 6

1.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УЗР. 8

1.4. ФАЗОВЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ.. 10

2.Техническая часть. 15

1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ.. 15

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. 15

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА. 17

4. ПОРЯДОК РАБОТЫ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ. 19

    5. ПОВЕРКА.. 22

Заключение. 28

Список использованной литературы.. 29

Приложение 1. 30

Приложение 2. 31

Приложение 3. 32

Приложение 4. 33

Приложение 5. 34

Приложение 6. 35

 

 

Введение 

Все процессы и явления окружающего мира воспринимаются и изучаются человеком с помощью сравнений и количественной оценки, осуществляемых путем измерения. Физические законы, определяющие количественную связь между физическими величи­нами, устанавливаются в результате экспериментов, обязательной составляющей которых также являются измерения. Технологиче­ские процессы, промышленное производство и вся практическая деятельность человека по производству материальных ценностей развивались и совершенствовались на основе и вместе с развитием физики, химии и других наук, а, следовательно, в зависимости от развития методов измерения и приборостроения. Следует отметить, что развитие науки и техники, а также совершенствование промыш­ленного производства, в свою очередь, содействовали созданию новых методов измерений и новых точных приборов.

Успехи в развитии отечественной нефтяной и газовой промыш­ленности в значительной степени стали возможны вследствие со­здания и развития отечественного нефтяного приборострое­ния.

Добыча нефти и газа является сложным технологическим про­цессом, в котором находятся во взаимосвязи и взаимодействии про­дуктивный пласт, расположенный на глубине сотен метров от земной поверхности, и промысловое оборудование. Для максимального извлечения из пласта нефти и газа в наиболее короткие сроки с наи­меньшими затратами необходимо знать и контролировать основные технологические параметры, характеризующие процесс добычи, свойства коллектора и добываемых нефти и газа в условиях их за­легания в пласте.

Современное нефтедобывающее и газодобывающее предприятие представляет собой комплекс технологических объектов, рассредо­точенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Технологические объекты (скважины, промысловые системы сбора и подготовки нефти и газа) связаны между собой через единый продуктивный пласт и поток продукции, циркулирующей по технологическим коммуникациям.

 Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, поэтому для нормальной эксплуатации необходимо обеспечить постоянный  дистанционный

контроль над работой технологических объектов и за их состоянием. Для управления нефтегазодобывающим предприятием, представляющим собой сложную систему, необходимо перерабатывать большие потоки информации.

Существующие в настоящее время приборы исследования, регу­лирования и контроля разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений позволили перейти к созданию и внедре­нию информационно-измерительных систем для нефтедобывающих и газодобывающих предприятий.

Успешный процесс ведения переработки нефти и газа зависит от строгого контроля и поддержания на заданном уровне таких параметров, как давление, температура, расход, а также от кон­троля качества выходного продукта.

Поддержание с заданной точностью на заданном уровне пара­метров быстротекущих технологических процессов при ручном управлении оказывается невозможным. Поэтому современное нефтехимическое и нефтеперерабатывающее производство воз­можно только при оснащении технологических установок соответствующими автоматическими измерительными приборами, информационно-измерительными системами и системами автоматического управления.

Таким образом, современный этап развития добычи и переработки нефти и газа немыслим без применения контрольно-измерительных приборов.

Следовательно, знание основ теории измерения, устройства и основных правил эксплуатации контрольно-измерительных при­боров является в настоящее время непременным условием правиль­ного ведения технологических процессов бурения, добычи, транс­порта и переработки нефти и газа.

Приборы, применяемые для контроля и исследования процессов бурения, добычи, транспорта и переработки нефти и газа, отлича­ются от приборов общепромышленного применения вследствие особых условий их эксплуатации.

В данной работе мы рассмотрим ультразвуковой  ДРК (датчик расхода корреляционный). Ультразвуковые расходомеры служат в основном для измерения расхода жидкостей. Принцип их действия основан на использовании ультразвука, скорость которого относительно трубопровода зависит от скорости измеряемого потока. Эти расходомеры состоят из излучателя и приемника ультразвуковых колебаний. Приемник в виде пьезоэлемента преобразует

 

 механическую деформацию, вызванную ультразвуком, в электрический сигнал.

Скорость потока определяют измерением интервала времени Dt прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против него. По методу измерения интервала Dt ультразвуковые расходомеры разделяют на частотные, фазовые и времяимпульсные.

Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются возможность установки прибора на трубопроводах диаметром от 10 мм и более, а также измерение расхода любых жидких сред. Их недостатками — необходимость индивидуальной градуировки, зависимость от профиля скоростей, который меняется с изменением расхода, влияние на показания изменений физико-химических свойств вещества и его температуры, от которых зависит скорость ультразвука. Основная погрешность этих расходомеров при отсутствии коррекции на изменение скорости звука составляет 3—4 %.

Развитие отечественного приборостроения и широкое внедрение средств контроля и управления технологическими процессами спо­собствует повышению культуры производства и росту производи­тельности труда.

1. Технологическая часть 

 

1.1                Общая характеристика [1]

Ультразвуковые расходомеры основаны на измерении, зависящем от расхода того или иного акустического эффекта, возникающего при проходе ультразвуковых колебаний через поток жидкости или газа.

В настоящее время применяются две разновидности ультразвуковых расходомеров.

1. Расходомеры, основанные на перемещении ультразвуковых колебаний (УЗК) движущейся средой: а) УЗК направляются по потоку и против потока; б) УЗК направляются перпендикулярно к движению потока.

2. Расходомеры, основанные на эффекте Доплера.

Наибольшее количество разработок относится к расходомерам, основанным на перемещении УЗК движущейся средой. Существенный вклад в развитие теории и практики применения этих приборов внесли работы цветметавтоматики и НИИ тепло-прибора.

Расходомеры, основанные на явлении Доплера, возникли сравнительно недавно. Измерительные схемы у них проще. Но эти приборы предназначены в основном для измерения местной скорости потока.

Ультразвуковые расходомеры находят применение, для трубопроводов самых различных диаметров начиная от 10 мм и выше. Главным образом они служат для измерения расхода различных жидкостей. Изменение вязкости жидкости, вызывающее изменение профиля скоростей, может быть учтено введением поправочного коэффициента.

В последнее время рассматриваемые приборы стали применять для измерения расходов и скоростей газовых потоков, несмотря на очень малую величину акустического сопротивления газов и трудность получения в них интенсивных звуковых колебаний.

 

 

 

 

 

 

 

1.2. ИЗЛУЧАТЕЛИ И ПРИЕМНИКИ УЗК[2]

 

Основными элементами преобразователей ультразвуковых расходомеров являются излучатели и приемники УЗК. Их действие основано на пьезоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что при сжатии и растяжении в определенных направлениях некоторых кристаллов (пьезоэлементов) на их поверхностях возникают электрические заряды. Если же к этим поверхностям приложить разность электрических потенциалов, то пьезоэлемент растянется или сожмется в зависимости от того, на какой из этих поверхностей будет большее напряжение. Это явление называется обратным пьезоэффектом. Оно лежит в основе работы излучателей УЗК, преобразующих переменное электрическое напряжение в механические колебания той же частоты. Приемники же, преобразующие эти колебания в переменное электрическое напряжение, работают на прямом пьезоэффекте.

Одной из главных характеристик пьезоэлемента служит пьезоэлектрический модуль d (м/В), определяемый следующим уравнением: , где S — размер упругой деформации пьезоэлемента под влиянием приложенного напряжения Е.

Чем больше d, тем эффективнее работает излучатель ультразвука и тем меньшую разность потенциалов надо приложить к пьезоэлементу, чтобы получить желаемую интенсивность УЗК.

Другой характеристикой является пьезоконстанта h (В/м) по деформации, являющаяся отношением возникающей разности потенциалов Е к размеру исходной деформации:

Между h и d существует следующая зависимость:  ,

где Ею — модуль Юнга; ε — диэлектрическая проницаемость; ε_o — электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость свободного пространства).

Таким образом, чем больше пьезомодуль d, тем эффективнее работает пьезоэлемент не только как излучатель, но так же как и приемник ультразвука. Заметим, что пьезомодуль d (Кл/Н) можно определить и из выражения d=q/F, где q  заряд, образующийся на электродах пьезоэлемента, к которому приложена сила F.

Так как кулон (Кл) имеет размерность Н*м/В, то легко видеть, что размерности м/В и Кл/Н совпадают друг с другом.

Пьезоэлементы характеризуются также величиной диэлектрической проницаемости е и коэффициентом электромеханической связи k_p. Чем больше ε, тем больше электрическая емкость пьезоэлемента.

Электрическая прочность пьезоэлемента, измеряемая в кВ/мм, характеризует ту наибольшую разность потенциалов, при которой наступает пробой.

По мере приближения температуры пьезоэлемента к так называемой температуре Кюри у пьезоэлемента начинают ослабевать пьезоэлектрические свойства. Эти свойства полностью пропадают при достижении температуры Кюри.

Одним из наиболее известных природных пьезоэлементов является кварц. Однако в настоящее время в ультразвуковых расходомерах в качестве пьезоэлементов почти исключительно применяются лишь различные пьезокерамические материалы, такие как титанат бария, цирконат титаната

свинца, являющийся твердым раствором цирконата и титаната свинца и др. Эти материалы обладают очень высокой (1100 — 1500) диэлектрической проницаемостью, примерно в триста раз превосходящей проницаемость кварца, и очень большим пьезомодулем. Основные свойства некоторых пьезокерамических материалов приведены в ГОСТ 13927 — 68.

Пьезоэлементы, обычно изготовляемые в виде круглых дисков диаметром 10 — 20 мм, необходимо снабдить электродами. Для этого их специально обработанные поверхности покрывают слоем металла. Существует несколько способов металлизации. Наиболее распространенным является серебрение. Хорошее серебряное покрытие обладает высокой степенью сцепления с поверхностью керамики. Кроме того, оно допускает, что очень важно, припайку соединительных проводов.

Как всякая механическая система пьезоэлемент обладает собственной, или резонансной, частотой колебаний

 

где σ, Ею, ρ — толщина, модуль Юнга и плотность пьезоэлемента. С другой стороны, при резонансной частоте f_p половина длина звуковой волны λ/2 равняется толщине σ пьезоэлемента, т. е.  

Из двух последних равенств вытекает известная зависимость для скорости ультразвука в пьезоэлементе   

Чтобы получить интенсивные УЗК, надо работать на резонансной частоте пьезоэлемента. При загрязненных средах высокая  частота неприемлема. Во избежание рассеяния и поглощения колебаний необходимо, чтобы длина волны была на порядок больше диаметра твердых частиц или воздушных пузырей.

1.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УЗР[3]

Преобразователь ультразвукового расходомера состоит обычно из отрезка трубы, на котором установлены пьезоэлементы числом от двух до четырех. На рис. 1 показаны основные схемы размещения последних. В первых двух схемах применяются пьезоэлементы, обеспечивающие сферическое излучение, в остальных — направленное.

Схема по рис. 1, а одноканальная, а по рис. 1, б — двухканальная, но только с тремя, а не четырьмя пьезоэлементами. Все они кольцевого типа, причем средний является излучателем, а два крайних — приемниками ультразвуковых колебаний. Такая схема удобна для труб очень малого диаметра.

В схемах по рис. 1, в, г и к излучения направляются вдоль оси трубы. Первые две из этих схем одноканальные, а последняя — двухканальная. Подобные схемы легко позволяют получить достаточно большие расстояния между пьезоэлементами и, следовательно, увеличить чувствительность измерения. Но на практике они применяются редко, преимущественно для труб малого диаметра , потому что нарушают конфигурацию трубопроводов.

Наиболее употребительны остальные схемы (рис. 1, д, е, ж, з, и), в которых пьезоэлементы посылают ультразвуковые колебания под углом а к оси трубы. Чем меньше а, тем выше чувствительность расходомера. Но конструктивно трудно выполнить преобразователь с малыми углами а. Рис. 1, д, е, ж изображают одноканальные преобразователи, а рис. 1, з, и — двухканальные.

В схемах, изображенных на рис. 1, д, з, и, трубопроводы снабжаются особыми впадинами — карманами, в глубине которых размещаются пьезозлементы. Подобные схемы применимы только для чистых сред, так как загрязнение этих карманов осадками крайне нежелательно. Этого недостатка лишены схемы, показанные на рис. 1, е, ж. Первая из них отличается от схемы по рис. 1, д тем, что все свободное пространство карманов заполнено звукопроводом из металла или органического стекла.

 

Рис 1. Основные схемы преобразователей ультразвуковых расходомеров.

 

В схеме на рис. 1, ж вообще нет никаких карманов. Снаружи трубопровода расположены звукопроводы, на которых размещены пьезоэлементы. Устройства, показанные на рис. 1, е, ж, называются преобразователями с преломлением. В первой схеме преломление происходит один раз, на границе между звукопроводом и измеряемой средой, во второй — два раза, на границе между звукопроводом и стенкой трубы и на границе между последней и измеряемой средой. Преобразователи с преломлением могут быть выполнены также и по схемам, изображенным на рис. 1, з, и, если свободные пространства карманов заполнить звуко-проводами.

Преобразователи с преломлением позволяют в значительной мере

 

предотвратить попадание на приемный пьезоэлемент отраженных колебаний и тем существенно снижают погрешность от реверберации. При изменении температуры, состава и давления измеряемой среды угол преломления и скорость звука в материале звукопровода будут изменяться. Если возникающая при этом погрешность противоположна по знаку погрешности от изменения скорости звука в измеряемой среде, возникающей при изменении ее температуры, состава и давления, то общая погрешность измерения расхода будет снижаться. К сожалению, далеко не во всех случаях удается получить надлежащую компенсацию и одновременно надлежащую чувствительность, зависящую от угла наклона звукопровода. В связи с этим возникли предложения о применении преобразователей с промежуточным жидкостным звукопроводом и тремя или четырьмя преломляющими поверхностями.

Иногда встречаются преобразователи отличные от схем, приведенных на рис. 1. Так, например, при измерении расхода воды в очень большом прямоугольном канале, подводящем воду к турбине, два пьезоэлемента были установлены снаружи трубы, а внутрь последней были введены звукопроводы в виде стержней длиной около 8 м.

1.4. ФАЗОВЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ [4]

Вследствие разницы времени Δτ, необходимого для прохождения ультразвуковыми колебаниями одного и того же расстояния L, по потоку и против него, на приемных пьезоэлементах возникает разность фаз Δφ между этими колебаниями. При этом предполагается, что начальные фазы обоих колебаний совершенно одинаковы. Разность фаз Δφ прямо пропорциональна Δτ .

 

где Т — период, а f — частота колебаний

Из уравнений для угловых преобразователей следует

 

Для преобразователей, у которых отсутствуют карманы, заполненные измеряемой средой, I. = D/sinα. В этом случае предыдущее уравнение принимает вид

 

Предложено много схем одноканальных и двухканальных фазовых расходомеров, особенно первых разработаны следующие одноканальные схемы:

1) с попеременным электромеханическим переключением пьезо-элементов с излучения на прием,

2) то же с электронным переключением,

3) с одновременной встречной посылкой и переключением коротких ультразвуковых пакетов;

4) с одновременной встречной посылкой непрерывных ультразвуковых колебаний двух разных (близких) частот

Одними из первых были опубликованы  схемы одноканальных фазовых расходомеров с электромеханическим переключением генератора высокочастотных электрических колебаний Подобные схемы не получили распространения

Схемы с электронным переключением пьезоэлементов довольно сложные.Так, в одной из таких схем связь излучающего пьезоэлемента с генератором, а приемного пьезоэлемента с усилителем и далее с синхронно-фазовым детектором осуществляется с помощью четырех электронных клапанов, представляющих собой многокаскадные усилители с лампами, имеющими малую проходную емкость. Особый мултивибратор с помощью двух управляющих усилителей, создающих симметричные колебания напряжений, поступающих поочередно на сетки двух ламп, включает соответствующие два клапана и выключает другие два.

Более современными являются схемы с одновременной встречной посылкой коротких ультразвуковых пакетов и одновременным же переключением пьезоэлементов с излучения на прием или же с одновременной встречной посылкой непрерывных ультразвуковых колебаний двух разных (близких) частот.

В расходомере, разработанном Швайгером, генератор создает электрические колебания частотой 1,05 МГц и амплитудой около 0,1 В. После прохода через усилитель и удвоитель частоты колебания частотой 2,1 МГц в течение 500 мкс поступают на пьезоэлементы из титаната бария, резонансная частота которых равна

 

 

2,2 МГц. Ультразвуковые колебания распространяются в жидкости навстречу друг другу и со сдвигом фазы на 180°. По истечении 500 мкс мультивибратор запирает каскад удвоения частоты посылкой прямоугольного импульса отрицательной полярности, а положительным импульсом открывает приемные усилители. В результате пьезоэлементы переключаются с режима излучения на режим приема.

В одном японском расходомере переключение пьезоэлементов с излучения на прием осуществляется особым генератором синхронизирующих импульсов, вырабатывающим сигналы двух форм. Один из этих сигналов периодически включает генератор, возбуждающий ультразвуковые колебания пьезоэлементов. Второй сигнал включает пьезоэлементы на прием. Принятые колебания усиливаются и подаются на вход триггеров Шмидта, где преобразуются в импульсы прямоугольной формы. Последние поступают в детектор сдвига фаз, на выходе которого возникают прямоугольные импульсы, ширина которых пропорциональна сдвигу фаз. После выпрямления получается напряжение постоянного тока, пропорциональное измеряемому расходу. Пьезоэлементы выполнены из цирконата титаната свинца. Угол наклона 30°. Частота колебаний 4,2 МГц, частота переключений с излучения на прием 4,35 кГц. Диаметр трубы 100 мм.

Из отечественных разработок одноканальных расходомеров с одновременной встречной посылкой коротких ультразвуковых пакетов укажем на расходомеры УЗР-1 и УЗР-Т4. Первый из них создан во цветметавтоматике для измерения расхода взрывоопасной среды — суспензии полиэтилена в бензине в трубе диаметром 150 мм. Угол излучения 22°. Частота колебаний 1 МГц. Приведенная погрешность ±2%. Расходомер УЗР-Т4 разработан в СКВ Транснефгеавтоматика для контроля нефти и нефтепродуктов.

В этом и другом расходомере применены преобразователи углового типа с преломлением по схеме, показанной на рис. 1, ж. Электронная часть расходомера УЗР-1 достаточно сложна. Основными ее частями являются: коммутирующее устройство, высокочастотный задающий генератор; два генератора амплитудно-модулированных колебаний, которые в разных тактах коммутации формируют высокочастотные пакеты одинаковой длительности, поступающие на пьезоэлементы; устройство регулировки фазы, состоящее из усилителя

ограничителя, усилителя мощности, реверсивного двигателя, фазорасщепителя и фазовращателя; измерительный фазометр и фазометр синхронизации, каждый из которых состоит из катодного повторителя селекторных усилителей, фазового детектора и схемы автоматической регулировки усиления.

Схема расходомера УЗР-Т4 несколько проще. Для переключения пьезоэлементов с излучения на прием служит мультивибратор, управляющий модуляторами задающего генератора. Мультивибратор включается задним фронтом прямоугольных импульсов, образующихся в триггерном устройстве из синусоидального напряжения низкой частоты, вырабатываемого особым синхронизирующим генератором.

Необходимость в переключающих устройствах отпадает в одноканальных расходомерах с встречной посылкой непрерывных ультразвуковых колебаний двух разных, но весьма близких частот, например 6 МГц и 6,01 МГц.

Наряду с рассмотренными одноканальными применяются, хотя и реже, двухканальные фазовые расходомеры. Во цветметавтоматике разработано несколько таких расходомеров: РУЗ-282, РУЗ-282М, РУЗ-714 и УЗР-1. Приборы РУЗ-282 и РУЗ-282М предназначены для измерения расхода четыреххлористого титана в пределах от 10 до 80 м3/ч в трубах диаметром 70 мм при температуре до 100° С и давлении 0,3 МПа (3 кгс/см2). Прибор РУЗ-714 служит для измерения расхода алюминатных растворов в пределах от 20 до 200 м3/ч в трубах диаметром 150 мм при температуре до 100° С и давлении 0,6 МПа (6 кгс/см). Приборы УЗР-1 являются общепромышленными. Они разработаны для D= 100 и 200 мм и имеют

Qmax= 50, 100, 200 и 300 м3/ч. У перечисленных приборов рабочая частота равна 1 МГц, максимальная разность фаз (2—2,1) рад, потребляемая мощность у УЗР-1 равна 80 В* и остальных — 300 В*A.Измерительным прибором является электронный потенциометр. Преобразователи расхода углового типа, но у РУЗ-282 и РУЗ-282М звукопроводы из органического стекла, а у РУЗ-714 и УЗР-1 — жидкостные.

Принципиальная схема расходомера УЗР-1 показана на рис.2. Высокочастотный генератор Г, собранный на пентоде 6П18П по схеме с кварцевой стабилизацией, связан с помощью коаксиального кабеля РК-50-2 и согласующих

трансформаторов с пьезоэлементами И1 и И2, излучающими непрерывные ультразвуковые колебания в жидкостные волноводы 1. Далее эти колебания через мембраны 3, герметично вмонтированные в стенки 4 трубы преобразователя, проходят в измеряемую среду 2 и через мембраны 5, установленные в стенках трубы на противоположной стороне, и жидкостные волноводы 6 поступают на приемные пьезоэлементы П1 и П2 с фазовым сдвигом Аср относительно друг друга. Приемные пьезоэлементы П1 и П2 связаны с фазометрической схемой, включающей в себя идентичные усилители У1 и У2, управляемые узлами автоматической регулировки АРУ1 и АРУ2, фазовый детектор ФД, связанный с регистрирующим прибором РП, и фазорегулятор ФВ. Последний, установленный между пьезоэлементом П1 и усилителем У1, служит для регулировки начальной рабочей точки фазового детектора, а также для корректировки нуля. Приведенная погрешность данного расходомера ±2,5%.

 

Рис.2.Схема ультразвукового расходомера УЗР-1

Близким по схеме к приборам цветметавтоматики является двухканальный фазовый расходомер, построенный в Таганрогском радиотехническом институте и имеющий преобразователь осевого типа с тремя пьезоэлементами. Двухканальные фазовые расходомеры по измерительной схеме проще одноканальных. Но точность их меньше вследствие возможной акустической несимметрии обоих каналов.

 

2.Техническая часть 

1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ

Преобразователи ДРК-ВМ предназначены для измерения объема и расхода жидкости в полностью заполненных трубопроводах, в частности, в системах тепло- и водоснабжения (горячего, питьевого, технического). Преобразователи ДРК-ВМ могут использоваться как в технологических целях, так и для проведения расчетных операций (коммерческого учета).  Преобразователь ДРК-ВМ состоит из первичного  преобразователя ДРК-ВПП, устанавливаемого на трубопровод и электронного преобразователя ДРК-ВМЭП. ДРК-ВПП и ДРК-ВМЭП соединяются кабелями, входящими в комплект поставки. При необходимости кабели  могут быть удлинены заказчиком.

Питание преобразователя осуществляется от встроенной внутри ДРК-ВМЭП электрической батареи со сроком службы не менее 3-х лет.

По устойчивости к воздействию климатических факторов преобразователь соответствует исполнению У категории 3 по ГОСТ 15150, но для работы при температуре от –10˚С до +50˚С. Пример записи условного обозначения преобразователя при его заказе и в документации другой продукции, в которой он может быть использован. Преобразователь расхода жидкости ДРК-ВМ, предназначенный для установки на трубопровод с условным диаметром Д у 50 мм:

ДРК-ВМ –50. ТУ 4213 - 008 - 17805794 - 02.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

2.1. Рабочая жидкость – вода техническая, питьевая и т.д. а также другие жидкости с вязкостью не более  2,0×10^-6 м²/c.

2.2. Условные диаметры трубопроводов, мм – 25; 32;50; 80; 100

2.3. Измеряемые расходы в зависимости от диаметра соответствуют табл. П1

2.4. Температура рабочей жидкости,  °C – 1…150

2.5. Давление рабочей жидкости, МПа - до 1,6

2.6. Выходной сигнал – импульсный.  Имеется индикатор накопленного объема,

 

 

 

 

мгновенного расхода и времени наработки.

2.7. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения объема по импульсному сигналу:

±1% при Q≥0,08*Qном ;

±1,5% при 0,08*Qном >Q≥0,04*Qном;

±3% при Q<0,04*Qном .

2.8 Пределы допускаемой относительной погрешности измерения расхода по индикатору превышают соответствующие пределы погрешности измерения объема по п.2.7 на 0,5%.

2.9. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения времени наработки - ±0,1 %

2.10. Тип импульсного сигнала - открытый коллектор.

Нагрузочная способность импульсного сигнала:

- импульсный ток не более 20 мА;

- напряжение во внешней цепи не более  20 В.

2.11. Цена импульса соответствует таблице Приложения 1. Допускается изготовление преобразователей с ценой в 10 раз больше указанной.

2.12. Цена младшего разряда (ЦМР) счетчика объема соответствует цене по п. 2.11.  Индикация объёма производится с учетом цены импульса, которая определяет положение запятой на индикаторе

2.13. Длительность импульсов – не менее 250 мс. По согласованию с заказчиком допускается изготовление приборов с меньшей и большей длительностью импульсов (50,300 мс).

2.14. Питание преобразователя осуществляется от встроенных в ДРК-ВМЭП двух электрических батарей. Емкость батарей обеспечивает непрерывную работу преобразователя в течение не менее 3-х лет (в среднем 4 года).

2.15. Разрядность счетчика накопленного объема и времени наработки – 8 десятичных знаков.

2.16. Потеря напора на первичном преобразователе

не более ∆p (МПа)

∆p = 0,025 (Q/Qн)2,

 

где Qн – номинальный расход по таблице приложения 1

2.17. Устойчивость к воздействию вибрации – по группе N4.

2.18. Относительная влажность воздуха (при t = 35˚С) – до 95%.

2.19. Масса, кг:

ДРК-ВПП – от 1,9 до 9,9;

ДРК-ВМЭП – 0,8.

2.20. Габаритно-установочные размеры – в соответствии с Приложениями 2 и 3.

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА.

Принцип работы преобразователя ДРК-ВМ основана на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

Первичный преобразователь ДРК-ВПП состоит из проточной части, 2-х акустических преобразователей и термопреобразователя. Проточная часть представляет собой отрезок трубы специальной формы, поперек которой расположено тело обтекания (призма).

Акустические преобразователи представляют собой металлические герметизированные стаканы, к донышкам которых прижаты пьезоэлементы. Электрические выводы от пьезоэлементов выполнены экранированным проводом, который в свою очередь заключен в защитную силиконовую трубку. В рабочем состоянии акустические преобразователи при помощи медных прокладок и резьбовых штуцеров либо фланцами и прокладками крепятся в сквозных отверстиях проточной части за телом обтекания.

Электронный преобразователь ДРК-ВМЭП состоит из корпуса с крышкой и кабельными выводами. Внутри корпуса размещена электронная плата со всеми элементами схемы и монтажными колодками для соединения составных частей преобразователя расхода. Кроме того, в корпусе крепятся электрические батареи, питающие схему. Под прозрачным окном крышки расположен жидкокристаллический индикатор. При работе поток жидкости образует за телом обтекания вихревую дорожку, частота вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна расходу. Для определения этой частоты на пьезоэлемент одного из акустических преобразователей подаются от генератора электрические колебания

частотой 1МГц. На пьезоэлементе эти колебания превращаются в ультразвук, который, пересекая поток, попадает на пьезоэлемент другого акустического преобразователя. В результате взаимодействия ультразвука с завихренным потоком ультразвуковые колебания на приемном пьезоэлементе оказываются модулированными по фазе.

Этот пьезоэлемент преобразует ультразвуковые колебания в электрические, которые подаются на фазовый детектор, на выходе которого образуется напряжение, совпадающее по частоте с частотой вихрей. В связи с тем, что частота вихрей пропорциональна расходу, она является мерой расхода.

Для фильтрации случайных составляющих сигнал с фазового детектора подается на корреляционный адаптивный фильтр, выполненный на базе однокристальной микро-ЭВМ, который совместно с блоком формирования выходных сигналов образует импульсы с частотой, пропорциональной расходу, т.е. с заданной ценой.

Для удобства монтажа преобразователь комплектуется монтажными деталями и патрубками под сварку. Для обеспечения требований поверки тело обтекания выполнено легкосъемным. Для предотвращения преждевременного разряда батарей питание на схему подается в прерывистом режиме.

Активное время (питание подано) приближенно равно:

, где τ_b- период вихрей.

Пассивное время (схема «спит») приближенно равно:

, где T – период выходных импульсов; n – число (4…8).

При резких (более 12%) изменениях расхода схема находится только в активном состоянии до тех пор, пока расход не стабилизируется. Время реакции прибора на изменение расхода более 12% приблизительно равно:

, где  τ_b =k/Q  (k – коэффициент из таблицы 5 раздела «Поверка», Q - расход)

При меньших изменениях расхода это время приближенно равно:

, где  из формулы (6) раздела «Поверка».

 

 

4.ПОРЯДОК РАБОТЫ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ.

4.1. После установки первичного преобразователя, заполнения трубопровода водой и подключения батарей прибор готов к работе. Для подключения батарей следует снять крышку с платой с блока ДРК-ВМЭП и подсоединить проводники от батарей к разъему Х5.

4.2. На индикаторе ДРК-ВМ накопленный объем, расход и время наработки индицируются попеременно друг за другом. Время удержания каждого вида информации -10 сек.

Вид индикатора при данной информации приведен ниже:

Первое знакоместо указывает вид информации, второе знакоместо задействовано лишь для индикации нештатных ситуаций.

При разряде батарей на этом месте появляется символ «b». При попадании в проточную часть инородных предметов или газовых пузырей высвечивается символ «E». При обеих неисправностях появляется символ «А».

 

4.3. Объем жидкости, прошедшей через трубопровод за данное время t равен:

V = N • C, где

N - число импульсов за время t по импульсному выходу;

C - цена импульса .

4.4. Объем жидкости, перекачанной через трубопровод с момента включения преобразователя равен:

V = V_t – V₀, где

V_t – показания индикатора в настоящий момент;

V₀ – показания индикатора в момент включения.

4.5. Время наработки равно:

T = T_t – T₀, где

T_t – показания индикатора в настоящий момент;

 

T₀ – показания индикатора в момент включения.

4.6. При попадании инородных предметов или газовых пузырей в проточную часть преобразователя его показания могут быть недостоверны. Во избежание неопределенности в преобразователе по качеству сигнала производится анализ состояния проточной части. При попадании в нее инородных предметов или газовых пузырей запрещается формирование выходного импульсного сигнала и индицируется символ «Е» по п. 5.2.

4.7. Для диагностики состояния прибора служат контрольные точки КТ1…КТ9 на плате под крышкой ДРК-ВМЭП. Расположение этих точек маркировано. Сигналы в этих точках определяются осциллографом с полосой не менее 5 МГц. Щуп осциллографа должен заканчиваться иглой. Сигналы в этих точках возникают на короткий отрезок времени (см. п. 3.). В течении времени сигналы отсутствуют. При необходимости на время порядка нескольких минут преобразователь можно перевести в непрерывно-активный режим. При этом сигналы также непрерывны. Для этого следует установить перемычку (джампер) на разъем XS6. Сигнал в точке КТ5 должен иметь форму синусоиды (возможно ограниченной или слегка искаженной) частотой 1МГц с полным размахом (от минимума до максимума) порядка 12,5 В.

Этот критерий свидетельствует об исправности ультразвукового тракта: генератор - излучатель - приемник – усилитель. Если в жидкости есть пузыри, например, от протечки сальника насоса, то их легко обнаружить, установив развертку осциллографа на предел 1050 мс/дел. При наличии пузырей обнаружится амплитудная модуляция сигнала, превышающая по величине 1020%.

Полное представление о состоянии комплекта ДРК-ВПП и ДРК-ВМЭП дает сигнал в КТ8. Этот сигнал должен представлять собой более или менее регулярную синусоиду, как правило, сильно ограниченную (при малых расходах ограничения нет). Характерные частоты сигнала от единиц до сотен Гц.

Полный размах амплитуды от 0,2 до 2,5 В. частота и амплитуда зависит от расхода. Характерный вид этих сигналов приведен в приложении 5 (рис. 1 – малый расход, рис.2 – большой расход). Хаотичный сигнал в КТ8 свидетельствует, как

правило, о наличии в проточной части инородных предметов или пузырей.

4.8. Перед заменой батареи, если необходимо сохранить данные о накопленном объёме и времени наработки, надо проделать следующие операции:

-открыть крышку преобразователя ДРК-ВМЭП;

-снять перемычки XS6 и XS7 (если они стояли);

-поставить перемычку (джампер) на контакты XS16.

Признаком окончания записи является гашение символа «b» на индикаторе. После этого снять перемычку XS16, отключить батарею (разъем Х5) и заменить её.

После подключения батареи необходимо кратковременно замкнуть контакты XS2 (RESET).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ПОВЕРКА.

Преобразователи ДРК-ВМ подвергаются первичной поверке при выпуске из производства, перед вводом в эксплуатацию при хранении более 1 года или после ремонта с демонтажем преобразователя с трубопровода и периодической поверке в процессе эксплуатации.

Межповерочный интервал - 4 года.

Примечание: Внеочередная поверка проводится в процессе эксплуатации, если необходимо удостовериться в исправности преобразователя, при повреждении пломбы или утрате документов, подтверждающих прохождение очередной поверки.

Периодической поверке подлежат преобразователи, находящиеся в эксплуатации и подвергнутые ранее первичной поверке, при условии целостности защитных пломб.

При проведении поверки должны быть выполнены следующие операции, указанные в таблице 3.

.

ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ.

1. Внешний осмотр.

При внешнем осмотре должно быть установлено:

- соответствие комплектности и маркировки преобразователя ДРК-ВМ требованиям технической документации;

- отсутствие механических повреждений, влияющих на работоспособность преобразователя.

Результаты внешнего осмотра заносятся в протокол

2. Определение погрешности при первичной поверке.

2.1. Извлечь тело обтекания и произвести микрометром измерения характерного размера тела обтекания - большей стороны трапеции, которая образуется в сечении тела обтекания в 3-х местах (по краям тела и в его середине).

 

 Вычислить средний результат измерений:

 

Измерения производить с погрешностью не хуже 10^-3d мм, а вычисление величины d - до 4-го значащего разряда.

Вычислить отклонение характерного размера тела обтекания от номинального:

 

где dн - номинальный размер, приведенный в табл.5

 

   Примечание: Допускается при первичной поверке использовать результаты измерения тела обтекания в процессе его изготовления. В этом случае должен быть предъявлен документ, удостоверяющий результаты этих измерений.

2.2. Снять крышку с электронного преобразователя ДРК-ВМЭП. Под крышкой электронного преобразователя на плате расположена перемычка – XS3. Маркировка

перемычки XS3 нанесена на плате. Если в момент индикации данного вида информации, например, расхода, перемычку поставить,

то на индикаторе эта информация фиксируется на все время, в течение которого перемычка установлена.

2.3.Установить перемычку (джампер) на разъем XS3 (на плате) во время индикации расхода. Соединить преобразователь ДРК-ВМЭП, имитатор, частотомер, источник напряжения и испытательную кювету с водой согласно схеме прил. 6.

     В качестве испытательной кюветы допускается использовать любой из первичных преобразователей ДРК-ВПП. При поверке в качестве испытательной кюветы должен использоваться входящий в комплект первичный преобразователь, предварительно заполненный водой.

2.4. Подать с имитатора ИР-ДРК на преобразователь сигнал с частотой, равной:

                  (1)

Величины Qmax [м³/ч] приведены в приложении 1, а k[м³ с/ч] - в табл.5. Значение частоты или периода определять частотомером Ч1 с погрешностью не хуже 0,1 % (4 значащих разряда). Изменение частоты во время измерения в разряде старше 4-го не допускается. Допускается измерять частоту, как величину, обратную периоду. По измеренной частоте определить имитируемый расход (максимальный):

                                              (2)

Здесь и далее расчеты производить с точностью до 4-го значащего разряда.

Не меняя частоту f, по частотомеру Ч1 определить период следования выходных импульсов Т (с погрешностью не хуже 0,1 %).

Допускается период Т определять секундомером, включив частотомер Ч1 в режим счета импульсов. Этот период равен:

Т = t/n                                                           (3)

где n - количество импульсов за время t, которое должно быть не менее 5 мин.

2.5. Повторить вышеуказанные операции, но для частоты

                        (4)

и еще для 3-х частот, приблизительно равнорасположенных между значениями частот, определенных по формулам (1) и (4).

2.6. Согласно п. 2.2. зафиксировать индикатор в положении «измерение накопленного объема». Определить погрешность измерения объёма по индикатору, для чего на одной из частот, соответствующей определенному расходу Qи определить время t приращение объема ∆V на заданное количество единиц младшего разряда по индикатору (10, 20, 30, 50) так, чтобы это время было не менее 1 минуты.

2.7. Определить погрешность измерения расхода. Для этого установить джампер на разъем XS3 в положении измерения расхода, установить на генераторе согласно п.6.7.2.4. частоту, имитирующую расход менее Qmax, но более Qmin. Зафиксировать показания расхода на дисплее.

2.8. Проверить погрешность измерения времени наработки, для чего снять крышку с преобразователя, установить перемычку на контакты XS6, подключить частотомер в режим измерения периода к контактам XS15/1 – XS15/2 платы и зафиксировать период следования импульсов τ [мс].

 

3. Определение погрешности при периодической поверке.

3.1. Регулирующими вентилями остановить движение жидкости в трубопроводе и не сливать ее. Провести операции по пунктам. 2.2. – 2.8.

3.2. Слив воду из проточной части преобразователя, провести операции по п. 2.1. При погрешности характерного размера тела обтекания ψ≥0,3 %, тело обтекания заменить на новое (запасное).

3.3. Допускается проведение периодической поверки преобразователя, демонтированного с трубопровода. В этом случае определение погрешности производится по п. 2. В качестве испытательной кюветы может использоваться входящий в комплект заполненный водой первичный преобразователь.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

4.1. Для всех результатов измерений периода определить погрешность по формуле:

               (5), где Тиi - результат измерения;

Трi - расчетный период.

Величина Трi определяется по формуле:

                        (6), где  С - цена импульса, приведенная в паспорте;

Q_Иi - имитируемый расход по формуле (2).

4.2. Для измерения приращения объема определить выполнимость неравенства:

               (7)   , где t – время, в течение которого произошло изменение показаний индикатора.

4.3. Для измерения погрешности измерения расхода определить ее по формуле:

                 (8)  , где Q_р определяется по формуле:

 Q_р =kּf^и,                           (9)  , где f ^и  – частота сигнала с имитатора ИР-ДРК.

4.4. Для определения погрешности измерения времени наработки определить погрешность по формуле:                                  (10)

4.5. Результаты поверки признаются положительными, если выполняются

 

условия:

-отклонение характерного размера тела обтекания не превышает по абсолютной величине 0,3%;

-наибольшая из погрешностей не превышает по абсолютной величине 0,3% при измерении объема;

-выполняется условие по формуле (7);

-погрешность по формуле (8) не превышает по абсолютной величине 0,5%.

-погрешность не превышает по абсолютной величине 0,1%.

5. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

5.1. Результаты поверки заносятся в соответствующий раздел паспорта преобразователя и заверяются в порядке, установленном органом метрологической службы.

5.2. При невыполнении условий п. 4.5. результаты поверки оформляются

протоколом.

Список использованной литературы

1. Исакович Р.Я. « Технологические измерения и приборы », М., «Недра», 1970г.
2. Кремлевский П.П. «Расходомеры и счетчики количества», Ленинград, «Машиностроение», 1975г.

  3.  Исакович Р.Я. «Контроль и автоматизация добычи нефти», М., «Недра»,1966г. 

Заключение 

В настоящее время роль и значение расходомеров и измерителей количества очень велика. Они необходимы для проведения научных исследований, для управления технологическими процессами почти во всех отраслях промышленности, для контроля работы стационарных и транспортных энергетических установок, для управления самолетами и космическими кораблями. Помимо этого рассматриваемые приборы необходимы для коммунального и сельского хозяйства.

Без расходомеров невозможно обеспечить оптимальный технологический режим важнейших технологических процессов в таких отраслях промышленности, как энергетическая, металлургическая, нефтяная, химическая, целлюлозно-бумажная, пищевая и мн. др. Без этих приборов нельзя также и автоматизировать соответствующие процессы, и получить у них максимальный к.п.д. Таким образом, расходомеры способствуют повышению качества изготовляемой продукции,  устранению брака, экономии исходных материалов и автоматизации производства. Годовой экономический эффект от применения расходомеров в масштабах всей страны достигает многих десятков, а может быть и сотен миллионов рублей.

Очень большое экономическое  значение для народного хозяйства имеет также измерение количества нефти, воды, газа и других веществ, транспортируемых по трубопроводам и передаваемых для потребления различным предприятиям, городам, районам и даже отдельным странам. Значение этих измерений в ближайшие годы возрастает ещё больше, если учесть стремительные темпы развития добычи нефти и газа и строительство крупных магистральных нефте- и газопроводов.

 

Список использованной литературы 

1       Исакович Р.Я. « Технологические измерения и приборы », М., «Недра», 1970

2       Кремлевский

3       Исакович Р.Я. «Контроль и автоматизация добычи нефти», М., «Недра»,1966
Приложение 1.

 

Допускается изготовление преобразователей с ценой импульса в 10 раз больше или меньше указанной. Наибольший измеряемый расход зависит от давления в трубопроводе. При избыточном давлении, равном 1 кгс/см² (0,1 Мпа и температуре 5˚C) этот расход обозначен как номинальный. При других давлениях в трубопроводе максимальный измеряемый расход определяется по формуле

, где

 - максимальный измеряемый расход, м3/час, при заданном давлении в трубопроводе;

 - номинальный расход, указанный в таблице, м³/час;

P - фактическое абсолютное давление в трубопроводе, МПа

(кгс/см²);

Pнп - давление насыщенных паров жидкости при температуре в данном трубопроводе, МПа (кгс/см²);

Рном = 0,1 МПа (1 кгс/см²).

Максимальный измеряемый расход QРmax , рассчитанный по приведенной выше формуле, не должен превышать расхода Qmax , указанного в таблице.