Определение номинального перепада давления дифманометра

Допустимая потеря давления

Допустимая потеря давления при расходе, равном выбранному верхнему пределу измерений дифманометра вычисляется по формуле

Вспомогательная величина С вычисляется

По номограмме (Приложение В) выбирается предельный номинальный перепад давления ΔP_Н и приближенное m:

Максимальное число Рейнольдса находится по формуле

Максимальный перепад давления ∆Р принимается равным предельному номинальному перепаду давления дифманометра ∆Р=∆Р_н

По выбранному предельному номинальному перепаду давления ∆Р_н и учитывая максимальное рабочее давление манометра, которое должно быть больше, чем заданное абсолютное давление Р в трубопроводе перед СУ, выбираем необходимую модель дифманометра.

Выбираем «Сапфир-22М-ДД» модели 2450 с диапазоном измерений 0,4 МПа, предельно допускаемое рабочее избыточное давление 16МПа, класс прибора 0,5.

Определение параметров сужающего устройства

Принимается первоначальное приближенное значение относительной площади СУ:

m=0,2.

Коэффициент расширения предельного перепада давления пара ε вычисляется по формуле:

Расчет вспомогательной величины Z выполняется до четырех значащих цифр по формуле:

Расчет коэффициента расхода выполняется по формуле для диафрагм

Подставим значения и получим:

α=0,613859

Вспомогательная величина F вычисляется по формуле:

Относительное отклонение вычисляется по формуле:

Т.к. , то продолжаем процесс поиска модуля.

Принимает m=0,18, т.к. F > Z.

Т.к. , то продолжаем процесс поиска модуля.

Принимаем m=0,188, т.к. F < Z.

Поскольку δ=0,05713%≤0,2%, то процесс поиска модуля закончен. Модуль СУ m=0,188 принимаем окончательно.

Минимальное число Рейнольдса вычисляется по формулам:

Диаметр отверстия d₂₀ СУ вычисляется по формуле

где K_t – поправочный множитель на тепловое расширение материала диафрагмы

.

Для стали 08:

.

Тогда K_t=1,001898.

Проверка расчета

Расход, соответствующий предельному номинальному перепаду давления вычисляется для диафрагм по формулам:

Действительная потеря давления вычисляется . Величина в % выбирается по рисунку Г.1 (Приложение Г), в зависимости от вычисленного модуля и вида сужающего устройства.

N=80; ∆P=32000 кгс/м².

Относительное отклонение вычисляется по формуле (в %):

Расчет выполнен правильно, т.к. P_п< и .

Определение длин прямых участков трубопровода

Определение длины прямого участка трубопровода до СУ L₁ производится по графику зависимости (рисунок Д.1, Приложение Д) для заданного вида сопротивлений при рассчитанном модуле СУ.

Находим отношение L₁/D₂₀ из которого вычисляем

L₁=7600мм.

Определение длины прямого участка трубопровода после сужающего устройства L₂ производится по графику зависимости (рисунок Д.2, Приложение Д) для заданного вида сопротивлений при рассчитанном модуле сужающего устройства.

Находим отношение L₂/D₂₀, из которого вычисляем

L₂=2320мм.

ВЫБОР И ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И

МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУРНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Измерительный канал расхода

В качестве СУ была выбрана стандартная диафрагма. Согласно заданию применяется угловой метод отбора пара. На рисунке 4.1 представлена стандартная диафрагма с угловым отбором.

Толщина диска диафрагмы Е не должна превышать 0,05 D_20. Длина цилиндрической части отверстия должна находиться в пределах 0,005 D₂₀ £ е £ 0,02 D₂₀.

Диафрагма изготавливается из коррозионно-стойкого материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в диапазоне измерения температуры среды. В данном случае в качестве материала для диафрагмы выбираем сталь 08.

Рисунок 4.1 – Стандартная диафрагма

Для преобразования разности давлений в унифицированный токовый сигнал был выбран «Сапфир-22М-ДД» модели 2450, который представляет собой бесшкальный прибор со стандартизованным выходным электрическим сигналом 0-5 мА, 0-20 мА и 4-20 мА при напряжении питания 36 вольт постоянным током от блока питания постоянным током БИК-1 [4].

Технические характеристики:

· Нижний предел измерений преобразователей равен "0";

· Степень защиты от воздействия пыли и влаги: IP54 по ГОСТ14254-80;

· Исполнения по взрывозащите - 1ExsdllBT4/H2;

· Искробезопасная цепь -Ex (0Exia,1Exib);

· Взрывонепроницаемая облочка-Вн.

Метрологические характеристики

· Верхний предел измерений – 16 Мпа;

· Предельно допустимое рабочее избыточное давление – 0,4 Мпа;

· Предел допускаемой основной погрешности ± γ , % - 0,5;

Схема дифманометра Сапфир 22М ДД 2450 показана на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Схема дифманометра «Сапфир 22М ДД»

Мембранный тензопреобразователь 4 размещен внутри корпуса 8 и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7. Внутренние полости 6 и 10 заполнены кремнийорганической жидкостью. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Измеряемая разность давлений воздействует на мембраны 7 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов.

Измерительные блоки выдерживают одностороннюю перегрузку рабочим избыточным давлением. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермоввод 2.

Внешний вид дифманометра Сапфир 22М ДД 2450 представлен на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Внешний вид дифманометра Сапфир 22М ДД 2450

БИК- одноканальный блок извлечения корня предназначен для линеаризации статической характеристики и питания дифманометров комплекса преобразователей "Сапфир" при измерении расхода газообразных и жидких сред [5].

Блок конструктивно состоит из шасси, корпуса и функциональных узлов. Функциональные узлы объединены в отдельные модули. Каждый модуль представляет собой плату, оканчивающуюся печатными ламелями, предназначенными для вставки в разъемы, расположенные на общей коммутационной плате. Корпус прибора имеет крепления к щиту при монтаже на объектах.

Предназначен для питания одного преобразователя "Сапфир" с выходным информационным сигналом 4…20 мА.

Основные технические требования:

- питание блоков от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц;

- входные цепи блоков рассчитаны на подключение унифицированных сигналов постоянного тока (0-5)мА и (4-20)мА;

- выходная цепь блоков обеспечивает формирование унифицированных сигналов постоянного тока (0-5)мА, или (4-20)мА;

- мощность, потребляемая блоками, не должна превышать 10…13 Вт, в зависимости от исполнений;

Наработка на отказ блоков питания от 100000 или 200000 часов;

Блоки имеют защиту от короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу. Блоки питания имеют 4-е варианта исполнения(одноканальный, двухканальный, четырехканальный и восьмиканальный).

Блок схема БИК приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Блок схема блока извлечения корня БИК:

1 - резистивный преобразователь; 2 - двухвходовый амплитудный

модулятор; 3 - фильтр; 4 - широтно-импульсный модулятор;

5 - преобразователь напряжения в ток; 6 - стабилизатор напряжения;

7 - генератор; 8 - стабилизатор; 9 - выпрямитель

Во время формирования импульса модулятором 4 выходной сигнал фильтра 3 не проходит через амплитудный модулятор 2, а во время паузы между импульсами указанный сигнал проходит через амплитудный модулятор на вход фильтра 3.

Фильтром 3 осуществляется выделение средней составляющей преобразованного входного сигнала (информативного). Сформированный фильтром 3 сигнал напряжения постоянного тока далее поступает на узел 5 для преобразования в унифицированный сигнал тока (0-5) или (4-20)мА.

Преобразователь 7 постоянного тока в переменный, выполнен по схеме генератора с использованием одной обмотки положительной обратной связи, на выходе которой установлены выпрямители 8 и 9. В узле 8 осуществлена дополнительная стабилизация выпрямительного напряжения. Преобразователь 7 питается от стабилизированного источника напряжения 6 постоянного тока.

Блок схема двухканального блока содержит также основные узлы (1,2,3,4,5), а так же узлы 11,12,13.

В основе операции извлечения корня лежит принцип преобразования сигнала путем двойной модуляции (импульсной и амплитудной) с последующей фильтрацией импульсного сигнала активным фильтром.

Внешний вид блок извлечения корня БИК представлен на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Внешний вид блок извлечения корня БИК

В качестве вторичного прибора комплекта расходомера выбран прибор КСУ [6]. Автоматические одноканальные и многоканальные регистрирующие приборы КСУ2 предназначены для измерения, регистрации и регулирования (при наличие регулирующего устройства) различных величин, изменение значений которых может быть преобразовано в унифицированные сигналы силы, напряжения постоянного тока или в активное сопротивление. Внешний вид КСУ2 представлен на рисунке 4.6.

Рисунке 4.6 – Внешний вид КСУ2

Технические характеристики:

- пределы измерений 0-20мА;

- предел допустимой основной погрешности от X_N=R_↑-R_↓:

±0,5% - по показаниям;

±1,0% - по регистрации показаний;

±1,5% - по сигнализации;

±1,0% - по заданию на регулирование;

±1,0% - по передаче показаний:

- количество каналов измерения 1, 3, 6, 12;

- быстродействие, s , не более10;

- номинальные скорости продвижения диаграммной ленты, mm / h с ряда: 20, 60, 240, 1200, 2400;

- период регистрации, s , один из ряда 4, 12;

- Питание от сети переменного тока(220 ± 22 33, 50 ±0,5 Hz), (240 ± 24 36, 60 ± 1,2 Hz);

- мощность, потребляемая прибором при номинальном напряжении питания, не более 30Вт;

- габаритные размеры, 240х320х446мм;

- масса, не более 19кг.

Средний срок службы не менее трех лет.