Ультразвуковой расходомер

   Расходомер  может быть применен для автономных измерений объемного расхода  и количества воды или насыщенного  водяного пара, а также в комплекте  с теплосчетчиками для расчета, расходуемой тепловой энергии.

   Расходомер  содержит два накладных (прикрепляемых  к наружной поверхности трубопровода) ультразвуковых преобразователя (ПП) с  соединительными кабелями, процессорный блок (ПБ) и блок питания (БП) с цифровым отсчетным устройством (индикатором).

   Расходомер  обеспечивает непрерывное зондирование жидкости (пара) ультразвуковыми импульсами постоянной частоты и преобразование доплеровского сдвига частотного спектра  отражений, зависящего от скорости потока, в импульсный сигнал пропорциональной частоты, его обработку и цифровое измерение количества жидкости (пара) нарастающим итогом с масштабным коэффициентом, устанавливаемым по сечению трубопровода.

   Импульсный  сигнал, подаваемый на встроенный счетчик  расходомера, может быть выдан (через  ″сухой контакт″) на счетный вход внешнего теплосчетчика (например, типа КСТ-В).

   Расходомер  может иметь исполнения с пропорциональным расходу: унифицированным сигналом постоянного тока, который может  быть использован для контроля и  измерений объемного расхода; частотно-импульсным сигналом для подключения теплосчетчика (например, типа ВТД).

   Ультразвуковые  преобразователи расходомера могут  устанавливаться на действующем  трубопроводе в местах с повышенной влажностью, включая колодцы, коллектора и сырые не отапливаемые помещения.

   Технические данные:

1. Расходомеры Днепр-7 используются с накладными ультразвуковыми первичными преобразователями (ПП), прикрепляемыми снаружи к действующему трубопроводу без нарушения его целостности и остановки технологического процесса без особых требований к точности установки ПП.
2. Приборные модули расходомера (ПБ и БП) смонтированы в герметичных литых алюминиевых корпусах, размером 150*150*120 мм, соединенных между собой четырехжильным неэкранированным кабелем.
3. Расходомер снабжен электронным счетчиком объема перекаченной жидкости со встроенным таймером времени наработки. Емкость отсчетного устройства 99999999. Продолжительность сохранения информации при отключенном питании - 10 лет.
4. Предел допускаемой относительной погрешности измерения времени наработки составляет ± 0.01%.
5. Температура контролируемой среды: воды от 1 до 150°С, насыщенного пара от 100 до 200°С, при условии, что температура нагрева ПП не более 150°С.
6. Расходомер устанавливается на трубопроводах с диаметрами условного прохода от 20 до 1600 мм - для жидкости и от 20 до 700мм, для пара, при толщине стенки от 2 до 20 мм - для металлических трубопроводов. Для неметаллических трубопроводов - без ограничения.
7. Номинальные диапазоны преобразования объемного расхода:

- воды - три диапазона в пределах от 0,051 до 43429,4 м³/ч;

- насыщенного водяного пара - три диапазона в пределах от 0,4 до 2021663 м³/ч.

8. Предел допускаемой относительной погрешности преобразования расхода в частоту импульсов и измерения количества жидкости (пара) ± 2.0 % в диапазоне расходов от 3 до 100%, и во всем температурном диапазоне.
9. Предел допускаемой приведенной погрешности расходомера по токовому сигналу ± 1,5 %.
10. Мощность, потребляемая расходомером, не превышает 50 ВА.

   Устройство  и принцип работы: 

   Расходомер  относится к ультразвуковым доплеровским расходомерам с непрерывным излучением и приемом отраженного сигнала  пьезоэлектрическими преобразователями. Расходомер производит преобразование доплеровской разности частот отражений ультразвука от движущихся неоднородностей потока, линейно зависящей от скорости движения и объемного расхода воды (или пара), в импульсный сигнал пропорциональной частоты, его обработку и цифровое измерение (подсчет) количества воды (пара) во времени с соответствующей индикацией.

   Параметры преобразования, обработки сигнала  с соответствующими масштабными  коэффициентами (в зависимости от сечения трубопровода, контролируемой среды, выбранного диапазона и т.п.) и единицами измерений вводятся в память расходомера при его  настройке.

   Первичные преобразователи ПП представляют собой  два ультразвуковых датчика. Первый  работает в качестве излучателя ультразвуковых колебаний и второй работает в  качестве приемника. ПП выполнены с  преломляющими ультразвуковыми  пластмассовыми призмами, содержащими  стандартные пьезоэлектрические преобразователи.

   Формирование  излучаемых и принятых датчиками  колебаний ультразвуковой частоты  и обработка полученной информации производится в ПБ расходомера.

   Представление результатов измерений производится цифровым индикатором, размещенным  на панели БП.

   Разность  частот F между частотой генерируемого  сигнала f₀ и частотой принятого сигнала f₁ пропорциональна скорости и расходу контролируемой среды в области пересечения ультразвуковых лучей.

                    F=f₀ - f₁=m*N*SIN(α )*(f_о /С)*Q%*(1/100%),                  (1.3.1)

где m = 3 (м/c) - масштабный коэффициент;

N - номер  диапазона; 

Q% - расход  в относительных процентах; 

α - угол ввода ультразвукового луча в контролируемую среду;

С - скорость звука в контролируемой среде, м/с;

f₀ и f₁ - частота излучаемого и принятого сигналов, 1/c.

   Поскольку ультразвуковой луч вводится в контролируемую среду из ПП через стенку трубопровода с преломлением, то, согласно закону Снелиуса, выполняется равенство:

                                    SIN(α)/С =SIN(αп)/С_п,                                         (1.3.2)

где αn - угол призмы-держателя ПП;

С_n - скорость звука в призме-держателе ПП.

   Разностная  доплеровская частота выделяется и  обрабатывается в процессорной части  расходомера. Объемный расход воды (пара) вычисляется по измеренной скорости потока и определенной площади поперечного  сечения трубопровода.

   Максимум  диапазона измеряемого расхода  Q_maх, рассчитывается по формулам:

                     Q_maх[м³/ч] = 0,0042412*N*Дв² - для воды,                         (1.3.3)

                     Q_max[м³/ч] = 0,00073676*N*Дв³- для пара,                        (1.3.4)

где Дв - внутренний диаметр трубопровода в миллиметрах;

N - номер  диапазона измерения (1; 2 или 4).

   Для расходомера с токовым выходом, объемный расход рассчитывается по формулe:

                                 Q = Q_max*(I- I_o)/(I_max-I_o),                                          (1.3.5)

где Q – величина объемного расхода;

Q_max - максимум диапазона измеряемого расхода;

I - показание  прибора в миллиамперах;

I_o и I_max - начальное и максимальное значения выходного сигнала.

   Для расходомера с частотным выходом, величина объемного расхода рассчитывается по формуле:

                                                 Q = f * k,                                                (1.3.6)

где Q – величина объемного расхода;

f - выходная частота в Гц,

k - коэффициент преобразования, [м³/(ч*Гц)].

   Практические  выводы:

1. Для измерения объемного расхода не требуется нарушение целостности трубопровода, расходомер не вносит дополнительного гидравлического сопротивления.
2. Показания накладного доплеровского расходомера практически не зависят от скорости звука в контролируемой среде, от ее состава, температуры и давления.
3. Поскольку область пересечения ультразвуковых лучей имеет протяженные размеры (порядка 400 мм по диаметру), показания расходомера не зависят от незначительных отклонений места установки ПП от диаметральной плоскости. Допускается смещение ПП относительно друг друга в осевом направлении на ± 10 мм, 9 смещение ПП по диаметру на ± 10°. Допускается установка ПП рядом на расстоянии 40 - 70 мм друг от друга.

   Расходомер  позволяет производить измерение  скорости потока в незаполненных  трубопроводах. При этом ПП устанавливаются  снизу трубопровода.

   Расчет  объемного расхода в незаполненном  трубопроводе производится автоматически, по таблицам для гидравлического  расчета канализационных сетей  и дюкеров по формуле академика  Н.Н. Павловского.

   Габаритные  размеры и масса расходомера: 

                                                                                          Таблица 1.2.

Габаритные  размеры и масса  расходомера Днепр-7

Наименование	Габаритные  размеры, мм	Масса, кг
Процессорный блок	не более 150 * 150 * 120	не более 1,5
Блок питания	не более 150 * 150 * 120	не более 2,0
Первичный преобразователь	не более 155 (147) * 40 * 29	не более 0,5

 

Гобой-1

   Ультразвуковой  счетчик газа «Гобой-1», выпускаемый  Рязанским АООТ «Теплоприбор», предназначен для местного и дистанционного измерения объема природного газа (ГОСТ 5542), приведенного к стандартным условиям (ГОСТ 2939), а также времени нахождения счетчика в нерабочем состоянии.

   Счетчик используют для коммерческого учета  расхода газа в жилых домах, административных зданиях, производственных помещениях и для других, кроме бытового пищеприготовления, нужд (горячее водоснабжение, местное отопление и т. д.), в целях осуществления взаимных финансовых расчетов между газораспределительной станцией и потребителем газа.

   Счетчик предназначен для работы в зонах, где возможно образование смесей горючих газов и паров с  воздухом категории ПА температурной  группы Т5 включительно согласно ГОСТ 12.1.011.

   Счетчик имеет взрывозащищенное исполнение, соответствует требованиям ГОСТ Р 51330.0 и ГОСТ Р 51330.10, имеет вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь», уровень взрывозащиты «взрывобезопасныи» для взрывоопасных смесей категории ПАТ5 по ГОСТ 12.1.011; параметры искробезопасных входов (от литиевых батарей): U = 3,6 В, IK 3 = 0,07 А.

   Счетчик, состоящий из первичных преобразователей расхода, давления, температуры и  информационно-вычислительного блока, выполнен в едином конструктивном исполнении. Допускаемая основная относительная  погрешность ±1,5 %.

Рисунок 1.6. Структурная схема счетчика «Гобой-1»

   Счетчик имеет литой корпус из алюминиевого сплава АК-12, в котором находятся (рис. 7):

- преобразователь расхода (ПР) с установленными в нем двумя пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП-1 и -2);

-   преобразователь давления (ПД);

-   преобразователь температуры (ПТ);

-   измерительно-вычислительный блок (ИВБ).

   ПР для каждого типоразмера счетчика имеет свои геометрические размеры при едином конструктивном решении, остальные части счетчика одинаковы для всего типоразрядного ряда.

   ПР представляет собой устройство с нормированными геометрическими характеристиками и состоит из входного и выходного патрубков, профильных дисков и измерительного участка. Для достижения стабильности метрологических характеристик и долговечности работы счетчика все ответственные элементы конструкции выполнены из износоустойчивых, коррозионностойких материалов. Все разъемные соединения уплотнены паронитовыми прокладками или резиновыми кольцами.