Г л а в а 12
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С РАСХОДОМЕРАМИ
ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
12.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Измерение расхода методом переменного перепада давления является косвенным методом из-за зависимости расхода от не скольких составляющих уравнения измерения, и поэтому очевид на необходимость применения вычислительных аналоговых или цифровых вычислительных устройств для решения нужных урав нений. Особенно это важно при измерениях расхода газов и пара, у которых во время работы расходомеров значительно изменяют ся плотность, а также поправочный множитель и коэффициент расширения. При течении различных сред по трубопроводам из меняются число Рейнольдса и коэффициент истечения у сужаю щего устройства. Наиболее сказывается на изменении результата измерения изменение давления среды — при колебаниях давле ния на +10 % результат изменяется примерно на +5 % .
Например, для решения уравнений массового и объемного рас ходов при стандартных условиях переменная часть одинакова [025]:
Плотность вычисляют по измеренным значениям давления р и температуры Т, е вычисляют по формуле (48) по измеренным значениям давления и перепада давления при известном посто янном значении Р или принимают постоянными е й К газа
Непосредственные измерения плотности среды специальными приборами намного сложнее, чем применение указанных вычис лений в темпе производства вычислительными устройствами.
12.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОРРЕКЦИИ РАСХОДА
Корректирующие расход устройства на изменение давления и температуры измеряемой среды начали применяться рядом за рубежных и отечественных фирм уже несколько десятилетий на зад. К ним относятся механические и электромеханические уст ройства. Механические устройства, содержащие рычажную сис тему, кулачки или коноиды и кулисы, использовались, например,
257
17 П. П. Кремлевский
в выпускавшихся заводом «Теплоконтроль» самопишущих сильфонных дифманометрахрасходомерах.
В них ось рычага, передвигающегося от смещения сильфона при изменении перепа да давления перемещается от изменения дав ления с помощью кулисного механизма. Та ким образом, перемещение стрелки расходо мера зависит не только от перепада давле ния, но и от давления. Сильфон, или трубка Бурдона, манометрического термометра воз действует на перемещение стрелки расходо мера аналогично воздействию манометра.
Имеются также пневматические устрой ства, например пневматический силовой мост, показанный на рис. 108. В этом устройстве усилия от четырех сильфонов передаются двум параллельным рычагам, а роликовые оси рычагов перемещаются воздушным дви
гателем М. Значения Др, р и Г в виде пневматических сигналов подаются соответственно в сильфоны С, А, В. Тогда в сильфоне D образуется пневматический выходной сигнал (давление), пропор циональный выражению Арр/Т. Заслонки на концах рычагов при крывают сопла Л и П источника сжатого воздуха, причем давле ние в сопле Л управляет двигателем М.
К электромеханическим относятся устройства с различными индуктивными преобразователями (дифференциально-трансфор маторными, ферродинамическими, поворотными трансформатор ными и др.), у которых перемещение сердечника или поворот ро тора вызывает линейное изменение напряжения на выходе вто ричной обмотки и в то же время это напряжение находится в линейной зависимости от напряжения питания первичной об мотки.
12.3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Для вычисления различных формул расхода применяют ана логовые и цифровые микропроцессорные устройства.
Аналоговые устройства применяют для решения простых урав нений, так как такие устройства зачастую используют для целей технологического контроля и регулирования, особенно если не тре буется высокая точность измерения расхода по условиям эксплу атации оборудования.
В аналоговых устройствах вычисляют формулы расхода газа, приведенного к стандартным условиям, массового расхода пара и воды по приближенным формулам [20].
258
Расход газа вычисляют по формуле, которая используется и в описанных выше электромеханических устройствах:
где k2 — масштабный коэффициент, принимается постоянным. Массовый расход перегретого пара при небольших изменени
ях давления и температуры может вычисляться по такой же фор муле, но с другим значением к\9а также и при значении не абсо лютной температуры, а* °С. Кроме того, ОСТ 108.006.05-81 [025] рекомендует и другое выражение, в котором вместо Т применяет ся значение (f + 225), тогда в широких диапазонах давлений (от 0,2 до 13,7 МПа) и температур (от 160 до 570 °С) методическая погрешность по выражению плотности пара будет не более ± 2,8 % , а при более узких диапазонах — до ±1 % .
Массовый расход насыщенного пара с погрешностью не более 1 % по плотности в диапазоне давлений р = 0,1-5-5МПа выражает ся формулой
где ki, k2 и k2 — постоянные коэффициенты.
На рис. 109 показано одно из подобных устройств, использо ванное фирмой «Бейли» для коррекции по значению давления р 9 задаваемого перемещением сердечника индуктивного преобразо вателя манометра, на перепад давления Лр, задаваемый перемеще нием сердечника преобразователя дифманометра. Коррекция по температуре производится делением полученного произведения на температуру Т газа, измеряемую термопреобразователем со противления Rt. Напряжение на выходе показанной цепи про порционально такому же выражению, как и у выше показанного пневматического моста. Квадратный корень из этого выражения извлекается во вторичном самопишущем приборе с индуктивной катушкой и кулачком соответствующего профиля в механизме электродвигателя (аналогичного нашим приборам типа ДСР, КСД).
Рис. 109. Схема умножения с индуктивными транс форматорами
17* 259
А |
|
Харьковский завод КИП выпус |
|
тс |
кал расходомеры газа с коррекци |
||
|
|
ей, в которых использовалась подоб |
|
|
|
ная предыдущей схема умножения, |
|
|
|
но с ферродинамическими преобра |
|
|
F n J |
зователями. Выходной сигнал от |
|
|
|
преобразователя манометра усили |
|
L |
_ B |
вался в электронном блоке и пода |
|
вался для питания первичной об |
|||
|
|
||
Рис. 110. Схема расходомера |
мотки ферродинамического преоб |
||
|
воды: |
разователя дифманометра, рамка ко |
|
1 — дифманометр-расходомер; 2 — |
торого механически поворачивалась |
||
усилитель и термометр сопротивления |
на угол, пропорциональный перепа |
||
ду давления. Таким образом, напряжение на рамке было пропор ционально произведению р на Др. Термометр коррекции этого сигнала включался в цепь рамки компенсирующего ферродина мического преобразователя, отрабатывающего значение расхода с коррекцией [025].
Фирма «Гартманн и Браун» [21] применяла электродинамичес кие преобразователи с так называемыми токовыми весами, содер жащими электромагнитные катушки на коромыслах. В них опе рации умножения и деления производились благодаря изменению токов в катушках пропорционально измеряемым р, Др и Т.
Известность также приобрели множительно-делительные уст ройства с фотоэлектрическими приборами и линейно-трансфор маторными преобразователями [025].
Общими недостатками всех упомянутых устройств с коррек цией являются их невысокая точность и быстрый механический износ деталей устройств в процессе эксплуатации.
Для насыщенного пара зависимость плотности от давления в диапазоне 5-16 МПа может выражаться линейной зависимостью.
Массовый расход воды незначительно зависит от изменений давления и может выражаться следующей формулой:
Ят =*4л/АР/(*5+*6 *)•
где &4, &5 и k$ — постоянные коэффициенты; t — температура, °С. Электрическая схема коррекции по приведенной формуле рас ходомера воды по плотности в зависимости от температуры тер
мопреобразователя сопротивления ТС показана на рис. 110. Для расходомера воды может применяться и более простая
схема — без усилителя [025].
Самая сложная из представленных формул — расхода газа, со держащая операции умножения, деления и извлечения квадрат ного корня, — может быть реализована в электронном устрой стве косвенного действия по зависимости
U = antilog (log U0 + nlog Щ + nlog U2 -n lo g t/3 -n lo g U4).
260