Кафедра автоматизации и информационных технологий

Курсовая работа

по дисциплине: «Устройства цифровой автоматики»

на тему: «Датчик расхода ДРС-25»

Выполнили:

Проверил:

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Теоретическая часть

1.1.Технические данные датчика ДРС-25………………..…..4

1.2.

1.3 Описание функциональной схемы……………………..…7

Расчетная часть…………………………………………………………………..11

Заключение……………………………………………………………………….19

Список литературы………………………………………………………………20

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.

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

1.1Технические 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

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.minдо Q_э.max не превышает ±1,0 % или ±1,5 % и в диапазоне расходов от Q_minдо 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/м, 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:

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

1.3.

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_выхс 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.

1.3

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.

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.

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.