Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ способов измерения расхода жидкости и средств поверки 14
1.1. Основные требования, предъявляемые к измерительным преобразователям расхода жидкости 14
1.2. Существующие методы и средства измерения расхода жидкости 16
1.2.1. Измерительные преобразователи переменного перепада давления 18
1.2.2. Измерительные преобразователи переменного уровня 19
1.2.3. Измерительные преобразователи расхода, использующие эффект обтекания 19
1.2.4. Вихревые измерительные преобразователи расхода 20
1.2.5. Парциальные измерительные преобразователи расхода 21
1.2.6. Тахометрические измерительные преобразователи расхода 21
1.2.7. Силовые измерительные преобразователи расхода 22
1.2.8. Корреляционные измерительные преобразователи расхода 23
1.2.9. Меточные измерительные преобразователи расхода 24
1.2.10. Концентрационные измерительные преобразователи расхода24
1.2.11. Акустические измерительные преобразователи расхода 25
1.2.12. Тепловые измерительные преобразователи расхода 26
1.2.13. Оптические измерительные преобразователи расхода 27
1.2.14. Ядерно-магнитные измерительные преобразователи расхода 27
1.2.15. Ионизационные измерительные преобразователи расхода 28
1.2.16. Электромагнитные измерительные преобразователи расхода 28
1.3. Анализ методов поверки измерительных преобразователей расхода 33
1.3.1. Имитационный метод поверки З 3
1.3.2. Объемный метод поверки 34
1.3.3. Массовый метод поверки 3 5
1.3.4. Метод поверки сличением показаний 37
1.4. Методы повышения точности измерения 3 8
1.5. Потенциальные возможности применения электромагнитного измерительного преобразователя в качестве образцового 41
Вывод к главе 1 46
ГЛАВА 2. Теоретические основы электромагнитного преобразователя расхода 48
2.1. Свойства измеряемой среды 48
2.2. Основные уравнения теории электромагнитного расходомера 50
2.3. Численная математическая модель для двумерной модели электромагнитного расходомера 54
2.3.1. Пределы изменения параметров численного моделирования 58
2.3.2. Достоверность численного моделирования 60
2.3.3. Результаты численного моделирования 63
ВЫВОД К ГЛАВЕ 2 75
ГЛАВА 3. Структурное проектирование системы 76
3.1. Обобщенная метрологическая модель электромагнитных расходомеров 76
3.2 Коррекция погрешности измерения по методу образцовых сигналов 78
3.3. Способ измерения расхода 80
3.4. Измерительная система для поверки преобразователей расхода жидкости 88
3.5. Структура устройства измерения расхода электропроводящих сред 94
3.6. Работа устройства измерения расхода электропроводящих сред 97
3.6.1. Цикл измерения напряжения в основном измерительном канале 98
3..2. Цикл измерения напряжения в дополнительном измерительном канале 99
3.6.3. Цикл калибровки АЦП 1 100
3.6.4. Цикл калибровки АЦП 2 101
3.6.5. Цикл измерения тока питания катушек магнитной системы 101
3.6.6. Режим тарирования основного измерительного канала 102
3.6.7. Режим тарирования дополнительного измерительного канала 105
3.6.8. Режим измерения расхода измеряемой среды в основном измерительном канале 108
3.7. Адаптивный частотомер-счетчик 111
3.7.1. Алгоритм работы адаптивного частотомера-счетчика 112
3.7.2. Вычисление погрешности адаптивного частотомера-счетчика 114
3.8. Формирование погрешности измерения в электромагнитном измерительном преобразователе расхода 119
3.8.1. Уравнения измерения режима тарирования основного измерительного канала 121
3.8.2. Уравнения измерения режима тарирования дополнительного измерительного канала 123
3.8.3. Уравнения измерения режима измерения расхода в основном измерительном канале с автоматической коррекцией по постоянному расходу в дополнительном измерительном канале 124
Вывод к главе 3 128
ГЛАВА 4. Техническая реализация и экспериментальные исследования 129
4.1. Описание технической реализации устройства для измерения расхода электропроводящих сред с дополнительным измерительным каналом 129
4.2. Стенд для испытания расходомеров жидкости ооо "теплоэнергоналадка" 134
4.2.1. Краткое описание проливной поверочной установки 135
4.2.2. Описание составных частей проливной поверочной установки 137
4.2.2.1. Измерительная часть 138
4.2.2.2. Система создания и стабилизации расходов 141
4.2.2.3. Система задания и измерения поверочных расходов 142
4.2.2.4. Система заправки и хранения воды и слива воды 143
4.2.2.5. Система измерения показаний поверяемых счетчиков 144
4.3. Проведение эксперимента 144
4.3.1. Исследование влияния проводимости среды 145
4.3.2. Измерение сигнала помехи 145
4.3.3. Определение тарировочной кривой для основного измерительного канала расходомера 146
4.3.4. Измерение расхода в различных режимах коррекции 147
Вывод к главе 4 149
Заключение 150
Список литературы
- Существующие методы и средства измерения расхода жидкости
- Численная математическая модель для двумерной модели электромагнитного расходомера
- Коррекция погрешности измерения по методу образцовых сигналов
- Стенд для испытания расходомеров жидкости ооо "теплоэнергоналадка"
Введение к работе
В настоящее время в химической, топливно-энергетической, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности, в составе систем управления технологическими процессами, широко используются измерительные преобразователи расхода жидких сред (расходомеры).
Кроме того, измерительные преобразователи расхода используются также в аэрокосмической технике, оросительных системах, в жилищно-коммунальном хозяйстве и нефтегазовой отрасли. Системы управления обеспечивают оптимальный режим протекания технологических процессов.
Переход экономики на рыночные отношения вызвал потребность в проведении мероприятий по энергосбережению. Одним из резервов снижения потерь энергоресурсов является повышение точности измерительных преобразователей расхода.
Из анализа потерь энергоресурсов в различных отраслях промышленности, транспорта и ЖКХ следует, что незначительное повышение точности измерения расхода обеспечивает значительный экономический эффект. В литературных источниках указывается, что несовершенство методов измерения и отсутствие средств измерения является главной косвенной причиной потерь тепловой энергии, которые составляют до 35% от тепловой нагрузки объекта потребления [60]. Актуальность мероприятий по экономии энергетических ресурсов все более возрастает в связи с их ограниченными запасами. Поэтому одним из направлений мероприятий по энергосбережению в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве является контроль за расходом энергоносителей.
Вместе с тем, метрологическое обеспечение измерительных преобразователей расхода энергоносителей находится на довольно низком
уровне, как в техническом, так и в нормативно-методическом отношении, а используемые в настоящее время измерительные преобразователи разнообразны по конструкции, физическому принципу действия, типоразмеру, времени выпуска и эксплуатации. Для внедрения систем контроля расхода энергоносителей, содержащих расходомеры горячей и холодной воды, необходимо современное автоматизированное поверочное оборудование.
В результате проведенного анализа потерь энергоресурсов следует, что для их снижения необходимо широкое внедрение приборов и систем контроля энергоносителей, но для разработки и внедрения необходимы устройства их поверки и аттестации.
В связи с этим, весьма актуальной задачей является, необходимость создания и внедрения измерительных систем для поверки преобразователей расхода жидкости.
Первые попытки измерения расхода жидкости были проведены Фарадеєм почти два столетия назад. Но только спустя сто лет были построены первые работающие образцы расходомеров. Самая популярная конструкция электромагнитного преобразователя расхода с поперечным магнитным полем, была разработана и описана Вильямсом, а затем изучена и другими исследователями: Фабром для измерения скорости течения крови, Колином, Тюрлеманом. Схемы локального измерения скорости активно использовались океанологами при измерении скорости течений, а также скорости движения кораблей. Так же используются электромагнитные преобразователи расхода с осевым током, протекающим в жидкости, первое упоминание о которых принадлежит Колину.
Фундаментальным теоретическим трудом в теории электромагнитного измерения расхода, является монография Дж. Шерклифа [57].
Проблемы современного метрологического обеспечения широко рассмотрены в работах сотрудников Кировского ЦСМиС Каргапольцева
В.П., Бикенеева И.В., Пензенского ЦСМиС Данилова А.А., АО «Ленэнерго» Лупея А.Г. Вопросы, связанные с расчетом, проектированием, поверкой и измерением электромагнитными преобразователями расхода рассмотрены в работах Вельта И.Д (НИИтеплоприбор), Вирбалиса Ю.А. (Каунасский технологический университет, Литва), Лачкова В.И. (НПФ «Теплоком», г.Санкт-Петербург), Шорникова Е.А (Политехнический университет, г. Санкт-Петербург).
Целью данной диссертационной работы является разработка измерительной системы для поверки преобразователей расхода жидкости на основе типовых конструкций преобразователей расхода с автоматической коррекцией погрешности.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены следующие задачи:
1. На основе проведенного анализа существующих методов и средств
поверки измерительных преобразователей расхода показано, что в качестве
принципа построения измерительной системы для поверки необходимо
использовать проливную установку, а в качестве образцового
преобразователя - электромагнитный преобразователь расхода, обладающий
значительными потенциальными возможностями для автоматической
коррекции погрешности.
2. На основе численных методов разработана модель
электромагнитного преобразователя расхода в виде электрической схемы
замещения, позволяющая проводить имитационное моделирование влияния
различных факторов на погрешность преобразования и обоснованно
выбирать диапазоны параметров преобразователя.
3. Разработан алгоритм коррекции мультипликативной составляющей
погрешности и на его основе разработана измерительная система для
поверки расходомеров.
4. На основе анализа численной модели расходомера получены методики выбора параметров образцового расходомера.
Основные методы исследования.
При решении поставленных задач использовались методы: теории электрических цепей, автоматизации управления, теории измерений, численного моделирования аналоговых систем. Программный комплекс для ПЭВМ реализован на объектно-ориентированном языке программирования высокого уровня Borland Delphi 5.5. Для реализации микропрограмм микроконтроллеров использовалась среда программирования Atmel AVR Studio 3.0.
Достоверность полученных результатов. Достоверность проведенных исследований подтверждена сравнением результатов, полученных с помощью численных методов расчета, с результатами точных методов решения с помощью весовой функции Шерклифа и экспериментального исследования на проливной установке.
Научная новизна.
1. Разработана численная модель электромагнитного преобразователя
расхода, позволяющая проводить имитационное моделирование влияния
различных факторов на точность преобразования.
На основе результатов анализа имитационного моделирования получен алгоритм коррекции погрешности по эталонному сигналу.
На основании полученного алгоритма разработана методика построения измерительной системы с автоматической коррекцией погрешностей, позволяющая проводить поверку различных измерительных преобразователей расхода жидкости.
Практическая значимость результатов.
Разработанные в диссертации методы структурного повышения точности позволили на основе конструкции расходомера, используемого в промышленности, создать образцовый расходомер.
Разработанная на основе проведенного исследования система поверки расходомеров позволяет повысить точность контроля энергоносителей, и тем самым сократить затраты на производство промышленной продукции, а следовательно, снизить себестоимость и повысить конкурентоспособность продукции.
3. Результаты исследования использованы в учебном процессе
ВолгГТУ при изучении дисциплины «Метрология, стандартизация и
сертификация».
Реализация научно-технических результатов.
Результаты диссертационной работы внедрены на автоматизированной проливной установке ООО «Теплоэнергоналадка» для поверки расходомеров жидкости.
На защиту выносятся:
1. Численная модель электромагнитного преобразователя для
измерения расхода жидких сред.
2. Результаты имитационного моделирования процессов влияния
различных факторов на точность измерения.
3. Алгоритм коррекции погрешности измерения в электромагнитном
расходомере и измерительная система поверки измерительных
преобразователей расхода различных конструкций.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях
Волгоградского государственного технического университета (2002-2003 гг.), международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», Волгоград, 2002 г. и на VIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2003 г.).
Публикации. Основные результаты исследования представлены в 5-ти печатных работах, одна из которых - заявка на изобретение РФ, две статьи опубликованы в центральных профилирующих журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 149 страниц основного текста, 39 рисунков, список литературы (95 наименований), приложения, содержащего 2 таблицы и 3 программы.
Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи диссертационной работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.
В первой главе проведен анализ существующих измерительных преобразователей расхода жидких сред, в результате которого определен тип электромагнитных измерительных преобразователей, обладающих необходимыми метрологическими характеристиками и потенциальными возможностями для повышения точности измерения.
Проведен анализ методов поверки измерительных преобразователей расхода жидкости. Сделан вывод о необходимости использования для поверки измерительных преобразователей метода сличения показаний поверяемого и образцового преобразователей.
Проведен анализ существующих методов коррекции погрешностей для использования при повышении точности измерительных преобразователей поверочных установок. Сделан вывод, что для поверочных установок, наиболее подходит метод коррекции по эталонному потоку.
Во второй главе диссертационной работы определены свойства измеряемой жидкости. Приведены уравнения расхода из двумерной теории электромагнитного преобразователя. Разработана численная модель электромагнитного преобразователя расхода. Приведены уравнения, полученные в результате численного имитационного моделирования, позволяющие оценить влияние свойств среды на точность измерения расхода и обосновать выбор основных параметров измерительных преобразователей расхода.
Проведен анализ факторов, влияющих на точность измерения расхода электромагнитных преобразователей, показывающий, что все они носят мультипликативный характер, поэтому отрицательное влияние отклонения этих параметров на точность измерения можно компенсировать изменением одного из них по эталонному сигналу. В качестве управляемого параметра электромагнитного преобразователя расхода выбрана магнитная индукция, величина которой изменяется с помощью тока подмагничивания катушек магнитной системы расходомера.
В третьей главе диссертации приведена структурная реализация автоматической коррекции значения измеряемого расхода, позволяющая исключить систематические и медленно изменяющиеся случайные составляющие погрешности.
Разработан способ измерения расхода и устройство на его основе, реализующие метод коррекции расхода, по постоянному расходу в дополнительном измерительном канале электромагнитного преобразователя расхода.
Разработана автоматизированная система для поверки преобразователей расхода жидкости и алгоритм ее функционирования.
Приведена оценка погрешности измерения с помощью электромагнитного расходомера с использованием коррекции погрешности по постоянному расходу и без него.
В четвертой главе приведено описание разработанного экспериментального образца электромагнитного преобразователя расхода с дополнительным измерительным каналом с постоянным расходом.
Дано описание измерительной системы для поверки, на которой проводились экспериментальные исследования.
Представлены результаты экспериментов, подтверждающие теоретические положения второй и третьей глав диссертации.
В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертационной работе.
Автор выражает благодарность и признательность своему руководителю, заведующему кафедрой «Электротехника», доктору технических наук, доценту Шилину Александру Николаевичу.
Существующие методы и средства измерения расхода жидкости
Необходимость удовлетворения разнообразных требований обусловила создание многочисленных типов измерительных преобразователей расхода, основанных на самых различных физических принципах измерения [18, 20, 26, 36, 38, 41, 50, 52]. При выборе конкретного типа измерительного преобразователя, необходимо исходить из свойств измеряемого вещества, его параметров и значений его расхода, а также из обоснованных требований к точности измерения, учитывая при этом степень сложности измерительного устройства и условия его эксплуатации. Существующие измерительные преобразователи расхода жидкости можно условно разделить на приведенные ниже группы [6, 26, 35, 50, 52, 60, 62,67]: 1) преобразователи, основанные на гидродинамических методах: переменного перепада давления, переменного уровня, обтекания, вихревые, парциальные; 2) преобразователи с непрерывно движущимся телом: тахометрические, силовые (в том числе вибрационные), с автоколеблющимся телом; 3) преобразователи, основанные на математических методах обработки результата: корреляционные, меточные, концентрационные; 4) преобразователи, основанные на различных физических явлениях: акустические, тепловые, оптические, ядерно-магнитные, ионизационные, электромагнитные.
Из числа измерительных преобразователей расхода первой группы следует отметить широко распространенные измерительные преобразователи переменного перепада давления с сужающими устройствами и различные вихревые преобразователи расхода.
Во вторую группу измерительных преобразователей расхода входят многочисленные турбинные, шариковые и камерные (роторные, с овальными шестернями и другие) счетчики количества. Силовые измерительные преобразователи расхода пока еще имеют ограниченное применение.
Измерительные преобразователи расхода третьей группы, меточные и концентрационные измерительные преобразователи, служат в основном для разовых измерений. Корреляционные измерительные преобразователи расхода используют для измерения расхода двух- и многофазных веществ.
Из измерительных преобразователей расхода жидкости четвертой группы наибольшее распространение получили электромагнитные и акустические измерительные преобразователи. Реже встречаются тепловые преобразователи. Оптические, ядерно-магнитные, ионизационные измерительные преобразователи применяются сравнительно редко, в основном для лабораторного применения.
Схемы принципа действия измерительных преобразователей и их идеализированные уравнения расхода без учета погрешностей представлены в таблице в приложении П-1.1.
Результат сравнительного анализа различных типов измерительных преобразователей расхода представлен в виде сравнительной таблицы в приложении П-1.2. Принцип действия измерительных преобразователей переменного перепада давления основан на зависимости перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, от расхода, например, сужающим устройством, трубой Вентури или элементом трубопровода. Схема сужающего устройства стандартная диафрагма представлена в приложении П-1.1.
Измерительные преобразователи переменного перепада давления получили широкое распространение, особенно на стандартных диафрагмах, за счет простоты изготовления и поверки, и использовались ранее в основном на технологических узлах учета. Измерительные преобразователи переменного перепада давления имеют высокую надежность, но обладают, рядом недостатков: 1) обладают сравнительно малым межповерочным интервалом, 1 год; 2) массовый или объемный расход пропорционален квадратному корню из переменного перепада давления и как следствие - очень малый диапазон измерения измерительных преобразователей (QMAX QMIN =3...4);
3) при измерении быстроменяющихся и, в частности, пульсирующих расходов погрешность измерения возрастает;
4) приведенная погрешность измерительных преобразователей с сужающими устройствами имеет минимальный предел 1...2%, вследствие влияния погрешностей величин входящих в формулу расхода;
5) измерительные преобразователи очень чувствительны к несимметричности и закручиванию потока, поэтому требуют одни из самых больших прямых участков трубопровода для успокоения потока;
Численная математическая модель для двумерной модели электромагнитного расходомера
Двумерная теория электромагнитного расходомера не учитывает влияние некоторых параметров на выходной сигнал первичного преобразователя, таких как проводимость среды и входное сопротивление измерительного устройства. Кроме того, она не дает оценки погрешности результата измерения расходомером. А также необходимо определить вклад различных параметров в полную погрешность измерения электромагнитного расходомера и измерительной поверочной системы в целом для коррекции составляющих погрешности измерения [95].
Для этой цели построим численную модель [33, 46, 76, 84] электромагнитного преобразователя расхода. Для этого удобно представить двумерную модель расходомера в виде регулярной структуры, состоящей из ячеек, содержащих проводимости среды и эквивалентного источника ЭДС, как показано на (рис.2.2).
Эквивалентная схема электромагнитного преобразователя с измерительным устройством. Еэкв -эквивалентная ЭДС первичного преобразователя; й,кв. - эквивалентное сопротивление первичного преобразователя; Иншр. — входное сопротивление измерительного устройства R„x
Решение получившейся структуры необходимо искать в виде эквивалентной схемы (рис.2.4) электромагнитного преобразователя в контуре с измерительным устройством. Внутреннее эквивалентное сопротивление измерительного канала между электродами R9Kg состоит из суммы самого сопротивления измеряемой жидкости между измерительными электродами, и контактного сопротивления на самих электродах, которым можно пренебречь при малой проводимости измеряемой среды. Сопротивлением проводников от электродов к измерительному устройству также можно пренебречь.
Для решения получившейся структуры (рис.2.2-2.4), удобно воспользоваться методом узловых потенциалов [14], составив уравнения для каждого из узлов сетки с координатами [х,у] (2.20). При этом в соответствии с индексами по (рис.2.2) для каждого узла [ду] записываем строку: Щх,у] [g[x,y] + Se[x,y] + 8[х-1.у] + Se[x,y-l})- P[x+l,y] S[x,y) - P[x,y+l]- ge[x,y]-4 [x-l.y]- g[x-l.y]-q [x,y-l]- Se[x,y-1] = (2-2) = E[x,y] Se[x,y] - E[x,y-l] ge [x,y-l] где щх,у] - потенциал узла [х,у]; Ф[х+Ъф Ф +ф Р[х-і,у] Щх,у-і] потенциалы соседних узлов, связанных с узлом [х,у] проводимостями g\x j, ge[x,y] 8[x-i,y] ge[x,y-i] соответственно; Е[ХіУ] - ЭДС цепи, связывающей узлы [х,у] и [х,у+1] \Е[х ул - ЭДС цепи, связывающей узлы [х,у] и [х,у-1].
После составления уравнения (2.20) для каждого узла получаем матрицу размерностью равной числу узлов внутри трубопровода, то есть удовлетворяющих неравенству х + у ——. Получившуюся систему линейных уравнений можно решить методом Гаусса [12, 47, 71], оптимизировав алгоритм решения системы линейных уравнений с учетом наличия большого количества нулевых значений в ячейках матрицы потенциалов.
Перед заполнением и расчетом матрицы потенциалов необходимо вычислить значения проводимостей и индуцируемых ЭДС для каждого узла сетки моделирования в зависимости от влияющих параметров. При моделировании значения величин проводимостей примем постоянными по всему сечению трубопровода и во всех направлениях ввиду условной изотропности измеряемой жидкости, а ЭДС в каждом узле сетки моделирования будем вычислять по классическому выражению (2.19).
Для моделирования двумерной модели электромагнитного расходомера была написана программа, текст которой приведен в приложении П-2.1.
В качестве параметров, влияющих на результат измерения в расходомере UAB, выберем параметры, входящие в формулу напряжения, измеряемого на электродах расходомера (2.19), vcp, В, Dy,n электрические характеристики измеряемой среды g д и измеряющего устройства Rex . Таким образом, рассматриваемыми параметрами являются: значение магнитной индукции В, поле скоростей потока измеряемой жидкости v и ее средняя скорость v , расстояние между электродами (диаметр трубопровода) Dy, удельная электрическая проводимость измеряемой жидкости gуд, входное сопротивление измерительного устройства Rex.
Благодаря наличию сетки с нумерованными узлами, имеется возможность задания распределения поля скоростей v , магнитной индукции В и проводимости g д по координатам х и у, то есть узлам сетки.
При моделировании условимся, что распределение полей магнитной индукции В и электрической проводимости gyd жидкости равномерно, а распределение поля скоростей жидкости v осесимметрично.
Коррекция погрешности измерения по методу образцовых сигналов
На основе описанного метода коррекции погрешности и анализа факторов, влияющих на погрешность измерения расхода, был разработан способ измерения расхода электропроводящих сред, который учитывает влияние параметров измеряемой среды и магнитной системы на точность измерения, и производящий коррекцию расхода измеряемой среды по конечному результату, а именно по расходу измеряемой среды, через коррекцию напряжения снимаемого с электродов измерительного преобразователя по значению магнитной индукции В [91].
Метод основан на структурном методе автоматической коррекции погрешности с пространственным разделением измерительного канала [82] и получением корректирующего значения методом образцовых сигналов. Для реализации метода коррекции необходим корректирующий преобразователь для преобразования образцового сигнала того же рода что и входной сигнал в корректирующее значение. В качестве образцового сигнала выбрано значение расхода во введенном дополнительном измерительном канале, что позволяет не затрачивать дополнительное время на проведение коррекции, а влияющим фактором - значение магнитной индукции.
Поставленная задача автоматической коррекции погрешности измерения достигается в описываемом способе измерения расхода электропроводящих сред. Способ заключается в измерении напряжения, пропорционального скорости движения среды, и напряжения, пропорционального токам в среде, причем напряжение, пропорциональное токам в среде, сравнивается с эталонным напряжением, и разница между ними поддерживается равной нулю, путем регулирования тока питания магнитной системы преобразователя. О значении расхода в способе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения измеряемой среды, при этом измеряют напряжения пропорциональные скорости движения среды в основном и дополнительном измерительных каналах, расположенных в единой магнитной системе преобразователя. Причем в дополнительном измерительном канале поддерживают постоянный расход среды, а с эталонным напряжением сравнивают напряжение, пропорциональное скорости движения среды в дополнительном измерительном канале, о расходе судят по величине напряжения, пропорционального скорости движения среды в основном измерительном канале.
Скорость движения среды при постоянном сечении канала пропорциональна расходу, поэтому напряжение пропорциональное скорости движения среды в дополнительном измерительном канале должно быть постоянным. Отклонение напряжения, пропорционального скорости движения среды в дополнительном измерительном канале, от эталонного напряжения означает изменение параметров магнитной системы и измеряемой среды. Поэтому разность между напряжением пропорциональным скорости движения среды в дополнительном измерительном канале и эталонным напряжением поддерживают равной нулю, изменяя ток питания магнитной системы пропорционально этой разнице напряжений.
Таким образом, производится регулирование тока питания магнитной системы с помощью отрицательной обратной связи по величине средней скорости движения среды в дополнительном измерительном канале, в котором поддерживают постоянный расход среды.
Так как основной и дополнительный измерительные каналы находятся в единой магнитной системе преобразователя, то, благодаря этому, изменение тока питания магнитной системы одинаково влияет на изменение напряжений пропорциональных скорости движения измеряемой среды в основном и дополнительном измерительных каналах, следовательно, в основном измерительном канале происходит коррекция значения расхода.
В результате регулирования тока питания магнитной системы преобразователя, значение и распределение магнитной индукции поддерживается на постоянном уровне. Благодаря этому, напряжение, пропорциональное скорости движения среды, в основном измерительном канале, получается не зависящим от изменений параметров магнитной системы преобразователя, от температуры измеряемой и окружающей среды, проводимости среды, а также от других параметров измеряемой среды, что, в свою очередь повышает точность измерения расхода.
Таким образом, преимуществом данного способа является коррекция значения выходного сигнала не по косвенному, а по прямому параметру, то есть по расходу, что повышает точность измерения.
Также преимуществом данного способа является использование переменного прямоугольного, а не синусоидального тока питания, что позволяет уменьшить помехи от переменного тока, следовательно, повысить точность измерения расхода.
На рис.3.3 представлена функциональная схема, реализующая предлагаемый способ измерения расхода электропроводящих сред.
На рис.3.4 представлена временная диаграмма сигнала питания катушек магнитной системы, вырабатываемого цифровым генератором.
Схема, реализующая предлагаемый способ измерения расхода электропроводящих сред, представляет собой магнитную систему 1 с катушками 2, в зазоре которой расположены основной измерительный канал 3 с электродами 4 для измерения напряжения, пропорционального скорости движения среды, и дополнительный измерительный канал 5 с постоянным расходом с электродами 6 для измерения напряжения, пропорционального постоянной скорости движения среды, а следовательно, расходу. Напряжение, пропорциональное скорости движения среды, в дополнительном измерительном канале 5 используется для регулирования тока питания катушек 2.
Стенд для испытания расходомеров жидкости ооо "теплоэнергоналадка"
Эксперименты с разработанным и изготовленным электромагнитным расходомером с дополнительным измерительным каналом проводились на стенде для испытания расходомеров жидкости ООО «Теплоэнергоналадка» [92].
ООО «Теплоэнергоналадка» - базовое предприятие ЖКХ Администрации Волгоградской области и ведущая организация Волгограда и Волгоградской области по установке узлов коммерческого учета тепловой энергии, холодной и горячей воды имеет собственную проливную поверочную установку для калибровки и поверки расходомеров жидкости всех типов в диапазоне расходов от 0,03 мЗ/ч до 40 мЗ/ч, который аттестован и используется Волгоградским ЦСМиС.
Поверочная установка реализует метод сличения показаний поверяемых расходомеров с показаниями образцовых расходомеров. Гидравлическая схема проливной поверочной установки представлена на (рис.4.4).Краткое описание проливной поверочной установки
Проливная поверочная установка обеспечивает калибровку и поверку счетчиков расходомеров путем сличения их показаний с показаниями образцовых расходомеров воды. В процессе поверки вода непрерывно циркулирует по замкнутому контуру через установленные последовательно друг за другом образцовый и поверяемые расходомеры.
Циркуляция воды обеспечивается одним из трех насосов различной производительности в зависимости от требуемого диапазона расходов.
Запас воды, необходимый для работы установки хранится в баке, расположенном на 2 метра выше уровня входных патрубков циркуляционных насосов.
В качестве измерительных устройств (образцовых расходомеров воды), используются высокоточные турбинные и электромагнитные расходомеры с импульсным выходом. В зависимости от настроенного диапазона расходов поток воды проходит через один из трех образцовых расходомеров.
Точная настройка величины расхода, протекающего через образцовый и поверяемые расходомеры, осуществляется установленными на выходе
испытательных участков специальными регулировочными дросселями в ручном режиме. Величина установленного расхода контролируется по показаниям величины мгновенного расхода на индикаторном табло электронных блоков образцовых расходомеров.
Установка имеет на рабочем столе две линии для испытания поверяемых расходомеров. В линию для расходомеров с условными диаметрами (Ду) 15 и 20 мм устанавливается от двух до шести расходомеров последовательно. В линию для расходомеров с условными диаметрами 25, 32, 40 и 50 мм устанавливается два расходомера последовательно.
Установка на рабочем столе поверяемых расходомеров с различными условными диаметрами производится при помощи специальных переходных втулок.
Зажим поверяемых расходомеров на линиях рабочего стола механический с ручным приводом. Коммутация гидравлической системы установки осуществляется шаровыми кранами и выполняется в ручном режиме.
Измерение объемов воды, прошедшей через поверяемые расходомеры, производится по счетному устройству поверяемых расходомеров и обычно бывает кратно цене деления счетного устройства поверяемого расходомера.
Измерение объемов воды, прошедшей через образцовые расходомеры, производится методом подсчета импульсов, выданных образцовым расходомером за время, в течение которого через поверяемый расходомер прошел определенный объем воды. При этом пуск и остановка счета импульсов образцового расходомера может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме.
В ручном режиме оператор контролирует прошедший через поверяемый счетчик объем воды по положению стрелок счетного механизма и вручную специальным переключателем подает команды на пуск и остановку счета импульсов от образцового расходомера.
В автоматическом режиме оператор включает режим поверки, а команды на пуск и остановку счета импульсов от образцового расходомера выдает устройство управления.
Основные технические характеристики проливной установки следующие: Диапазон условных диаметров поверяемых приборов: а) первая линия -15-20 мм; б) вторая линия - 25-50 мм. Диапазон воспроизводимых поверочных расходов: 0,03 - 40 м3/ч. Предел допускаемой относительной погрешности при поверке методом сличения: 0,3 %. Рабочая жидкость: вода питьевая. Давление рабочей жидкости: 0,2..0,6 МПа Температура рабочей жидкости: +5...+40 С Количество одновременно поверяемых расходомеров: а) первая линия - до 6 шт.; б) вторая линия - до 2 шт. Общий вид поверочной установки ООО «Теплоэнергоналадка» представлен на (рис.4.5) и (рис.4.6).
