Объем жидкости V за интервал времени Т рассчитывается по формуле

Формирователь импульсных выходов (ФИВ) служит для преобразования результата измерения в импульсные сигналы.

Формирователь токового выхода (ФТВ) предназначен для преобразования результатов измерения в унифицированный токовый сигнал (I+, I-).

Формирователь сигналов последовательного интерфейса (ФСПИ) предназначен для преобразования сигналов в уровни интерфейсов RS232 и RS485.

Релейный выход предназначен для коммутации внешней цепи сигнализации постоянного тока.

.2.2.3 Конструкция расходомера. Накладные ПЭА, внешний вид которых показан на рисунке 3.3, выполнены в сплошном корпусе с нижней гранью 2, являющейся излучающей поверхностью. На боковой поверхности корпуса нанесена риска 3 акустического центра ПЭА. Корпус полностью герметизирован заливкой термостойкого электроизоляционного компаунда. На конце коаксиального радиочастотного кабеля ПЭА 1, жестко закрепленного в корпусе и выполненного длиной не менее 1,5м, установлен разъем для его подключения к линии связи со вторичным преобразователем.

Рисунок 3.3 - Внешний вид накладного ПЭА

Взрывозащищенное исполнение ПЭА предусматривает выполнение соединения ПЭА без разъема в соединительной коробке взрывозащищенного исполнения или другим способом, удовлетворяющим соответствующим требованиям правил ПУЭ.

автоматизированный ультразвуковой расходомер метрологический

АНАЛИЗ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

.1 Источники погрешностей

Имеется ряд причин, которые могут вызвать появление погрешностей показаний в ультразвуковых расходомерах. Основными среди них являются:

зависимость показаний от профиля скоростей или числа Рейнольдса Re;

изменение скорости распространения ультразвука в среде вследствие изменения ее параметров - давления и температуры, а также и ее концентрации;

влияние реверберации - многократного отражения ультразвукового луча;

погрешности, вносимые электронной измерительно-преобразовательной схемой.

В двухлучевых приборах, кроме того, могут возникать погрешности из-за неодинаковости обоих электронно-акустических каналов расходомера. С другой стороны, и в однолучевых приборах, работающих с поочередным излучением, возможны погрешности из-за акустической не симметрии условий прохождения ультразвука по потоку и против него.

Зависимость показаний ультразвуковых расходомеров от числа Re является следствием того, что эти приборы измеряют не среднюю скорость потока по сечению трубы, а среднюю скорость по линии ультразвукового луча. Последний направляется либо параллельно оси трубы, либо под углом к ней. В первом случае измеряется местная скорость, совпадающая с траекторией движения ультразвукового луча; так, если последний движется по оси трубы, то и измеряться будет осевая скорость жидкости. Соотношение между средней u_с и осевой u_max скоростями зависит от числа Re. При ламинарном движении =0,5 при турбулентном движении это отношение растет с увеличением Re

=0,77(при Re = 5×10³),

=0,87(при Re = 5×10⁶).

В случае направления ультразвукового луча под углом к оси трубы будет измеряться уже не местная скорость потока, а скорость υ_D, осредненная по диаметру трубы, причем соотношение между υ_D и средней скоростью по сечению υ_C не зависит от угла наклона луча, а определяется только числом Re. При ламинарном движении =0,75. При турбулентном движении связь между υ_C и υ_D определяется уравнением

=1+0.442 ,

где l - коэффициент сопротивления трубы.

Для гладких труб

l = 0,0032 + 0,221 Re^-0.237.

Из этого уравнения получается = 0,925 при Re =5 10³и =0,961 при Re =5 10⁶. Таким образом, для расходомера с ультразвуковым лучом, пересекающим поток под некоторым углом a, поправочный коэффициент значительно ближе к единице и величина его меньше меняется, чем для расходомера с лучом, параллельным оси трубы. В первом случае при десятикратном изменении расхода в турбулентной области величина меняется всего на ±0,65 % от среднего значения, во втором же случае соответствующее изменение расхода меняет на ±1,65 %.

Из сказанного следует, что показания ультразвуковых расходомеров хотя и сравнительно незначительны, но зависят от профиля скоростей. Поэтому желательно иметь прямолинейные участки трубы до и после того места, где установлены пьезоэлементы.

Изменение плотности и состава среды вызывает изменение скорости ультразвука с в ней. Для жидкостей скорость с зависит главным образом от температуры t и концентрации раствора q и при небольших колебаниях Dt и Dq изменяется линейно

Ct, q= с×(1 + b×Dt - a×Dq).

Относительный температурный коэффициент b скорости ультразвука для большинства органических жидкостей отрицателен и имеет значения 2 10^-3 - 5 10^-3 град ^-1. Для воды и водных растворов зависимость с от t имеет параболический характер. Максимум кривой для воды достигается при 74°. При невысоких температурах коэффициент b для воды и водных растворов положителен и имеет значение 1×10^-3 - 2,5×10^-3 град^-1. Концентрационный коэффициент а для водных растворов обычно положителен и имеет значения 0,8 ×10^-3 1,5×10^-3 г/л.

Легко видеть, что для фазового расходомера, показания которого определяются уравнением (1.5), абсолютная погрешность от изменения температуры и концентрация будет равна

Dj t,q= ,

а относительная погрешность

dj t,q=200×(b×Dt+aDq).

Отсюда следует, что даже незначительные колебания температуры и концентрации среды могут дать заметную погрешность. Так, для воды при Dt = 5° и b == 2,5×10^-3 получим dj t = 1,25 %.

В однолучевых фазовых расходомерах колебания t и q вызывают еще одно обстоятельство, ограничивающее возможности применения таких приборов.

Даже очень незначительные колебания t, например на 1…2°, создают такие сдвиги фаз на приемных пьезоэлементах по сравнению с излучающими пьезоэлементами, которые выходят за пределы рабочей характеристики фазового детектора. В этом случае выходом из положения является использование однолучевых приборов с измерительными схемами, осуществляющими непосредственное сравнение фаз обоих принятых колебаний (по потоку и против него), или переход на применение двухлучевых расходомеров.

Многократные отражения или реверберация ультразвуковых колебаний от границ среды с мембранами приемных преобразователей могут быть источником больших погрешностей. Основной помехой является первый паразитный сигнал, приходящий на приемный преобразователь после двухкратного отражения от приемного и излучающего вибраторов. Величина этого сигнала может достигать до 75 % от величины полезного сигнала, создаваемого первичным неотраженным ультразвуковым колебанием. Погрешность от реверберации весьма трудно оценить количественно. Для борьбы с реверберацией в двухлучевых приборах целесообразно поверхности мембран приемных пьезоэлементов срезать под небольшим углом к плоскости, перпендикулярной ультразвуковому лучу. Тогда отраженные импульсы уйдут в сторону и повторные отражения не поступают на пьезоэлементы. По этой же причине преобразователи с преломлением в значительной мере лишены погрешностей, связанных с реверберацией.

Погрешности, вносимые электронной измерительной схемой, определяются характером и типом последней, и для каждой схемы должны оцениваться самостоятельно.

.2 Расчет методической погрешности измерения расхода

Большинство из разработанных расходомеров имеют преобразователи с преломлением ультразвуковых волн, выполнены с накладываемыми снаружи на трубопровод с измеряемым потоком узлами пьезоэлементов, например, Clampitron Flowmeter фирмы «Controlotron Corporation» (США) или УСРВ фирмы «Взлет» (Россия). Такие приборы с малыми затратами и быстро монтируются на трубе. В этих преобразователях ультразвуковые волны распространяются в потоке, претерпевая два преломления на границах раздела: звукопровод узла пьезоэлемента - труба и труба - измеряемый поток. Углы преломления ультразвуковых волн на границах раздела зависят от изменений скорости ультразвука (главным образом, в измеряемом потоке), обусловленной вариациями температуры, давления и состава измеряемого потока, что приводит к большим погрешностям измерений расхода.

Действительно, упрощенные уравнения расхода Q для одноканальных частотно-импульсных Q_F, импульсно-временных Q_T и фазовых Q_Ф расходомеров соответственно имеют вид

Q_F=(p×D³×(1+C_a×t×Sin )²/4×K×sin2×a)×F,(4.1)_T=(p×D×C ×tg(a/8×K))×T,(4.2)_ф=(p×D×C ×tg(a/8×K×w))×Ф,(4.3)

где D - внутренний диаметр трубы;

C_a - скорость ультразвука в потоке;

t = t_ЭЛ+ t_ТР+ t_ЗВ

- время задержки ультразвуковых волн в электронной схеме и электрических кабелях t_ЭЛ, в трубе t_ТР и в звукопроводах t_ЗВ;

a - угол между направлением распространения ультразвуковых волн в потоке и осью трубы;

К- поправка на распределение скоростей потока;разность частот выходных сигналов;

Т - разность времен выходных сигналов;

ω - угловая частота ультразвукового сигнала;

Ф - разность фаз выходных сигналов.

Предельная относительная погрешность ∆j измерения функции Y(х,у) некоррелированных параметров х и у может быть выражена

∆_Y=((¶Y/¶х/Y)²d_х²+(¶Y/¶у/Y)²d_У²)^1/2,(4.4)

где d_х и d_У - предельные относительные погрешности параметров х и у.

Из уравнений (4.1), (4.2) и (4.3) на основании уравнения (4.4) получим выражения предельных относительных погрешностей ∆_а измерений расхода за счет изменений угла a для соответствующих схем расходомеров

∆_af=(2Cos aC_at /D/(1+( C_at Sin a/D)-2ctg2a) d_a(4.5)

∆_at=∆_a_j=2d_a/ Sin 2a,(4.6)

где d_a - предельная относительная погрешность угла a.

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 234; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!