МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ Государственное БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра «Автоматизация

и вычислительная техника»

Методическое указание

к лабораторной работе

«Изучение принципа действия вихревых счётчиков расхода и их поверка»

по дисциплине «Технические измерения и приборы»

для студентов направления 220200 «Автоматизация и управление» и специальности 220301«Автоматизация технологических процессов и производств» всех форм обучения

Тюмень 2008

Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: доцент, кт.н. Овчинникова

ассистент Лапик Н.В.

ассистент Фролова Н.А.

© _{Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования}

«Тюменский государственный нефтегазовый университет», Тюмень 2008г

Содержание

Введение…………………………………………………………………	4
Цель работы………………………..……………………………………….	5
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ………………………………………………….	5
СЧЕТЧИКИ ГАЗА ВИХРЕВЫЕ СВГ.М…………………………...	8
УСТАНОВКА ПОВЕРОЧНАЯ ГАЗОВАЯ (УПГ)………………..	13
Поверка СЧЕТЧИКОВ (ПС) ДРГ.М-160 ,ДРГ.М-400 ИЛИ ДРГ.М-800 НА УСТАНОВКЕ УПГ в режиме избыточного давления……………………………………..	19
СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА…………………….	21
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ………………………………………	21
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………..	21
Приложение А………………………….………….……………..…….	22
Приложение Б………………………….………………...……….…….	23
Приложение В………………………….……..……..…………….……	24
Приложение Г………………………….………..…………..……….…	25
Приложение Д………………………….…………..………..……….....	26
Приложение Е…………………………..……..……………..………....	27
Приложение Ж ………………………….…………..……..……….…..	28

введение

В методических указаниях по выполнению лабораторной работы «Изучение принципа действия вихревых счётчиков расхода и их поверка» по дисциплине «Технические измерения и приборы» рассматриваются вихревые расходомеры, применяемые для контроля технологических процессов.

Сформулированы цели, изложены теоретические положения вихревых расходомеров, дана их техническая характеристика, рассмотрен принцип действия установки поверочной газовой (УПГ) и методика поверки вихревых расходомеров с использованием виртуального стенда.

Методические указания «Изучение принципа действия вихревых счётчиков расхода и их поверка» предназначены для студентов направления 220200 «Автоматизация и управление», специальности 220301 « Автоматизация технологических процессов и производств» всех форм обучения.

После проведения лабораторной работы «Изучение принципа действия вихревых счётчиков расхода и их поверка» студент должен знать:

• принцип работы, технические характеристики вихревых счётчиков расхода;

• устройство поверочного стенда и методику поверки;

• определение погрешностей и дальнейшую пригодность поверяемого датчика для эксплуатации.

Цель работы:

- изучение принципа действия и устройства вихревых расходомеров;

- поверка счетчиков расхода газа (СВГ.М) на установке поверочной газовой (УПГ).

1. Основные теоретические положения вихревых расходомеров

Принцип действия вихревых преобразователей расхода основан на детектировании вихрей, образующихся при набегании потока на тело обтекания, расположенного на пути движущегося потока. Образование вихрей происходит следующим образом (рисунок 1).

Рисунок 1 – Вихревая «дорожка Кармана»

В пограничном слое вследствие действия сил вязкости частицы движутся медленнее, чем во внешнем потоке. За телом обтекания образуется возвратное движение среды, при этом внешний поток продолжает двигаться вперед. Новые порции среды, набегающие к месту образования возвратного течения, приостанавливаются, а затем начинают двигаться назад. Этот момент можно назвать началом образования вихрей.

Таким образом, за телом обтекания образуются два вихря, которые поочередно отрываются и уносятся потоком среды с одинаковой скоростью. Поочередное образование вихрей называется дорожкой Кармана. Частота срыва вихрей (пульсаций давления) (f, Гц) определяется по формуле:

, (1)

где – линейная скорость потока, м/с;

d – характерный размер тела обтекания, мм;

(ch) – безразмерный критерий подобия (число Струхаля).

Образование вихрей сопровождается пульсациями давления среды.

Объемный расход среды Q (м³/с) определяется по формуле:

, (2)

где v – линейная скорость потока (м/с);

F – площадь, не занятая телом обтекания (мм²).

Учитывая формулу (1), можно записать:

. (3)

Опытным путем установлено, что коэффициент Струхаля (ch) находится в области (0,2…0,21) при числе Рейнольдса (10³ Re 10⁵) и ch (0,15…0,164) при 3800 Re 3·10³ [1].

Таким образом, при постоянном числе (ch) объемный расход (Q) прямо пропорционален частоте срыва вихрей (f).

Существует несколько способов преобразования вихревых колебаний в электрический выходной сигнал. При этом используются периодические колебания давления потока или скорости струй с обеих сторон тела обтекания. Наибольшее применение в качестве датчиков съема сигнала используются ультразвуковые и пьезоэлектрические преобразователи.

При ультразвуковом съеме сигнала происходит регистрация каждого их вихрей путем «просвечивания» потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси тела обтекания (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема ультразвукового преобразователя расхода

Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока.

В корпусе проточной части расположены тело обтекания – призма трапецеидальной формы (1), пьезоизлучатели ПИ (2), пьезоприемники ПП (3) и термодатчик (7).

Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6), собранные на двух печатных платах.

За телом обтекания в корпусе проточной части расположены диаметрально противоположно друг другу стаканчики, в которых собраны ультразвуковой пьезоизлучатель ПИ и пьезоприемник ПП.

На ПИ 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 ПП ультразвуковые колебания преобразуются в электрические и подаются на фазовый детектор.

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

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

Вихревые расходомеры широко используются для жидкостей, газа, пара. Вихревые расходомеры выпускаются как зарубежными, так и российскими фирмами.

Промышленная группа «Метран» ЗАО (г. Челябинск) выпускает вихревые акустические расходомеры Метран 300ПР, Метран 310Р, Метран 320, Метран 331, Метран 332, интеллектуальный вихревой расходомер модели 8800.

Инженерно производственная фирма «Сибнефтеавтоматика» ОАО (г. Тюмень) выпускает вихревые счетчики для газа (СВГ.М), для пара (СВП), для воды (СВУ-25А, СВУ -800Н), для жидкостей (СЖУ).

Датчик расхода газа зондового типа ДРГ.МЗ(Л) позволяет проводить техническое обслуживание датчика расхода без остановки подачи измеряемой среды.

Опытный завод «Электрон» (г. Тюмень) выпускает счетчики вихревые ультразвуковые для воды(СВУ, СВУ.М).

ООО НПП ИРВИС» (г. Казань) выпускает вихревой преобразователь расхода газа ИРВИС-К300.

Широко используются вихревые расходомеры зарубежных фирм (KROHNE, YOKOGAWA, EMЕRSON, ABB Automation и др.).

Поверка вихревых расходомеров будет рассмотрена на примере счетчика расхода газа СВГ.М (изготовитель – ИПФ «Сибнефтеавтоматика» г. Тюмень).