2 Выбор сужающего устройства

Приемные преобразователи (приемники) служат для однозначного преобразования измеряемой величины (расхода) в другую, физически отличную величину (перепад давления), измеряемую прибором. Основной класс приемников переменного перепада - сужающие устройства (диафрагмы, сопла). Из приемников остальных классов в основном применяют напорные трубки, удобные для измерения местной скорости.

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара широко применяют стандартные диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

При выборе СУ учитываются соотношения: внутреннего диаметра трубопровода и проходного сечения диафрагмы.

Это соотношение называется модулем .

Число m (модуль) лежит в пределах:

• диафрагмы m = 0,05  0,7;

• сопла m = 0,05  0,65;

• сопла Вентури m = 0,05  0,6.

Требования к сужающим устройствам:

• допускаемое смещение оси отверстия СУ относительно оси трубопровода не должно превышать 0,5 - 1 мм;

• со стороны входного потока отверстие должно иметь цилиндрическую форму; длина цилиндрической части 0,005 – 0,2 D;

• отверстие СУ должно быть выполнено с точностью до 0,001 размера;

• для изготовления проточной части СУ применяются материалы устойчивые к коррозии.

При выборе СУ необходимо руководствоваться следующими соображениями:

• потеря давления в СУ увеличивается в следующей последовательности: труба Вентури, длинное сопло Вентури, короткое сопло Вентури, сопло, диафрагма.

• при одних и тех же m и ΔP и прочих равных условиях сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, обеспечивает большую точность (при малых m).

В данной работе измеряемой средой является пар. Следовательно, необходимо спроектировать измерительный комплекс, предназначенный для измерения расхода пара, проходящей по трубопроводу. Для измерения расхода пара по переменному перепаду давления в трубопроводе устанавливается СУ.

Для данного участка трубопровода в качестве сужающего устройства выбираем стандартную диафрагму, не смотря на большой расход, внутренний диаметр трубопровода перед СУ и высокую стоимость, компенсируя высокой точностью измерения и малой погрешностью измерительного комплекса.

3 Разработка структурной схемы и математической модели измерительного комплекса

Математическая модель измерительного канала температуры строится на основе составляющих моделей его структурных элементов.

Температура потока измеряется комплектом, в который входит:

- первичный преобразователь температуры;

- вторичный показывающий или самопишущий прибор.

Измерительный канал температуры состоит из двух блоков: термопары и вторичного прибора типа КСП. Схема данного канала представлена на рисунке 3.1

ТП

КСП

t E x

Рис.3.1. Структурная схема измерительного канала температуры.

t-температура; E - Т-ЭДС; х- перемещение стрелки.

Основной характеристикой, определяемой в процессе моделирования, является уравнение преобразования элементарного звена, т.е. функция, связывающая между собой его входной и выходной сигналы.

t E x

где t- температура жидкости, ;

Е- ЭДС- напряжение, В;

х – перемещение стрелки.

Запишем формулы зависимости для:

1 .термопары t E:

E_AB(t, t₀) = e_AB(t) + e_BA(t₀),

где E_AB - суммарная термоЭДС термопары, состоящей из электродов A и B;

e_AB - контактная термоЭДС, зависящая от температуры спаев t и t₀.

Обычно при измерении температуры среды температуру холодного спая t₀ поддерживают постоянной, т.е. t₀ = const. В этом случае уравнение термоэлектрического термометра упростится. Оно будет иметь вид

E_AB(t) = e_AB(t) - C = F(t)

2 .КСП E x:

Е=Е₁(1+К∙(Х-Х_н)/(Х-Х_к))

где Е - информативный параметр выходного сигнала по каналу передачи показаний ,В;

Е₁ - информативный параметр выходного сигнала по каналу передачи показаний, соответствующий начальной отметки шкалы, В;

– коэффициент, равный 5,7 или 0,2;

- контролируемый входной сигнал, Ом, мВ, В, мА;

- верхний и нижний пределы входного сигнала соответственно, Ом, мВ, В, мА.

Измерительный канал расхода состоит из четырёх блоков: сужающего устройства, дифманометра, блока извлечения квадратного корня и регистрирующего прибора.

Структурная схема канала измерения расхода представлена на рисунке (3.2)

СУ

ДД

БИК

КСУ

Q P I I x

Рис. 3.2 Структурная схема канала измерения расхода.

СУ - сужающее устройство; ДД – дифманометр; БИК - блок извлечения квадратного корня; КСУ- регистрирующий прибор.

Математическая модель для измерения перепада давления:

Q  ΔP  I  I  x

где - расход жидкости, /ч;

- перепад давления, ;

- унифицированный токовый сигнал, мА;

х – перемещение стрелки.

Составляем формулы зависимости для:

1. Сужающего устройства :

где – коэффициент преобразования;

- перепад давления, .

2. Сапфир-22М-ДД модели 2450 :

где - расчетное значение выходного сигнала, мА;

- наибольшее значение выходного сигнала, мА;

- значение измеряемого давления или перепада давления, кПа;

- верхний предел измерения, кПа;

- наименьшее значение входного сигнала, мА.

3. Блока извлечения корня :

где - выходной сигнал, мА;

- нижний предел значения выходного сигнала, мА;

- диапазон изменения выходного сигнала,мА;

- диапазон изменения входного сигнала, мА;

– текущее значение входного сигнала,мА;

- нижний предел значения входного сигнала,мА.

4. КСУ

:

,

где N- число делений шкалы;

d -диаметр;

К- число делений по шкале прибора от начальной до поверочной отметки.

По итогам разработки структурной схемы и математической модели ИК комплекса составляем таблицу по форме:

Таблица 1- Состав структурной схемы измерительного комплекса расхода.

Номер в схеме	Наименование элемента	Обозначние элемента	Назначение элемента	Вхоной сигнал	Выхоной сигнал	Функция преобразования
1	2	3	4	5	6	7
1	Сужающее устройство	СУ	Преобразование расхода в перепад давления	Q	ΔР
2	Преобразователь давления	САПФИР	Для измерения разности (перепада) давлений	ΔР	I
3	Блок извлечения квадратного корня	БИК	Для линеаризации статистической характеристики дифманометров «Сапфир - 22»	I
4	Регистрирующий прибор	КСУ	Преобразование тока в перемещение

1	2	3	4	5	6	7
	компенсирующий самопишущий с потенциометрической схемой	КСП	применяется для измерения, записи, сигнализации и автоматического регулирования температуры.
	термопара	ТП	преобразование температуры в напряжение	t	E	EAB(t, t0) = eAB(t) + eBA(t0)