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.

2.2.4. 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)

 

 

Так, при t=5 и Т1о=Т2о=200 ,

величина to=2,5 ,

при Т1о=Т2о=1000 ,

 

величина to=2,5 .

 В результате величина, обратная периоду схождения Т, соответствует разности частот автоциркуляции синхроколец, т.е. из выражения (16) получается, что

 

f= ,        (19)

Сравнивая выражения (6) и (19), можно видеть, что в последнем отсутствует зависимость разностной частоты от скорости ультразвука «c», т.е. от температуры измеряемой жидкости.

 

 Измеренное19 во время Т u количество измеряемой жидкости (объем)   V u определяется как

 

         ,                 (20)

                 

             ,                                        (21)

где К - коэффициент преобразования счетчика;

   N u – количество импульсов разностной частоты Df за время прокачки t u  измеренного объема V u.

Физически коэффициент К определяет количество импульсов разностной частоты Df, приходящееся на единицу объема измеряемой жидкости. Поэтому точность измерения объема продукта зависит от погрешности установки коэффициента К в счетчике и изменение ее по диапазону расхода Q.

Согласно выражениям (19) и (20) этот коэффициент равен:

                       

             ,                         (22)

и может быть рассчитан теоретически.