Вихреакустические расходомеры

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

9.12. Схема проточной части расходомера «Метран 300 ПР»

Преобразователь «Метран 300 ПР» состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены: тело обтекания – призма трапецеидальной формы 1, пьезоизлучатели ПИ1 и ПИ2 – 2, пьезоприемники ПП1 и ПП2 – 3 и термодатчик 7.

Электронный блок включает в себя генератор 4, фазовый детектор 5, микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов 6, собранные на двух печатных платах: приемника и цифровой обработки.

Тело обтекания расположено на входе жидкости в проточную часть. При обтекании этого тела потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка, частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна расходу.

За телом обтекания в корпусе проточной части расположены диаметрально противоположно друг другу две пары стаканчиков, в которых собраны ультразвуковые пьезоизлучатели ПИ1, ПИ2 и пьезоприемники ПП1, ПП2. На ПИ1 и ПИ2 от генератора подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. Пройдя через поток, эти колебания в результате взаимодействия с вихрями оказываются модулированными по фазе. На ПП1 и ПП2 ультразвуковые колебания преобразуются в электрические и подаются на фазовый детектор.

Две пары пьезоэлементов «излучатель – приемник» обеспечивают компенсацию влияния паразитных факторов (вибрация трубопровода, пульсация давления), возникающих в проточной части.

Для увеличения динамического диапазона преобразователя за счет измерения малых расходов, где характеристика преобразователя нелинейная и зависит от температуры теплоносителя, в проточную часть установлен термодатчик. Сигнал от него автоматически вводится в программу вычисления расхода в области малых его значений.

На фазовом детекторе определяется разность фаз между сигналами с приемников первой и второй пары. На выходе фазового детектора образуется напряжение, которое по частоте и амплитуде соответствует интенсивности и частоте следования вихрей, которая в силу пропорциональности скорости потока является мерой расхода.

Для фильтрации случайных составляющих сигнал с фазового детектора подается на микропроцессорный адаптивный фильтр и затем в блок формирования выходных сигналов. Для повышения достоверности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода колебаний вихрей.

Таким образом, в результате преобразований и программной обработки модуль формирует импульсный выходной сигнал.

Проточная часть преобразователя расхода представляет собой полый цилиндр специальной конструкции, в котором установлены тело обтекания, термодатчик и вварены стаканчики с пьезоэлементами. Установка преобразователя на трубопроводе производится с помощью патрубков и фланцев. Геометрическая форма патрубков на входе и выходе проточной части обеспечивает сохранение метрологических характеристик и снижает требования к длине прямых участков трубопроводов до и после места установки преобразователя.

Электронный блок размещен в отдельном корпусе, соединенном с проточной частью трубчатым кронштейном, и состоит из платы приемника и платы цифровой обработки, установленных на клеммной колодке.

Корпус закрыт крышками, уплотнение которых производится резиновыми прокладками, что обеспечивает герметичность корпуса.

В конструкции электронного блока с заказываемыми опциями аналогового выходного сигнала, цифрового интерфейса на основе стандарта RS -485 и модуля индикации добавляются три платы, а одна из крышек корпуса имеет увеличенный размер и прозрачную (стекло) торцевую поверхность для визуализации показаний ЖК-индикатора.

На индикаторе отображаются: время наработки прибора (ч), объемный расход (м³/ч), накопленный объем (м³), код самодиагностики. Указанные величины выводятся попеременно с периодом 20 с.

Выходные сигналы преобразователя:

- токоимпульсный;

- импульсный типа «замкнуто/разомкнуто» – оптопара;

- унифицированный токовый 0–5, 4–20 мА;

- цифровой интерфейс на основе RS-485;

- ЖК-индикатор для отображения значений расхода, накопленного объема, времени наработки, кода самодиагностики.

Параметры выходных сигналов:

- ток нагрузки токоимпульсного выходного сигнала от 7 до 10 мА;

- сопротивление нагрузки токоимпульсного выходного сигнала от 0 Ом до 1,8 кОм (при напряжении питания 36 В);

- для выходного сигнала типа «замкнуто/разомкнуто» напряжение коммутации не более 30 В и допустимый ток коммутации не более 32 мА;

- для унифицированного токового сигнала 0–5 мА – сопротивление нагрузки до 2,5 кОм; для сигнала 4–20 мА – до 1 кОм.

Номинальный расход Q _ном, определенный при избыточном давлении в трубопроводе 0,1 МПа (1 кгс/см²), является условной величиной и используется для характеристики некоторых параметров преобразователя.

При расходе менее 0,8 Q _мин происходит выключение электронного блока преобразователя расхода. Погрешность составляет @ 1 %.

Таким образом, вихревой метод имеет достоинства:

- широкий диапазон (Д = 50:1) и более;

- беспроливной метод поверки;

недостатки:

- увеличивается сопротивление магистрали;

- нужен прямолинейный участок (десятки Ду до и после участка).

Дата добавления: 2014-01-03