книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

пишущими и суммирующими (интеграторы). Возможны также дистан­ ционная передача показаний и включение сигнального устройства для сигнализации о достижении предельного значения расхода.

§ 4. РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ (РОТАМЕТРЫ)

Расходомеры этого типа представляют собой вертикально уста­ новленный корпус конической формы, к нижней части которого подводится жидкость, газ или пар.

Внутри корпуса свободно размещен поплавок. Чем больше рас­ ход вещества, тем больше скорость его движения и подъемная сила, увлекающая поплавок вверх до тех пор, пока вес поплавка не урав­ новесится разностью давлений до и после поплавка.

Расход вещества определяют по высоте расположения поплавка. Вес поплавка при погружении в измеряемую среду составляет

где р г, р 2 — давление жидкости, соответственно, выше и ниже по­ плавка; Ар — перепад давления; / — сечение поплавка.

При постоянном расходе жидкости устанавливается равновесие

•сил тяжести поплавка и выталкивающей силы жидкости

тогда перепад давления на длине поплавка составит

В приведенное равенство входят величины, которые в процессе измерений не изменяются. Следовательно, при измерениях расхода перепад давления на длине поплавка постоянен.

Таким, образом, кольцевое пространство между поплавком и внутренней поверхностью корпуса можно рассматривать как сужа­ ющее устройство, площадь которого, в связи с перемещением по­ плавка в коническом корпусе, будет переменной, а перепад давле­ ния — постоянным.

В производственных условиях встречаются ротаметры различ­ ных конструктивных исполнений.

1 Выталкивающая сила также зависит от вязкости жидкости. Однако влия­ ние вязкости на результаты измерения уменьшают соответствующим подбором размера и формы поплавка.

120

На разведочном бурении впервые стали применять расходомеры ротаметрического типа конструкции Григорьева—Орлова.

В дальнейшем появились более совершенные конструкции ро­ таметров с механическим и электрическим методами фиксации по­

§ 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОМЕР ЭРМ-5

Наряду с расходомерами общепромышленного типа в бурении применяются специальные приборы, в которых расход жидкости измеряется электрическими методами. Эти расходомеры могут быть разделены на две основные группы: поверхностные и скважинные.

121

Поверхностные расходомеры предназначены для измерения рас­ хода промывочной жидкости, закачиваемой в скважину. Из этой группы приборов рассматриваются электрический расходомер ЭРМ-5 и электромагнитный расходомер ЭМР-2, технические данные кото­ рых приведены в табл. 13.

Скважинные расходомеры предназначены для исследования по­ глощающих горизонтов разведочных скважин. К ним относятся

Рис. 68. Электрическая схема ЭРМ-5:

Д Р — датчик расхода, Д Д — датчик давления; И П — измерительный пульт; 1 — шток; 2 — корпус датчика; 3 — измерительный прибор расхода; 4 — измеритель­

ный прибор давления

скважинный расходомер ДАУ-ЗМ *, тахометрические скважинные расходомеры ТСР-34/70Э, РСТ-ЗСГУ, технические данные которых приведены в табл. 14, и др. Из этой группы приборов рассматри­ вается расходомер ДАУ-ЗМ.

Прибор ЭРМ-5 создан на базе ЭР-2А и в отличие от последнего является комплексным, позволяющим измерять как расход, так и давление нагнетаемой в скважину промывочной жидкости.

В состав прибора ЭРМ-5 входят два датчика и измерительный

пульт. Принципиальная электрическая схема прибора ЭРМ-5 по­ казана на рис. 68.1

1 ДАУ — Донбассантрадптовое управление.

122

Датчики

Датчик расхода Д Р ротаметрического типа с электромагнитным преобразователем сигнала. Преобразователь выполнен в виде трех обмоток: обмотки возбуждения ОБ, измерительной обмотки ОЙ и компенсационной обмотки ОК, размещенных на поверхности трубки из электроизоляционного материала.

Датчик давления Д Д представляет собой магнитоупругий пре­ образователь. Чувствительный элемент датчика имеет форму квад­ рата и изготовлен из 10-мм трансформаторной стали. Через отвер­ стия квадрата проходят витки двух взаимно перпендикулярных

Рис. 69. Датчик давления при­ бора ЭРМ-5:

1 — крышка; 2 — корпус; з — обмотка возбуждения; 4 — чувствительный эле­ мент (квадрат); S — измерительные обмотки; в — упорный диск; 7 — мем­

обмоток: обмотки возбуждения ОБ и измерительной обмотки ОИ. Чувствительный элемент помещен в корпусе датчика так, что одна из его вершин упирается в крышку 1 (рис. 69), а вторая — в упор­ ный диск 6. Давление жидкости через мембранну 7 и упорный диск действует на чувствительный элемент в направлении диагонали между двумя зажатыми вершинами.

Оба датчика посредством кабелей и штепсельных разъемов Шх— Шх подключены к измерительному пульту ИП. По кабелям пере­ дается напряжение питания на датчики и сигналы с датчиков на измерительный пульт.

Измерительный пульт

На пульте смонтированы: силовой трансформатор Тр, выпря­

3, 4, предохранители Пр1Пр2 и сигнальная лампа Л. Детали пульта помещены в металлическом корпусе во влагопылезащитном испол­ нении.

Посредством штепсельного разъема Шъ к пульту подключен кабель для питания прибора переменным током напряжения 380 В.

123

Вторые концы жил силового кабели подключены к выходным зажи­ мам магнитного пускателя насоса, благодаря нему с включением насоса автоматически включается и прибор ЭРМ-5.

Принцип работы

Со вторичной обмотки трансформатора Тр переменный ток на­ пряжением 36В поступает на обмотки возбуждения ОБ и ОВх.

Ток, протекающий по обмотке ОБ, создает переменный магнит­ ный поток, индуктирующий э. д. с. в компенсационной и измеритель­ ной обмотках. Так как эти обмотки включены встречно, то резуль­ тирующее напряжение будет равно разности напряжений на этих обмотках, т. е.

^ р е з = U, UK.

Параметры измерительной и компенсационной обмоток и раз­ мер штока подобраны так, что когда жидкость через датчик не про­ качивается и поплавок со штоком находятся в крайнем нижнем положении, индуктированные э. д. с. в этих обмотках одинаковы и результирующее напряжение на выходе датчика Д Р равно нулю.

При прокачивании жидкости через датчик расхода благодаря гидродинамическому напору поплавок со штоком перемещаются вверх. При этом шток, двигаясь вдоль измерительной обмотки, усиливает магнитный поток, что приводит к увеличению индук­ тированного в ней напряжения.

Таким образом, напряжение на выходе датчика будет пропорцио­ нально расходу.

Сигнал с датчика Д Р подается на вход измерительной схемы пульта. Здесь переменный ток выпрямляется мостом Д 1—Д х и через фильтр СХБ з поступает на измерительный прибор 3. Шкала этого прибора растянута вначале и сжата в конце, благодаря чему до­ стигается большая точность при измерении малых расходов. Такой вид шкалы достигнут специальным выполнением измерительной обмотки, а также подбором конусности расточки внутри корпуса 2 датчика расхода.

Ток, протекающий по обмотке ОВх, также создает переменный магнитный поток, но в связи с перпендикулярностью обмоток ма­ гнитный поток проходит вдоль витков измерительной обмотки ОИх, не возбуждая в ней э. д. с.

При давлении жидкости на мембрану 7 (рис. 69) происходит упру­ гая деформация чувствительного элемента, в связи с чем магнитная проницаемость в направлении действия силы возрастает, а это при­ водит к отклонению суммарного вектора магнитного потока. В этом случае витки измерительной обмотки будут пересекаться магнитным потоком и в ней возникнет э. д. с., пропорциональная давлению жидкости на мембрану.

Сигнал с обмотки ОИх после выпрямления диодом Д ь и калиб­ ровки резисторами поступает для измерения на второй микроампер­

124

метр 4. Переключатель П и резистор R 6 позволяют иметь два пре­ дела измерения: до 20 кгс/сма и до 50 кгс/сма, что обеспечивает боль­ шую точность при измерениях малых давлений. Для этого шкала прибора 4 сдвоена.

Эксплуатация

Датчик расхода устанавливается вблизи насоса в разрыве на­ гнетательного шланга.

Датчик давления посредством штуцера крепится на воздушном колпаке насоса в месте, где обычно размещается манометр.

Измерительный пульт крепится на стенке бурового здания в месте, удобном для наблюдения за показаниями приборов.

Корпуса датчиков измерительного пульта заземляются. Места прокладки кабелей, установки датчиков и пульта должны исклю­ чать прямое попадание на них жидкости и механическое поврежде­ ние последних.

При включении магнитного пускателя должна загораться си­ гнальная лампа на измерительном пульте. Если лампа не загорается, то выключают магнитный пускатель и проверяют на целость пре­ дохранители и лампу. Более сложные неисправности должны лик­ видироваться техником КИП.

§6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР ЭМР-2

Всостав расходомера входят датчик и пульт прибора, соединяе­ мые друг с другом двумя двухжильными кабелями, и кабель пита­ ния. Схема ЭМР-2 представлена на рис. 70.

Датчик

Трубопровод 1, изготовленный из нержавеющей стали, покрыт изнутри полиэтиленовой трубкой. В трубопровод вмонтированы два изолированных друг от друга электрода 2, один из которых со­ единен с корпусом датчика, изготовленным из немагнитного мате­ риала, а второй выведен на штырек фишки «Сигнал». Трубопровод охвачен сердечником, собранным из пластин электротехнической стали. На сердечник одеты две катушки возбуждения 3, включенные между собой последовательно. Общая точка обмоток катушек со­ единена с корпусом, а их концы выведены на штырьки фишки «Пи­ тание». Действие датчика основано на явлении индуктирования э. д. с. в среде, движущейся в магнитном поле.

Пульт прибора

Пульт состоит из трех основных частей: блока питания, измери­ тельного усилителя и измерительного прибора.

Напряжение сети переменного тока через пакетный выключа­ тель В, предохранитель и дроссель подается на первичные обмотки

125

силового трансформатора. Дроссель совместно с конденсатором Сх и обмотками трансформатора образуют феррорезонансный стабили­ затор напряжения. Со вторичной обмотки I I I снимается напряже­ ние 36 В для питания датчика, а с части этой обмотки — 6,3 В для индикаторной лампы. С обмотки IV 36 В подается на выпрямитель­ ный мост Дч—Дю', выпрямленное напряжение через сглаживающий фильтр R 29, С13 поступает на вход электронного стабилизатора, а с его выхода — на питание измерительного усилителя. С обмотки V снимается напряжение калибровочного сигнала около 1,5 В.

Измерительный усилитель предназначен для усиления сигнала, поступающего с датчика, до величины, обеспечивающей необходи­ мую точность измерения. Он состоит из эмиттерного повторителя, усилителя напряжения, усилителя мощности и выпрямителя с уд­ воением напряжения.

Эмиттерный повторитель согласует выходное сопротивление дат­ чика с входным сопротивлением усилителя. Нагрузкой повторителя являются резисторы В 7 и R 8. При работе прибора с пределом из­ мерения 300 л/мин выходное напряжение снимается с резистора R s. При использовании предела измерения 150 л/мин, с датчика посту­ пает вдвое меньший сигнал, но при этом напряжение снимается с ре­ зисторов R 7 и Rg. Поэтому в обоих случаях предельное напряжение сигнала на выходе повторителя одинаково, что обеспечивает оди­ наковое предельное отклонение стрелки измерительного прибора.

Усилитель напряжения и усилитель мощности обеспечивают требуемое усиление измеряемого сигнала. В коллекторную цепь транзистора Т8 включена первичная обмотка понижающего транс­ форматора, согласующего сопротивления транзистора и нагрузки. Вторичная обмотка этого трансформатора соединена с выпрямите­ лем, собранным по параллельной схеме удвоения напряжения. Вы­ ход выпрямителя нагружен на измерительный прибор.

Для обеспечения устойчивой работы усилителя в широком диа­

с помощью компенсационного электронного стабилизатора, допол­ нительная стабилизация питания эмиттерного повторителя с помо­ щью электронного стабилизатора параметрического типа (Д х, R 9), глубокая отрицательная обратная связь, осуществляемая подачей

При включении питания переменный ток, протекающий по об­ моткам возбуждения датчика, создает переменный магнитный поток, пронизывающий трубопровод и находящуюся в нем жидкость. Пока жидкость неподвижна, э. д. с. в ней не индуктируется, напря­ жение на выходе датчика отсутствует, сигнал на вход усилителя не поступает, во вторичной обмотке выходного трансформатора тока

127

нет и стрелка измерительного прибора находится на нулевой от­ метке.

При движении жидкости через трубу датчика в жидкости индук­ тируется переменная э. д. с.; часть этой э. д. с., пропорциональная средней скорости движения жидкости, снимается электродами, вмонтированными в диаметрально противоположных точках трубы в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля

где Q — расход жидкости в см3/с; а — коэффициент преобразования датчика в В-с/см8. Для датчика ЭМР а — 1,5-Ю6 В-с/см3. При расходе жидкости @= 100 л/мин = 1,66-103 см3/с, напряжение на выходе датчика составит

U = aQ = 1,5 • 10-6 = 1,66 • 103 = 2,5 • 10-3В = 2,5 мВ,

а при расходе жидкости 10 л/мин — всего 0,25 мВ.

Измеряемый сигнал с выхода датчика через тумблер В г, устано­ вленный в положение «Измерение», поступает на вход эмиттерного повторителя. Выходное напряжение повторителя, снимаемое с рези­ стора Ra или с резисторов R 7 и R s, зависимости от положения тум­ блера В 2, прикладывается через конденсатор связи С2 к участку эмиттер—база транзистора Г4. Усиленный по напряжению сигнал с коллекторной нагрузки R 16 выходного каскада усилителя напря­ жения через конденсатор связи Св подается на базу транзистора уси­ лителя мощности Тъ и после усиления через выходной трансформа­ тор поступает на выпрямитель. Выпрямленное и удвоенное напря­ жение с конденсатора Сп подается на измерительный прибор; угол отклонения стрелки прибора пропорционален расходу жидкости.

Эксплуатация

Датчик монтируется в систему подачи промывочной жидкости на расстоянии не менее двух метров от насоса с помощью штуцеров, входящих в комплект расходомера. Пульт прибора размещается в месте, удобном для наблюдения, с учетом длины соединительных кабелей. Пульт и кабели должны быть защищены от прямого попа­ дания жидкости. Корпус прибора соединяется с общим заземлением станка. Подключение соединительных кабелей и замена предохра­ нителей должны производиться при выключенном магнитном пус­ кателе.

После монтажа и внешнего осмотра приступают к подготовке расходомера к работе.

1. Включается пакетный выключатель «Сеть» на боковой стенке пульта; при этом должна загореться индикаторная лампа на передней панели пульта.

128