 |
Анализ электрической принципиальной схема.
|
|
|
|
Назначение и область использования.
1.1. Счетчик воды ультразвуковой “Расход-7” предназначен для измерения объема транспортируемой по трубопроводам холодной воды, а также других однофазных жидкостей.
1.2. Счетчик состоит из преобразователя расхода ультразвукового (ПР), прибора измерительного (ПИ) и линии связи ПИ и ПР.
1.3. Счетчик имеет двадцать четыре модификации в зависимости от диаметра условного прохода (Ду) ПР и условного давления (Ру).
1.4. ПР счетчика имеет маркировку взрывозащиты “Oexia 2CT6” В КОМПЛЕКТЕ “РАСХОД-7”, соответствует требованиям ГОСТ 22782.0-81, ГОСТ 22782ю5-78 и предназначен для установки во взрывоопасных зонах помещения и наружных установок согласно гл. 7.3. действующих ПУЭ и другим директивным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.ПИ счетчика с входными искробезопасными цепями уровня “ia” выполнен в соответствии с ГОСТ 22782.5-78, имеет маркировку взрывозащиты “Exia2C” и предназначен для установки вне взрывоопасных зон.
Основные характеристики и параметры.
2.1 Метрологические параметры.
2.1.1. Диапазоны изменения объемного расхода измеряемой жидкости в зависимости от модификации счетчика приведены в табл.1.
2.1.2. Пределы допускаемой основной погрешности счетчика ±1.0% от измеренного объема при проверке по калиброванному резервуару, по ТПУ, по образцовому счетчику и ±1.5 при проверке по теоретической методике.
Примечание. Указанная точность обеспечивается с кратностью не более 10, выбираемом из общего диапазона расхода, для каждого диаметра ПР.
2.1.3. ПИ счетчика имеет выходные сигналы:
частотный от 0.1 до 100Гц;
аналоговый 0-5мА, с приведенной погрешностью преобразования “частота-ток” не более 1.0%.
|
|
|
2.1.4. Счетчик удовлетворяет требованиям пп.2.1.1, 2.1.2 при следующих условиях:
температура окружающего воздуха плюс 20±5 С°;
относительная влажность от 30 до 80%;
атмосферное давление от 86 до 106.7 кПа;
отклонение напряжения питания от номинального значения не выше ±2%;
отклонение частоты переменного тока сети ±1%;
отклонение температуры измеряемой жидкости в процессе проверки в пределах ±2 С°.
Эксплуатационные характеристики
2.2.1. Тип прибора – суммирующий.
2.2.2. ПИ выполнен в корпусе для щитового монтажа по ГОСТ 5944-74.
2.2.3. Электрическая прочность изоляции между отдельными цепями и между этими цепями и корпусом ПИ и ПР выдерживает в течении 60 с действие испытательного напряжения переменного тока синусоидальной формы частотой 50 Гц действующим значением
для ПИ – 1500 В, в том числе между цепями "сеть – искробезопасные цепи", "сеть – земля"", "искробезопасные цепи – земля";
для ПР – 500В.
2.2.4. Электрическое сопротивление изоляции между отдельными электрическими цепями и между этими цепями и корпусом ПИ и ПР не менее:
для ПИ – 40 МОм;
для ПР – 20 МОм;
Показатели надежности.
2.3.1. Вероятность безотказной работы за время 2000ч Р 
=0.98.
Условия эксплуатации.
1.5.1. Измеряемая среда – перекачиваемая в напорных трубах вода или другая однородная жидкость со следующими параметрами:
диапазон изменения температур температуры от плюс 4 до плюс 50 С;
диапазон изменения давления в поцессе эксплуатации от 0.1 до 2.5 Мпа.
1.5.2. Температура окружающей среды, С:
для ПИ от плюс 10 до плюс 35;
для ПР от минус 60 до плюс 40.
1.5.3. Параметры питания:
напряжение однофазной среды переменного тока (220) В;
частота (50±1) Гц.
Потребляемая мощность – не более 50 Ва.
1.5.4. Допускаемая вибрация частотой до 25 Гц с амплитудой 0.1 мм.
Состав счетчика.
1. Основные составные части счётчика:
|
|
|
ПИ;
ПР;
Кабель РК 50-2-11, 2 * 150 м, не более, (длина кабеля устанавливается по согласованию с заказчиком).
2. Основные составные части ПИ:
ППИ;
ПВИА;
плата стабилизаторов;
плата выпрямителей;
трансформатор;
УИ-2 шт.;
блок масштабирования;
плата масштабирования;
индикатор мгновенного расхода - микроамперметр типа М2027;
счётчик суммарного расхода - счётчик электромеханический типа СИ 206.
3.Основные составные части ПР:
патрубок (обозначение см. табл.1);
ППЭ (2 штуки).
Анализ работы счетчика по структурной схеме.
1. В основе принципа действия счётчика объёма Vс измеряемой жидкости лежит измерение средней скорости 
с этой жидкости,протекающей через известное сечение трубопровода S за время Т.
Vс = S 
c 
T, (1)
S = 
, (2) 
D - диаметр трубопровода на участке измерения.
Счётчик выполнен по одноканальной частотно- импульсной схеме прямого преобразования средней скорости жидкости в измеряемую частоту. Схема структурная приведена на рис. 1.
Контур преобразования скорости жидкости в измеряемую разностную частоту (электронно -акустический тракт) включает в себя ППИ,первую линию связи (кабель радиочастотный),излучающий ППЭ В1 (В2),измеряемый продукт,приёмный ППЭ В2(В1),вторую линию связи и снова ППИ.
Одно синхрокольцо (контур) ППИ работает по потоку,второе синхрокольцо(контур)-против потока жидкости с исключением моментов совпадения во времени импульсов автоциркуляции этих синхроколец.
Периоды автоциркуляции по потоку (Т1) и против потока (Т2) определяются по формулам:
T1= 
+t1=T1o+t1, (3)
T2= 
+t2=T2o+t2, (4)
где L- расстояние между зеркалами ППЭ В1,В2 в акустическом канале ПР;
с- скорость ультразвука в продукте;
- угол между осью акустического канала и осью ПР;
t1(t2) - время задержки сигнала в электронно-акустическом тракте (контуре) по потоку (против потока), не связанное со временем прохождения сигнала в измеряемой жидкости.
L= 
, (5)
где ri- величина смещения оси акустического канала от оси ПР (ri 
0 - 
).
|
|
|
Величина,обратная значению T1(T2),является частотой автоциркуляции синхроколец f1(f2).
Разность этих частот определяет истинное значение измеряемой частоты,пропорциональной средней скорости измеряемой жидкости:
f=f1-f2= 
, (6)
, (7)
где 
скорость по лучу с учётом коэффициента гидродинамической поправки Br.
t=t2-t1, (8)
где t- величина неадекватности периодов автоциркуляции при 
.
С помощью схемных решений добиваются того, чтобы 
t=0, т.е. t1=t2=t.
Тогда f=, (9)
Отсюда f, (10)
и мгновенной расход измеряемой жидкости Q будет равен:
Q= 
f, (11)
В описываемом счетчике составляющая погрешности, определяемая наличием времени задержки «t» (см. формулу 11) и влиянием изменяющейся в зависимости от температуры продукта величины «c» значительно уменьшена.
Исключением моментов совпадения во времени импульсов автоциркуляции синхроколец по потоку и против потока обеспечивается переносом импульса зондирования относительно момента приёма ультразвукового сигнала в одном синхрокольце на определённое время.
Повышение точности измерения счётчика тем, что при i-ом сближении во времени импульсов двух синхроколец в синхрокольце, работающем против потока,зондирование производят через время (Ti+t0) после поступления приёмного импульса, а при (i+1) -ом сближении во времени импульсов синхроколец в синхрокольце, работающем против потока, зондирование производится через время (Т2-Ti+t0) после поступления приёмного импульса, где Ti-часть периода Т2,t0 определяют из выражения:
t0= 
, (12)
При наличии расхода измеряемой жидкости Т1 
T2.Поэтому с окончанием каждого из периодов автоциркуляции будет происходить схождение импульсов автоциркуляции встречных синхроколец на величину (шаг) Т2-Т1.Период схождения можно представить как:
|
|
|
, (13)
где 
- количество шагов между схождениями.
В описываемом счётчике импульс автоциркуляции с периодом Т2 (против тока) за два соседних схождения переносится дважды с общим временем:
(Ti+to)+(T2-Ti+to)=T2+2to, (14)
(один перенос соответствует 
)
Период схождения при этом должен соответственно умень-
шится и составить:
T= 
, (15)
Задержка to, вводимая в работу схемы, должна нейтрализовать действие составляющей «t 
» в выражениях (10), (11) и поэтому удовлетворять условию:
Т= = 
, (16)
С учётом выражений (3) и (4) выражение (16) можно представить в виде:
, (17)
откуда получаем требуемое значение to согласно выражению (12).
Если t2-t1=0, т.е. t2=t1=t, выражение (12) упрощается, и задержка, вносимая в работу синхрокольца, работающего против потока, должна соответствовать:
to= 
, (18)
Так, при t=5 
и Т1о=Т2о=200 
,
величина to=2,5 
,
при Т1о=Т2о=1000 ,
величина to=2,5 
.
В результате величина, обратная периоду схождения Т, соответствует разности частот автоциркуляции синхроколец, т.е. из выражения (16) получается, что
f= 
, (19)
Сравнивая выражения (6) и (19), можно видеть, что в последнем отсутствует зависимость разностной частоты от скорости ультразвука «c», т.е. от температуры измеряемой жидкости.
Измеренное19 во время Т u количество измеряемой жидкости (объем) V u определяется как
, (20)
, (21)
где К - коэффициент преобразования счетчика;
N u – количество импульсов разностной частоты Df за время прокачки t u измеренного объема V u.
Физически коэффициент К определяет количество импульсов разностной частоты Df, приходящееся на единицу объема измеряемой жидкости. Поэтому точность измерения объема продукта зависит от погрешности установки коэффициента К в счетчике и изменение ее по диапазону расхода Q.
Согласно выражениям (19) и (20) этот коэффициент равен:
, (22)
и может быть рассчитан теоретически.
Анализ электрической принципиальной схема.
С выхода запоминающего устройства постоянное напряжение, пропорционально мгновенному расходу, через резистор R54 и потенциометр R60 поступает на стрелочный индикатор PA, с движка потенциометра R61 постоянное напряжение поступает на вход 10 ОУ А7 (РСТ). Другой вход 9 ОУ А7 подключён к движку потенциометра R 48. При изменении нагрузки РСТ, ток через нагрузку остаётся постоянным, так как при любом изменении тока через нагрузку изменяется напряжение на выходе 5 ОУ А7, которое подается на УПТ на транзисторе V31, что приводит к изменению тока в коллекторной цепи V31. Это в свою очередь приводит к изменению напряжения на базе регулирующего транзистора V37. Сопротивление перехода эмиттер-коллектор транзистора V37 меняется таким образом, что величена тока через новую нагрузку РСТ восстанавливается до прежней величены. Величена тока через нагрузку устанавливается потенциометром R48.
|
|
|
Элементная база.
Описание.
Транзисторы КТ315Д, КТ315В.
Транзисторы кремниевые эпитаксально-планарные n-p-n усилительные высокочастотные маломощные.
Предназначены для работы в схемах усилителей высокой, промежуточной и низкой частоты.
Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Обозначение типа приводится на этикетке. Масса транзистора не более 0,18 г.
Электрические параметры.
Граничное условие при Iэ=5мА не менее:
КТ315Д, КТ315В 30В
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=20мА, Iб=2мА не более:
КТ315В 0,4В
КТ315Д 1В
Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=20мА, Iб=2мА не более:
КТ315В 1,1 В
КТ315Д 1,5 В
Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкэ=10В, Iк=1мА:
КТ315Д,КТ315В 20-90
Постоянная времени цепи при обратной связи на высокой частоте при Uкб=10B, Iэ=5мА не более:
КТ315В 500нс
КТ315Д 1000нс
Емкость коллекторного перехода при Uкб=10В не более:
КТ315В, КТ315Д 7 пФ
Входное сопротивление при Uкэ=10 В, Iк=мА не менее 40Ом
Выходная проводимость при Uкэ=10 В, Iк=1 мАне более: 0,3мкСм
|
|
|
