Анализ работы устройства.

1. Назначение и область использования.

1.1. Счетчик воды ультразвуковой “Расход-7” предназначен для измерения объема транспортируемой по трубопроводам холодной воды, а также других однофазных жидкостей.

1.2. Счетчик состоит из преобразователя расхода ультразвукового (ПР) , прибора измерительного (ПИ) и линии связи ПИ и ПР.

1. Счетчик имеет двадцать четыре модификации в зависимости от диаметра условного прохода (Ду) ПР и условного давления (Ру).

2. ПР счетчика имеет маркировку взрывозащиты “Oexia 2CT6” В КОМПЛЕКТЕ “РАСХОД-7” , соответствует требованиям ГОСТ 22782.0-81, ГОСТ 22782ю5-78 и предназначен для установки во взрывоопасных зонах помещения и наружных установок согласно гл. 7.3. действующих ПУЭ и другим директивным документам , регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.ПИ счетчика с входными искробезопасными цепями уровня “ia” выполнен в соответствии с ГОСТ 22782.5-78, имеет маркировку взрывозащиты “Exia2C” и предназначен для установки вне взрывоопасных зон.

2. Основные характеристики и параметры.

2.1 Метрологические параметры.

2.1.1. Диапазоны изменения объемного расхода измеряемой жидкости в зависимости от модификации счетчика приведены в табл.1.

2.1.2. Пределы допускаемой основной погрешности счетчика 1.0% от измеренного объема при проверке по калиброванному резервуару , по ТПУ, по образцовому счетчику и 1.5 при проверке по теоретической методике.

Примечание. Указанная точность обеспечивается с кратностью не более 10, выбираемом из общего диапазона расхода , для каждого диаметра ПР.

2.1.3. ПИ счетчика имеет выходные сигналы:

частотный от 0.1 до 100Гц;

аналоговый 0-5мА, с приведенной погрешностью преобразования “частота-ток” не более 1.0%.

2.1.4. Счетчик удовлетворяет требованиям пп.2.1.1, 2.1.2 при следующих условиях:

температура окружающего воздуха плюс 205 С ;

относительная влажность от 30 до 80%;

атмосферное давление от 86 до 106.7 кПа;

отклонение напряжения питания от номинального значения не выше 2%;

отклонение частоты переменного тока сети 1%;

отклонение температуры измеряемой жидкости в процессе проверки в пределах 2 С.

Эксплуатационные характеристики

2.2.1. Тип прибора – суммирующий.

2.2.2. ПИ выполнен в корпусе для щитового монтажа по ГОСТ 5944-74.

2.2.3. Электрическая прочность изоляции между отдельными цепями и между этими цепями и корпусом ПИ и ПР выдерживает в течении 60 с действие испытательного напряжения переменного тока синусоидальной формы частотой 50 Гц действующим значением

для ПИ – 1500 В, в том числе между цепями "сеть – искробезопасные цепи", "сеть – земля"", "искробезопасные цепи – земля";

для ПР – 500В.

1. Электрическое сопротивление изоляции между отдельными электрическими цепями и между этими цепями и корпусом ПИ и ПР не менее:

для ПИ – 40 МОм;

для ПР – 20 МОм;

Показатели надежности.

2.3.1. Вероятность безотказной работы за время 2000ч Р =0.98.

Условия эксплуатации.

1.5.1. Измеряемая среда – перекачиваемая в напорных трубах вода или другая однородная жидкость со следующими параметрами:

диапазон изменения температур температуры от плюс 4 до плюс 50 С;

диапазон изменения давления в поцессе эксплуатации от 0.1 до 2.5 Мпа.

1.5.2. Температура окружающей среды , С:

для ПИ от плюс 10 до плюс 35;

для ПР от минус 60 до плюс 40.

1.5.3. Параметры питания:

напряжение однофазной среды переменного тока (220) В;

частота (501) Гц.

Потребляемая мощность – не более 50 Ва.

1.5.4. Допускаемая вибрация частотой до 25 Гц с амплитудой 0.1 мм.

Состав счетчика.

1. Основные составные части счётчика:

ПИ;

ПР;

Кабель РК 50-2-11 , 2  150 м, не более, ( длина кабеля устанавливается по согласованию с заказчиком ).

2. Основные составные части ПИ:

ППИ;

ПВИА;

плата стабилизаторов;

плата выпрямителей;

трансформатор;

УИ-2 шт.;

блок масштабирования ;

плата масштабирования;

индикатор мгновенного расхода - микроамперметр типа М2027;

счётчик суммарного расхода - счётчик электромеханический типа СИ 206.

3.Основные составные части ПР:

патрубок ( обозначение см. табл.1 );

ППЭ (2 штуки ).

Анализ работы счетчика по структурной схеме.

1. В основе принципа действия счётчика объёма Vс измеряемой жидкости лежит измерение средней скорости с этой жидкости,протекающей через известное сечение трубопровода S за время Т.

Vс = S c T, (1)

S = , (2)

D - диаметр трубопровода на участке измерения .

Счётчик выполнен по одноканальной частотно- импульсной схеме прямого преобразования средней скорости жидкости в измеряемую частоту. Схема структурная приведена на рис. 1.

Контур преобразования скорости жидкости в измеряемую разностную частоту (электронно -акустический тракт ) включает в себя ППИ,первую линию связи (кабель радиочастотный ),излучающий ППЭ В1 ( В2),измеряемый продукт ,приёмный ППЭ В2(В1),вторую линию связи и снова ППИ.

Одно синхрокольцо (контур) ППИ работает по потоку ,второе синхрокольцо(контур)-против потока жидкости с исключением моментов совпадения во времени импульсов автоциркуляции этих синхроколец.

Периоды автоциркуляции по потоку (Т1) и против потока (Т2) определяются по формулам:

T1= +t1=T1o+t1, (3)

T2= +t2=T2o+t2, (4)

где L- расстояние между зеркалами ППЭ В1,В2 в акустическом канале ПР;

с- скорость ультразвука в продукте ;

- угол между осью акустического канала и осью ПР;

t1(t2) - время задержки сигнала в электронно-акустическом тракте (контуре) по потоку (против потока ), не связанное со временем прохождения сигнала в измеряемой жидкости.

L= , (5)

где ri- величина смещения оси акустического канала от оси ПР (ri 0 - ).

Величина ,обратная значению T1(T2),является частотой автоциркуляции синхроколец f1(f2).

Разность этих частот определяет истинное значение измеряемой частоты,пропорциональной средней скорости измеряемой жидкости:

f=f1-f2= , (6)

, (7)

где скорость по лучу с учётом коэффициента гидродинамической поправки Br.

t=t2-t1, (8)

где t- величина неадекватности периодов автоциркуляции при .

С помощью схемных решений добиваются того, чтобы t=0, т.е. t1=t2=t.

Тогда f= , (9)

Отсюда f , (10)

и мгновенной расход измеряемой жидкости Q будет равен:

Q= f, (11)

В описываемом счетчике составляющая погрешности, определяемая наличием времени задержки «t» (см. формулу 11) и влиянием изменяющейся в зависимости от температуры продукта величины «c» значительно уменьшена.

Исключением моментов совпадения во времени импульсов автоциркуляции синхроколец по потоку и против потока обеспечивается переносом импульса зондирования относительно момента приёма ультразвукового сигнала в одном синхрокольце на определённое время.

Повышение точности измерения счётчика тем, что при i-ом сближении во времени импульсов двух синхроколец в синхрокольце, работающем против потока ,зондирование производят через время (Ti+t0) после поступления приёмного импульса, а при (i+1) -ом сближении во времени импульсов синхроколец в синхрокольце, работающем против потока, зондирование производится через время (Т2-Ti+t0) после поступления приёмного импульса, где Ti-часть периода Т2,t0 определяют из выражения:

t0= , (12)

При наличии расхода измеряемой жидкости Т1 T2 .Поэтому с окончанием каждого из периодов автоциркуляции будет происходить схождение импульсов автоциркуляции встречных синхроколец на величину (шаг) Т2-Т1.Период схождения можно представить как:

, (13)

где - количество шагов между схождениями.

В описываемом счётчике импульс автоциркуляции с периодом Т2 (против тока) за два соседних схождения переносится дважды с общим временем:

(Ti+to)+(T2-Ti+to)=T2+2to, (14)

(один перенос соответствует )

Период схождения при этом должен соответственно умень-

шится и составить:

T= , (15)

Задержка to, вводимая в работу схемы, должна нейтрализовать действие составляющей «t » в выражениях (10), (11) и поэтому удовлетворять условию:

Т= = , (16)

С учётом выражений (3) и (4) выражение (16) можно представить в виде:

, (17)

откуда получаем требуемое значение to согласно выражению (12).

Если t2-t1=0, т.е. t2=t1=t, выражение (12) упрощается, и задержка, вносимая в работу синхрокольца, работающего против потока, должна соответствовать:

to= , (18)