Комплекс технических средств исток. Методы и средства измерения
| Вид материала | Документы |
Содержание4.1.1 Принцип действия 4.1.2 достоинства и недостатки метода Несомненным достоинством 4.1.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-01; СИ ИСТОК-ПАР-05; СИ ИСТОК-ВОДА-08 4.2.1 Принцип действия 4.2.2 достоинства и недостатки метода 4.2.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-02; СИ ИСТОК-ПАР-05; СИ ИСТОК- ВОДА-09 4.3.1 Принцип действия К достоинствам вихревых расходомеров необходимо отнести К недостаткам вихревых расходомеров необходимо отнести 4.3.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-03; СИ ИСТОК-ПАР-07; СИ ИСТОК-ВОДА-10 4.4.1 Принцип действия К достоинствам ротационных расходомеров газа необходимо отнести К недостаткам турбинных расходомеров газа необходимо отнести 4.4.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-04 4.5.1 Принцип действия К достоинствам электромагнитных расходомеров необходимо отнести К недостаткам электромагнитных расходомеров необходимо отнести 4.5.3 структурная схема СИ ИСТОК-ВОДА-12 4.6.1 Принцип действия ... 3 4. Методы измерения и состав СИ ИСТОК: 4.1 Стандартные сужающие устройства (ССУ). ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА, ПАРА И воды. 4.1.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Данный принцип измерения основывается на том, что при протекании потока через сужающее устройство скорость потока повышается по сравнению со скоростью до сужения, а статическое давление падает. По измеренному перепаду давления ΔΡ в соответствии с градуировочной характеристикой ΔΡ = f(G) определяется расход потока вещества. Рассматриваемый метод измерения требует выполнения комплекса определенных условий: — фазовое состояние потока не должно изменяться при прохождении сужа-ющего устройства; — характер движения потока до и после сужающего устройства должен быть турбулентным и стационарным; — поток должен полностью заполнять все сечение трубопровода; — на поверхности сужающего устройства не должны образовываться отложения, изменяющие его геометрию. Сужающие устройства условно подразделяются на стандартные и нестандартные. Стандартными называются сужающие устройства, изготовленные и установленные в соответствии с руководящими нормативными документами: ГОСТ 8.563.(1-3)-97 (взамен РД 50-213-80). Градуировочная характеристика стандартных диафрагм определяется расчетным путем без индивидуальных тарировок, характеристики же нестандартных сужающих устройств определяются по результатам индивидуальных тарировок. В качестве сужающих устройств, применяемых при измерении расхода жидкостей, газов и пара, в основном используются диафрагмы, сопла и реже сопла Вентури. Стандартные диафрагмы рассчитываются для трубопроводов диаметром не менее 50 мм. Сопло имеет профилированную входную часть, которая плавно переходит в цилиндрический участок диаметром d. Выходная цилиндрическая часть сопла имеет цилиндрическую выточку диаметром чуть большим d, служащую для предохранения измерительной части сопла от повреждений. Стандартные сопла устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм при измерениях расхода газов и не менее 30 мм для жидкостей. Сопло Вентури имеет входную часть с профилем сопла, переходящую в цилиндрическую часть, и выходной конус, который может быть длинным или укороченным. Минимальным диаметром трубопроводов, в которых могут устанавливаться стандартные сопла Вентури, является 65 мм. На рис. 2 символы Р1 и Р2 соответствуют точкам отбора давления и подключения к дифманометру, причем p1 > Ρ2 4.1.2 достоинства и недостатки метода Основным недостатком данного метода является небольшой (1 : 3,5) диапазон измерения расхода в связи квадратичной зависимостью расхода от перепада давления:  Датчики перепада давления, как правило, характеризуются значением приведенной погрешности - , параметры которой определяются по верхней границе диапазона измерения. Поэтому диапазон измерения, в котором нормируется относительная погрешность , используется обычно в интервале от 30 до 100% максимального измеряемого расхода. Так, при уменьшении расхода в 4 раза по сравнению с максимальным, перепад давления на сужающем устройстве уменьшится в: 42=16 раз, а при уменьшении расхода в 10 раз — соответственно в 100 раз, при этом относительная погрешность измерения перепада давления увеличится в тех же соотношениях. Поэтому заданная точность в расходомерах, работающих по принципу измерения перепада давления на одном датчике с линейной выходной характеристикой, гарантируется только в пределах от 30% до 100% шкалы. Несколько лучшие результаты измерения имеют датчики перепада давления с корнеизвлекающей выходной характеристикой. Заданная точность измерения перепада давления при использовании такого датчика гарантируется в пределах от 15% до 100% шкалы. Несомненным достоинством измерения расхода методом переменного перепада давления является то, что данный метод является самым надежным, апробированным и распространенным для любых технологических процессов. Эта тенденция распространена не только на рынках стран СНГ, но и на рынках западных стран, что подтверждается западными промышленными экспертами. Несмотря на то, что внедряются более новые способы измере-ния расхода, имеющие преимущества для определенных применений, расходомеры по пере-паду давления остаются наиболее популярными по следующему ряду причин: - Стабильная повторяемость результатов измерения; - Испытанная надежность и точность при правильной установке и применении; - Прямая установка в процесс; - Простота калибровки и обнаружения неисправностей устройства; - Распространенные во всем мире промышленные стандарты (имеются теоретические и эмпирические данные). 4.1.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-01; СИ ИСТОК-ПАР-05; СИ ИСТОК-ВОДА-08 ССУ, в указанных системах измерительных, применяются в комплекте с датчиками давления типа Метран-100 или Aplisens, термопреобразователями сопротивления с номи-нальной статической характеристикой типа ТСП (50П, 100П) по ГОСТ 6651.Комплектность
4.2 осредняющая напорная трубка - сенсор Annubar. ИЗМЕ-РЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА, ПАРА И воды. 4.2.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Напорные устройства создают перепад давления (Р), зависящий от динамического давления потока, т.е. в зависимости от скорости потока, существующей в месте их уста-новки. Создаваемый в осредняющих напорных трубках перепад давления, в соответствии с теоремой Бернулли, пропорционален квадрату скорости жидкости в трубе. В общем виде формула расчета объемного расхода при применении сенсора Annubar имеет следующий вид:Q  = KР,где: K – коэффициент расхода сенсора Annubar. Сенсоры расхода Rosemount 485 Annubar (Rosemount Inc., США) являются запатентован-ными первичными чувствительными элементами расхода жидкостей и газов. Они встра-иваются по диаметру трубопровода в протекающий поток. Перепад давления, возникающий в сенсоре Annubar, создается путем блокировки потока передней поверхностью сенсора. Ско-рость потока уменьшается и останавливается, создавая через лобную щель в камере высокого давления, давление, равное давлению потока. Т-образный конструктив Rosemount 485 Annubar создает более низкий скоростной профиль потока с тыльной стороны сенсора, что приводит к возникновению области низкого давления (возникает эффект «всасывания»). Измерение этого давления производится при помощи 3-х камер низкого давления, через специальные щели, расположенные на тыльной стороне сенсора Annubar. Работая на том же самом принципе как и камера высокого давления, камера низкого давления поддерживает среднее низкое давление. Измеренная разность давлений в обеих камерах дает точный и стабильный сигнал перепада давления, который пропорционален расходу. Первичный элемент расхода Annubar имеет точность ±1% от значения расхода при изменении потока в диапазоне 10:1. 4.2.2 достоинства и недостатки метода К достоинствам сенсоров расхода Annubar необходимо отнести:- простота и низкая стоимость установки;- возможность установки и замены без остановки потока;- долговременная стабильность;- применим для жидкости, газов и пара; - низкие потери давления;- отсутствие зависимости коэффициента потока от числа Рейнольдса в широких пределах;- наиболее технологичен в установке для трубопроводов большого диаметра;- простота поверки; К недостаткам сенсоров расхода Annubar необходимо отнести:- уменьшение точности измерения при числе Рейнольдса Re<20000 (Re<15000 для больших диаметров);- не применим для жидкостей с высокой вязкостью; 4.2.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-02; СИ ИСТОК-ПАР-05; СИ ИСТОК- ВОДА-09 Сенсоры Annubar, в указанных системах измерительных, применяются в комплекте с датчиками давления типа Метран-100 или Aplisens, термопреобразователями сопротивления с номи-нальной статической характеристикой типа ТСП (50П, 100П) по ГОСТ 6651.Комплектность
4.3 вихревой РАСХОДОМЕР PROWIRL. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА, ПАРА И воды. 4.3.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Вихревые расходомеры используют явление, названное "Испускание вихря", которое происходит в том случае, когда поток среды (пара, газа или жидкости) встречается с необ-текаемым препятствием (вихреобразующим телом). Периферийные слои среды не могут обтекать определенные контуры вихреобразующего тела и отделяются от его поверхности, формируя вихри, которые движутся по направлению потока (так называемая «вихревая дорожка Кармана). Вихри отделяются от «вихреобразующего тела» с частотой, пропорциональной средней скорости потока в трубе. где: f = частота вихря; d = диаметр тела сопротивления; Vo= скорость среды. Теоретическое обоснование вихревого расходомера состоит в том, что постоянная Строухала остается таковой для широкого диапазона чисел Рейнольдса (диапазона изме-рений). Частота образования вихрей не зависит от давления, температуры и плотности среды. Следовательно, один и тот вихревой расходомер может применяться для измерения объ-емного расхода пара, газа и жидкостей.4.3.2 достоинства и недостатки метода К достоинствам вихревых расходомеров необходимо отнести:- низкую стоимость установки; - широкий динамический диапазон;- высокую точность; - долговременную стабильность;- линейное соотношение между первичным и выходным сигналом;- линейность, не зависящую от плотности, вязкости или давления измеряемой среды;- применяемость для жидкости, газов и пара;- низкие потери давления; К недостаткам вихревых расходомеров необходимо отнести:- уменьшение точности измерения при числе Рейнольдса Re<20000; - не применим для жидкостей с высокой вязкостью; 4.3.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-03; СИ ИСТОК-ПАР-07; СИ ИСТОК-ВОДА-10 Расходомеры Prowirl, в указанных системах измерительных, применяются в ком-плекте с датчиками давления типа Метран-100 или Aplisens, термопреобразователями сопро-тивления с номинальной статической характеристикой типа ТСП (50П, 100П) по ГОСТ 6651.Комплектность
4.4 тахометрические РАСХОДОМЕРы ГАЗА. 4.4.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Тахометрическими называются расходомеры, в которых преобразователи расхода (турбинка, шарик и т.д.) вращаются со скоростью, пропорциональной объемному расходу измеряемой среды. В зависимости от конструкции тахометрические расходомеры подразделяются на турбинные, ротационные (камерные) и др.Расходомеры снабжаются тахометрическими преобразователями частоты вращения рабочего устройства (турбинки и т.д.) в электрический сигнал, измеряемый затем пока-зывающим прибором. Тахометрические устройства измеряют объемные расходы в реальных объемных единицах. Для перерасчета объемного расхода в нормальных объемных единицах необходимо знать температуру Т, давление Ρ и коэффициент сжимаемости измеряемой среды Ксж. С этой целью после первичного преобразователя расхода устанавливаются термометр сопротивления и датчик давления, связанные с вычислительным устройством. Для всех газообразных сред существует конкретная зависимость: Gc = f(T,Go,P,Ксж). В вычислительном устройстве ИСТОК-ТМ эта зависимость заложена в виде аналитического уравнения: 4.4.2 достоинства и недостатки метода К достоинствам ротационных расходомеров газа необходимо отнести:- высокая точность измерения объема газа; - малая инерционность механической системы счетчика и следовательно низкая погреш-ность измерения объема газа в прерывистом режиме работы счетчика, что особенно важно при использовании в автономных газовых котельных; - низкая потеря давления на счетчике; - не требуются прямолинейные участки трубопроводов и не нормируется соосность отверстий счетчика и подводящих трубопроводов; - расходомер может эксплуатироваться как при горизонтальном, так и при вертикальном направлении потока газа. К недостаткам ротационных расходомеров газа необходимо отнести:- требование регулярного контроля уровня масла; - ограниченный верхний диапазон расхода до 400 м3/ч; - прекращение подачи газа в случае аварийного останова счетчика; К недостаткам турбинных расходомеров газа необходимо отнести:- требование регулярного контроля уровня масла; - требование наличия прямых участков; - требование применения фильтров. - инерционность при работе расходомера газа в импульсном режиме, которая характеризуется занижением фактического объема при разгоне и завышением при остановке турбинного колеса. Так возникает динамическая ошибка турбинного расходомера газа при работе его в импульсном режиме. Эта ошибка тем больше, чем больше пульсация потока газа (чаще срабатывает отсечной клапан). 4.4.3 структурная схема СИ ИСТОК-ГАЗ-04 Турбинные и ротационные расходомеры газа, в указанных системах измерительных, применяются в комплекте с датчиками давления типа Метран-100 или Aplisens, термо-преобразователями сопротивления с номинальной статической характеристикой типа ТСП (50П, 100П) по ГОСТ 6651.Комплектность
4.5 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫе РАСХОДОМЕРы ВОДЫ. 4.5.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Принцип действия электромагнитных расходомеров базируется на законе электро-магнитной индукции Фарадея, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС (электродвижущая сила), пропорциональ-ная скорости движения жидкости. В конструкции для приборно-технической реализации этого измерительного принципа электропроводящая рабочая среда протекает в трубе, в которой создается магнитное поле с силовыми линиями, перпендикулярными направлению потока. Индуктиованное в рабочей среде напряжение снимается двумя диаметрально установленными электродами. Величина этого напряжения пропорциональна величине магнитной индукции В, расстоянию между электродами L, а также средней скорости потока V.Ue =B L V Если принять, что магнитная индукция и расстояние между электродами являются постоянными величинами, то получается, что величина измеренного на электродах напряжения U пропорциональна средней скорости потока V и, для определенного диаметра условного прохода, объем-ному расходу.Пределы допускаемой относительной погрешности расходомера РЭМ-01 при измерении расхода и объема воды при снятии информации с индикатора, токового или импульсного выхода: 1 % в диапазоне расхода от 4 % до 100 % от Gмах; 3 % в диапазоне расхода от 2 % до 4 % от Gмах; 4.5.2 достоинства и недостатки метода К достоинствам электромагнитных расходомеров необходимо отнести:- как при турбулентном, так и при ламинарном течении потока показания электромагнитного расходомера при одном и том же расходе и осесимметричном потоке будут одинаковы. Это основное преимущество расходомеров электромагнитного типа. - независимость показаний от вязкости и плотности жидкости, расход которой регист-рируется; возможность применения фактически в трубопроводах любых диаметров. - отсутствие падения давления на измерительном участке, линейность измерительной шкалы; - высокое быстродействие расходомеров, возможность измерения расходов агрессивных, а также с включением абразивных составляющих жидкостей; - работоспособность при высоких давлениях потока (до 100 МПа); высокую точность (0,5 - 1,0%) и достаточно широкий диапазон измерений: 1:20 и даже 1:100. - независимость показаний измерения от изменения профиля скоростей потока при наличии вблизи (ближе 15dу до и 5dу после) расходомера местных сопротивлений либо при быстром увеличении и уменьшении расхода. К недостаткам электромагнитных расходомеров необходимо отнести:Возможность отложения магнетита (при его присутствии в воде) на внутренней (изоли-рованной) поверхности преобразователя расхода, что приводит к систематической погреш-ности в измерении расхода. Обычно изменение в точности измерения расхода происходит в сторону его занижения на 10-20% в течение межповерочного интервала. В случае нарушения осевой симметрии потока деформация поля скоростей оказывает паразитное влияние на показания электромагнитных расходомеров 4.5.3 структурная схема СИ ИСТОК-ВОДА-12 Расходомеры РЭМ-01, в указанных системах измерительных, применяются в комплек-те с датчиками давления типа Метран-100 или Aplisens, термопреобразователями сопротивления с номинальной статической характеристикой типа ТСП (50П, 100П) по ГОСТ 6651.Комплектность
4.6 ультразвуковые РАСХОДОМЕРы ВОДЫ. 4.6.1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на зависимости скорости распространения ультразвука относительно трубы от скорости потока. Главные сложности применения ультразвукового метода заключаются в следующем:1) скорость звука в среде зависит от ее физико-химических свойств, температуры, давления; 2) скорость звука значительно больше скорости потока, расход которого подлежит измерению; 3) скорость распространения ультразвукового сигнала в движущейся среде весьма незначительно отличается от скорости в среде неподвижной. Все это предопределяет применение специальных методов компенсации погрешностей, что серьезно усложняет измерительные схемы. Необходимо подчеркнуть также, что в основном ультразвуковые расходомеры применяются для измерения расходов жидких сред, так как в газовой среде коэффициент поглощения ультразвука велик, а интенсивность распространения ультразвуковой волны мала. Скорость распространения звуковой волны в перемещающейся жидкости зависит от скорости жидкости: 1 = + v cos 2 = – v cos , где v/ « 1 Получаем выражение: 1 = + Vm cos = L/t1, где t1- время сигнала вниз по течению потока; 2 = - Vm cos = L/t2, где t2- время сигнала вверх по течению потока; где: Vm -cредняя скорость потока по дорожке между установленными приемо-передатчика-ми вдоль оси трубопровода; L - расстояние между приемо-передатчиками поперек оси трубопровода. 4.6.2 достоинства и недостатки метода К достоинствам ультразвуковых расходомеров необходимо отнести:1) возможность использования на трубопроводах широкого диапазона диаметров (от 10 мм и выше); 2) возможность бесконтактного измерения расходов любых сред, в том числе и неэлектропроводных. К недостаткам ультразвуковых расходомеров необходимо отнести:1) наиболее существенным из них является сильная зависимость показаний расходомера от профиля скоростей в потоке, формирующегося и изменяющегося по мере изменения (увеличения или уменьшения) расхода; 2) погрешность особенно сильно увеличивается при искаженном профиле скоростей вследствие наличия, например, вблизи первичного преобразователя местных сопротивлений; 3) значительное влияние на показания расходомера изменения физико-химических свой-ств контролируемой среды, ее температуры и давления, оказывающих влияние на скорость ультразвука. 4.6.3 структурная схема СИ ИСТОК-ВОДА-11 Расходомеры SKU-02 и SITRANS F US SONOFLO, в указанных системах измерительных, применяются в комплекте с датчиками давления типа Метран-100 или Aplisens, термопреобразователями сопротивления с номинальной статической характеристикой типа ТСП (50П, 100П) по ГОСТ 6651.Комплектность
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||