На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


дипломная работа Ультразвуковой расходомер

Информация:

Тип работы: дипломная работа. Добавлен: 09.11.2012. Сдан: 2012. Страниц: 25. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


РЕФЕРАТ
Дипломная работа 

   Пояснительная записка содержит 76 страниц, 21 рисунок, 4 таблицы, 3 приложения.
   В дипломной работе на основе существующих конструкций ультразвуковых расходомеров, требований руководящих документов была разработана схема подсоединения и технология диагностирования топливной системы танка Т-72Б. В ходе разработки, были рассмотрены методы измерения жидкости, и был проведен их анализ. Также были проанализированы существующие конструкции ультразвуковых расходомеров и был выбран расходомер для диагностики топливной системы танка Т-72Б.
   Ключевыми словами работы являются танк Т-72Б, топливная система, диагностика, датчики, расходомеры, ультразвуковые расходомеры, «Взлет МР».
   При написании данной дипломной работы были использованы 16 источников литературы.
      
 

 


Список  условных сокращений
   БИ – блок искрозащиты
   ВП – вторичный измерительный преобразователь
   ГСМ – горючие и смазочные материалы
   ИУ – измерительный участок
   ПП – первичный преобразователь
   ПУЭ – «Правила устройства электроустановок»
   ПЭА – преобразователь электроакустический
   РЭ – руководство по эксплуатации
   СЦ – сервисный центр
   ТДА – термодымовая аппаратура
   ТНВД – топливный насос высокого давления
   УЗС – ультразвуковой сигнал
   УС – устройство согласующее
   ЭД  – эксплуатационная документация
   ЭДС – электродвижущая сила
      

 


Содержание 

Введение  …………………………………………………………………….…………… 7
    Исследование основных направлений работы ………………………….....…… 9
      Устройство системы питания топливом  двигателя
      танка Т-72Б ……………………………………..….…………………………9
      1.2.Анализ существующих диагностических средств для проверки технического состояния системы питания двигателя топливом ................ 13
      1.3.Методы  измерения расхода жидкости и  их анализ. Датчики для определения   расхода жидкости ……………………………………….…… 15
      1.4.Конструкции ультразвуковых расходомеров и их анализ ………………... 35
    Установка ультразвукового расходомера «Взлет МР» в систему питания топливом двигателя танка Т-72Б ………………………..............................…... 52
      2.1.Требования к установке расходомера «Взлет МР» ……………………….. 52
      2.2.Разработка схемы подсоединения расходомера «Взлет МР» к топливной системе двигателя танка Т-72Б …………………..................................…… 59
    Инструкция по эксплуатации расходомером «Взлет МР» ………………….... 61
      3.1.Пуско-наладочные работы ……………………………........………….….… 61
      3.2.Управление расходомером ………………………………....…………….… 64 
Заключение  ………………………………..……………………………………………. 67
Список  использованных источников …………………………………..…...............… 68
Приложение 1 ……………………..……………………………………………………. 69
Приложение 2 …………………………………………………..……………………..... 71
Приложение 3 ………………………………………………..………………………..... 72 

 


Введение 

   Актуальность  темы учета любого вида топлива и  контроля за его расходом является сегодня очевидным фактом, который нет необходимости обосновывать. Различные контрольно-измерительные системы и приборы помогают осуществлять такой мониторинг на всех этапах жизни топлива: от добычи, транспортировки и переработки нефти до сжигания готового продукта в котлах и камерах сгорания двигателей. При этом расходомеры и счетчики топлива размещаются как на стационарных объектах, так и на транспорте (водном, железнодорожном, автомобильном). Однако отсутствие на рынке специализируемых систем учета не позволяет потребителю в полной мере использовать достижения научно-технического прогресса. Так, например, учет расхода топлива в настоящее время производится, как правило, по разности количества топлива в баке за определенный промежуток времени. При этом нередко заполнение бака определяется визуально по мерному стеклу. Такой подход приводит к тому, что количество израсходованного топлива измеряется с большой погрешностью, что, в свою очередь, вызывает определенные трудности в выполнении анализа расхода ГСМ с учетом фактически выполненной работы транспорта и его технического состояния. В результате мы имеем искусственное завышение нормативов расхода топлива и отсутствие заинтересованности в его экономии. Альтернативой такого подхода является создание систем диспетчеризации и контроля за параметрами движения с использованием, в том числе, и современных средств измерения расхода.
   Использование современных средств замера расхода  топлива относится к мероприятиям, обеспечивающим как учет топливно-энергетических ресурсов, так и существенную его  экономию. Отсутствие возможности непрерывного замера расхода топлива на сравнительно продолжительных отрезках пути не позволяет  эффективно использовать и корректно  оценить ряд технических и  организационных мероприятий, направленных на экономию топлива. Наличие прибора, обеспечивающего постоянный замер  расхода топлива, дает возможность  определить косвенным путем мощность, развиваемую дизелем, с учетом технического состояния как самого дизеля, так и гидродинамического комплекса. Анализ теплотехнических испытаний и опыт эксплуатации свидетельствует о том, что отклонение фактической характеристики дизеля от паспортной в период между плановыми техническими уходами может быть оценено в 2,5%. Своевременное обнаружение и устранение указанных отклонений в процессе эксплуатации позволит сэкономить в среднем на каждый танк не менее 1,5% топлива. Не менее важно и то, что, большинство расходомеров не позволяют осуществлять контроль израсходованного топлива за определенные (интересующие) эксплуатационные промежутки времени. Это не дает возможности оценить фактически израсходованное количество топлива и снижает эффективность разработанных норм по его расходу. Необходимо отметить, что отсутствие возможности непрерывного замера расхода топлива на сравнительно продолжительных отрезках пути также не позволяет эффективно использовать и корректно оценить целый ряд технических и организационных мероприятий, направленных на экономию топлива в бронетанковых войсках. Дальнейшее совершенствование топливоиспользования на танках невозможно без создания современных систем замера и контроля расхода топлива. Изложенное обуславливает необходимость решения вопроса о снабжении танков современными приборами замера расхода топлива. В соответствии с поставленной целью в работе сформулированы, обоснованы и решаются следующие задачи:
    Анализ положения в области существующих методов измерения расхода топлива;
    Анализ существующих конструкций ультразвуковых расходомеров;
    Исследование и анализ метода и факторов, определяющих точность измерений расхода топлива;
    Выбор и установка расходомера в систему питания топливом двигателя танка Т-72Б.
    Анализ работы и обоснование особенностей монтажа расходомера топлива на танке;
    Разработка руководства по монтажу и эксплуатации ультразвукового расходомера топлива на танке.
   Предметом исследования является ультразвуковой расходомер-счетчик. Объектом исследований являются организационно-технические  и технологические разработки, обеспечивающие измерение и учет расхода топлива  дизельных установок танка. Методологической основой и теоретической базой  являются отечественные и зарубежные исследования в области создания приборов для измерения расхода  топлива. В работе проанализирована возможность применения ультразвуковых расходомеров-счетчиков на танке  Т-72Б для измерения расхода  топлива, функционального диагностирования системы питания топливом  и использования в ТИУС. Исследована и доказана возможность применения ультразвуковых расходомеров-счетчиков, производимых фирмой «Взлёт», для замера расхода топлива.
 


    Исследование  основных направлений работы
 
1.1 Устройство системы питания топливом двигателя танка Т-72Б
   На  танке Т-72Б установлен многотопливный четырехтактный быстроходный дизельный  двигатель В-84–1 жидкостного охлаждения с наддувом от приводного центробежного  нагнетателя. Кроме того, используется инерционный (волновой) наддув. Мощность двигателя составляет 840 л.с. Двигатель  устанавливается в моторном отделении  в кормовой части танка поперёк  его продольной оси, на приваренном  к днищу фундаменте. Топливная  система включает в себя четыре внутренних и пять наружных топливных баков. Один из внутренних баков размещается  на полу в кормовой части боевого  отделения, тогда как остальные  три — в отделении управления, по обеим сторонам от механика-водителя. Все пять внешних баков размещаются  на правой надгусеничной полке. Ёмкость внутренних баков составляет 705 л, тогда как наружных — 495 л. Помимо них, к топливной системе могут подключаться две дополнительные бочки, закрепляемые на корме танка, общим объёмом 400 или 500 л в зависимости от объёма бочки. В качестве топлива может использоваться дизельное топливо марок ДЛ, ДЗ и ДА, бензины А-66 и А-72 и керосины Т-1, ТС-1 и ТС-2.
   Пуск  осуществляется с помощью электростартера, системы воздушного запуска, а также  от постороннего источника тока или  с буксира. Для экстренного пуска  холодного двигателя зимой имеется  система подогрева впускного  воздуха.
 


1.2 Анализ существующих диагностических средств  для проверки технического состояния системы питания двигателя топливом.
   От  технического состояния элементов  системы питания двигателя зависят  выходные параметры — мощность и  экономичность, а, следовательно, и  динамические качества, а также состав отработавших газов.
   Наличие СО в отработавших газах результат неполного сгорания рабочей смеси. Основными причинами этого могут быть: износ цилиндропоршневой группы двигателя, нарушение регулировки карбюратора, нарушение нормальной работы системы зажигания, неравномерные режимы работы двигателя (резкие разгоны, работа на холостом ходу, нарушение теплового режима двигателя).
   Диагностическими  параметрами, характеризующими исправность  работы приборов системы питания  являются следующие:
      часовой расход топлива, содержание СО в отработавших газах;
      по карбюратору - герметичность клапана подачи топлива;
      уровень топлива в поплавковой камере;
      синхронность работы камер и дроссельных заслонок;
      по бензонасосу - разрежение, создаваемое бензонасосом во всасывающем бензопроводе (Ah);
      давление, развиваемое насосом;
      по ограничителю числа оборотов - обороты двигателя, соответствующие моменту срабатывания датчика;
      по бензопроводам и бензобакам — их герметичность (APQ);
      открытие впускных и выпускных клапанов пробок бензобаков;
      по фильтрам - достижение грязевым осадком предельной высоты (воздушные фильтры);
      гидравлическое сопротивление воздушного и топливного фильтров в зависимости от расхода воздуха и топлива;
      понижение уровня масла в ванне воздушного фильтра (унос масла);
      по контрольным приборам — достоверность показаний указателя и датчиков уровня бензина в баках.
   К основным показателям, характеризующим  состояние дизельной топливной  аппаратуры, относятся следующие: производительность подкачивающего насоса; пропускная способность  фильтрующих элементов тонкой очистки  топлива; производительность насосных элементов; степень неравномерности  подачи топлива насосными элементами; угол начала нагнетания топлива в  цилиндры двигателя; степень изношенности прецизионных пар; частота вращения кулачкового вала топливного насоса (коленчатого вала двигателя), соответствующая  началу действия регулятора; степень  неравномерности регулятора; степень  нечувствительности регулятора; давление начала впрыскивания и качество распыливания топлива форсунками.
   В процессе эксплуатации эти показатели изменяются. Изменения обусловлены  износом деталей, их деформацией, накоплением  в аппаратуре продуктов износа и  загрязнений и др. Интенсивность  изменения номинальных параметров работы топливной аппаратуры зависит  от условий ее эксплуатации, качества изготовления и ремонта деталей, зазоров в сопряжениях, качества смазки, наличия на трущихся поверхностях продуктов загрязнений и износа.
   При диагностировании топливной аппаратуры могут быть использованы следующие  наиболее распространенные диагностические  параметры, характеризующие общее  техническое состояние аппаратуры:
        мощность, развиваемая двигателем;
        часовой и удельный расход топлива;
        дымность выхлопных газов;
        шум, вибрация, стуки;
        течь топлива;
        равномерность нагрева форсунок;
        угол опережения подачи топлива в цилиндры;
        герметичность линий высокого и низкого давлений;
        давление топлива на входе в топливный насос, давление топлива в линии нагнетания подкачивающим насосом;
        давление впрыскивания и качество распыливания топлива форсункой;
        максимальное давление, развиваемое насосными секциями;
        параметры процесса топливоподачи (измеряются с помощью датчика, устанавливаемого в линию высокого давления).
   Для диагностирования системы питания  как карбюраторного, так и дизельного двигателей используется специальное  контрольно-диагностическое оборудование.
   Диагностирование  общего технического состояния системы  питания производится с помощью  оценки расхода топлива при заданной нагрузке и составу отработавших газов.
 


1.3  Методы измерения расхода жидкости и их анализ.
    Датчики для определения расхода жидкости.
   Измерение расхода и массы  веществ  (жидких,  газообразных,  сыпучих, твердых, паров и т. п.) широко применяется как в товароучетных  и отчетных операциях, так и при контроле, регулировании и управлении  технологическими процессами. 
   Расход  вещества - это масса или объем вещества,  проходящего через данное сечение канала  средства  измерения расхода в единицу времени.  В зависимости от того, в каких единицах измеряется расход, различают объемный расход или массовый расход. Объемный расход измеряется в м3/с (м3/ч и т.д.), а массовый - в кг/с (кг/ч, т/ч и т. д.).
   Расход  вещества  измеряется  с  помощью  расходомеров,  представляющих собой  средства  измерений  или  измерительные   приборы   расхода.   Многие расходомеры  предназначены  не  только  для  измерения  расхода,  но  и  для измерения массы  или объема вещества, проходящего  через средство измерения  в течение  любого, произвольно взятого промежутка времени. В  этом  случае  они  называются расходомерами со счетчиками  или  просто  счетчиками.  Масса  или объем вещества, прошедшего через  счетчик,  определяется  по  разности  двух последовательных   во   времени   показаний   отсчетного   устройства    или интегратора.  Расходомеры по принципу действия разделяются  на  следующие  основные  группы:   переменного   перепада давления;  обтекания  -  постоянного  перепада   давления;  тахометрические; электромагнитные;  переменного  уровня;  тепловые;  вихревые;  акустические.
   Кроме того, известны расходомеры, основанные на других  принципах  действия: резонансные, оптические, ионизационные, меточные и  др. Однако многие из  них находятся  в стадии разработки и широкого применения пока не получили.
   Одним из наиболее распространенных средств  измерений расхода жидкостей  и  газов  (паров),  протекающих  по  трубопроводам,   являются   расходомеры переменного  перепада  давления,   состоящие   из   стандартного   сужающего устройства,  дифманометра,  приборов  для измерения параметров   среды   и соединительных линий. В  комплект  расходомерного  устройства  также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства  с местными сопротивлениями.
   Сужающее  устройство расходомера является    первичным    измерительным  преобразователем расхода, в котором  в  результате  сужения  сечения  потока измеряемой среды (жидкости,  газа,  пара)  образуется  перепад    (разность) давления, зависящий от расхода.  В  качестве  стандартных  (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные     диафрагмы,   сопла,  сопла Вентури и трубы Вентури.  В качестве  измерительных приборов  применяются
различные  дифференциальные    манометры, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими  и другими устройствами,  обеспечивающими  выдачу  измерительной  информации  о расходе в соответствующей  форме и виде.
   Измерительная диафрагма представляет собой  диск,  установленный  так, что центр  его лежит  на  оси  трубопровода.  При  протекании потока жидкости или  газа (пара) в  трубопроводе  с  диафрагмой  сужение  его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней  под  действием  сил  инерции  поток  сужается  до  минимального  сечения,  а   далее   постепенно расширяется  до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой  и  после  нее образуются зоны завихрения. Давление струи около стенки вначале возрастает  из-за подпора перед диафрагмой. За диафрагмой оно  снижается  до  минимума,  затем снова повышается, но не достигает  прежнего  значения,  так  как  вследствие трения и  завихрений происходит потеря давления.
   Таким образом, часть потенциальной энергии  давления потока переходит в кинетическую. В  результате  средняя  скорость  потока  в  суженном  сечении повышается,  а  статическое  давление  в  этом  сечении  становится   меньше статического давления перед сужающим  устройством.  Разность  этих  давлений (перепад давления)  служит  мерой расхода   протекающей   через   сужающее устройство жидкости, газа или пара.
   Принцип  действия  расходомеров  обтекания  основан   на   зависимости перемещения тела,  находящегося  в  потоке  и  воспринимающего  динамическое давление   обтекающего   его   потока,   от   расхода    вещества.    Широко распространенными расходомерами обтекания являются  расходомеры  постоянного перепада давления - ротаметры, поплавковые и поршневые.  Принцип действия расходомеров  постоянного  перепада  давления  основан  на  зависимости   от расхода вещества вертикального перемещения тела - поплавка,  находящегося  в потоке и изменяющего при этом площадь  проходного  отверстия  прибора  таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным.
   В некоторых расходомерах обтекания, называемых расходомерами обтекания компенсационного типа, перемещение тела обтекания  измеряется  по  величине давления,  создающего  усилие,  приложенное  к   телу   и   уравновешивающее динамическое давление потока на него.
   Расходомеры постоянного перепада давления -  ротаметры применяются для  измерения  расходов  однородных  потоков  чистых  и   слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих по  трубопроводам  и  не  подверженных значительным колебаниям. Особенно широко они используются в  винодельческом, спиртовом, ликерно-водочном и других производствах. Ротаметр представляет собой длинную коническую трубку,  располагаемую вертикально, вдоль которой под действием  движущегося  снизу  вверх  потока  перемещается поплавок. Поплавок  перемещается  до  тех пор,  пока  площадь кольцевого отверстия между поплавком  и  внутренней  поверхностью  конусной  трубки  не достигнет такого размера, при котором  перепад  давления  по  обе  стороны поплавка не станет равным расчетному. При этом действующие на поплавок  силы уравновешиваются, а поплавок устанавливается на высоте, соответствующей определенному значению расхода.
   Поплавковый расходомер постоянного  перепада  давления  состоит из поплавка и  конического  седла,  расположенных  в корпусе прибора. Коническое  седло выполняет  ту  же  роль,  что  и  коническая  трубка   ротаметра.   Различие заключается в том, что длина и диаметр седла примерно равны, а у  ротаметров длина конической трубки значительно больше ее диаметра.
   Тахометрические расходомеры широко  применяются  практически  во   всех отраслях  пищевой   промышленности.   Принцип   их   действия   основан   на использовании  зависимостей   скорости   движения   тел - чувствительных элементов, помещаемых в поток, от расхода  веществ,  протекающих  через  эти расходомеры.   Известно   большое   число   разновидностей   тахометрических расходомеров, однако в практике для измерения  расхода  самых  разнообразных жидкостей и газов широко  распространены  турбинные,  шариковые  и  камерные расходомеры.
   Камерные  тахометрические расходомеры представляют собой несколько подвижных  элементов,  отмеривающих  или  отсекающих  при   своем   движении определенные объемы жидкости или  газа.  Существует  большое  число  конструкций,  камерных  расходомеров жидкостей и газов.
   Выпускаются счетчики,  обеспечивающие  измерение  в диапазоне от 0,8 до 36 м3/ч. Диаметры условных проходов  15—  SO  мм;  класс точности 0,5; 1,0.
   Расходомеры переменного уровня применяются для измерения расхода загрязненных  жидкостей, известкового молока, диффузионного сока,  сусла-самотека  и  т.  п.  Принцип действия приборов  основан  на  зависимости  уровня  жидкости  в  сосуде  от расхода при свободном истечении ее через калиброванное  отверстие  (щель)  в дне или боковой стенке.
   Щелевые расходомеры хорошо зарекомендовали  себя при  измерении  сильно загрязненных и быстро  кристаллизующихся  жидкостей  и  растворов.  Диапазон измерения 0,1 - 50  м3/ч;  основная  погрешность устройства  в комплекте со вторичным прибором ±3,5%.
   Тепловые  расходомеры могут    применяться    при  измерении  небольших расходов практически любых сред при различных  их  параметрах.  Кроме  того, они весьма    перспективны   для измерения расхода очень  вязких  материалов. Принцип  действия  их основан на использовании зависимости  эффекта  теплового  воздействия  на поток вещества от массового расхода этого вещества.
   Тепловые  расходомеры могут выполняться  по трем основным принципиальным схемам:
      калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении  потока  посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур;
      теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон пограничного слоя;
      термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой  непрерывно  нагреваемым телом,  помещенным  в поток,  и массовым расходом вещества.
   Для измерения расхода топлива чаще всего используются датчики.    
   Датчики расхода необходимы для оптимальной  реализации основных функций управления двигателем. Современные двигатели  оснащаются в основном датчиками  для непосредственного измерения  массы всасываемого в цилиндры воздуха. Выходной сигнал таких датчиков аналоговый (0...4 В) или частотный.
   Помимо  измерения массы поступающего в  двигатель воздуха датчики расхода  уже сегодня находят применение в следующих случаях:
    При определении расхода топлива для информационной системы. Расход определяется по разности между количеством топлива, поступившим в рампу форсунок и возвращенным в бак.
    При определении расхода газа через клапан рециркуляции выхлопных газов (EGR). При определенных условиях выхлопные газы через клапан EGR охлаждают камеру сгорания, что понижает содержание NOx в выхлопе. Контроль за расходом газа через клапан — один из способов проверки правильности его функционирования.
    При определении расхода дополнительного воздуха в каталитическом нейтрализаторе. В некоторых типах нейтрализаторов для минимизации токсичных веществ СО и СН применяется подача дополнительного воздуха при прогреве двигателя, когда рабочая смесь богатая. Исправность насоса контролируется по расходу воздуха. Непосредственный контроль над составом выхлопных газов не применяется из-за высокой стоимости измерительного оборудования.
   Датчики расхода имеют принцип действия, основанный на измерении одного из следующих параметров: угла отклонения парусной заслонки или скорости вращения турбины, находящихся в потоке среды (жидкости или газа); частоты вращения вихревых потоков за рассекателем; падения давления среды после  прохождения ею препятствия (дросселя); изменения температуры находящегося в потоке среды нагретого тела.
Расходомеры и массметры
   По  виду выдаваемой информации датчики  расхода жидкостей и газов  подразделяют на две группы — на расходомеры и массметры.
   Если  расход жидкости или газа (например, воздуха) определяется по объему пропущенной  среды, то датчик называется объемным расходомером. К таким датчикам относятся  расходомеры воздуха для автомобильных  систем впрыска бензина.
   В свою очередь расходомеры воздуха  подразделяются на механические —  с круглым плавающим ротаметром; потенциометрические — с парусной измерительной заслонкой; вихревые (датчики Кармана) — с рассекателем воздушного потока, выполняющего функцию  генератора воздушных завихрений, частота  или вариации давления в которых  несут информацию об объеме пропущенного воздуха.
   При измерении расхода жидкости (например, бензина) чаще применяются более  простые расходомеры с вращающейся  турбиной в подвижном потоке, по частоте вращения турбины определяется объем пропущенной жидкости. Так  как объем жидкостей под действием  температуры изменяется незначительно, то с небольшой погрешностью можно  считать, что значению этого параметра  соответствует и масса (вес) жидкости.
   Если  расход текучей среды (жидкости или  газа) определяется непосредственно  по массе, то измерительный датчик называется массметром.
   Массметры, в отличие от расходомеров, выдают более качественную метрологическую информацию. Особенно это касается воздушных массметров, т.к. объем газообразных сред, в отличие от жидкостей, в значительной степени зависит от температуры и давления. Так, в расходомерах воздуха, работающих в системах впрыска бензина, приходится устанавливать дополнительные (корректирующие) датчики температуры и давления в атмосферном воздухе. Массметры в системах впрыска работают без таких датчиков. Так же принци использует в своем двигателе картофелеуборочный комбайн, а также некоторые другие виды спецтехники.
   Основной  принцип действия воздушных массметров основан на применении платиновой нити, разогретой электрическим током, в качестве датчика информации о массе проходящего воздушного потока, охлаждающего разогретую нить. Такой принцип измерения массы воздуха пришел в технику из метеорологии и называется термоанемометрическим.
   Одним из наиболее распространенных средств  измерений расхода жидкостей  и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного  перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.
   Сужающее  устройство расходомера является первичным  измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения  сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода. В  качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури. Диафрагма - тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого лежит на оси трубопровода (используются в трубах от 50 мм до 2 м). Сопло выполнено в виде насадки с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавную сужающую часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Сопло Вентури состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и расширяющейся конической части (диффузора).
   Количество  вещества, проходящее по трубопроводу в единицу времени, называют расходом. Расходомер — прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу  времени. Если прибор имеет интегрирующее  устройство со счетчиком и служит для одновременного измерения и  количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.
   Расходомеры бывают следующих типов:
      Механические счетчики расхода.
      Рычажно-маятниковые.
      Перепадомеры.
      Ультразвуковые расходомеры.
      Электромагнитные расходомеры.
      Кориолисовые расходомеры.
      Вихревые расходомеры.
      Тепловые расходомеры;
      Силовые расходомеры.
   Рассмотрим  некоторые из них.
Электромагнитные  расходомеры
   Для контроля расхода и учета воды и теплоносителя с 40-х годов 20-го века в промышленности применяются  электромагнитные расходомеры. Неоспоримые  достоинства электромагнитных расходомеров: отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие – определили их широкое распространение.
   Принцип действия: В проводнике, пересекающем силовые линии поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля (Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея).
   Если  заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно  получить принципиальную схему электромагнитного  расходомера, предложенную ещё самим  Фарадеем.
   Таким образом, электромагнитные расходомеры  могут быть выполнены как с  постоянными, так и с электромагнитными, питаемыми переменным током частотой. Эти электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

Рисунок 1.1. Схема электромагнитного расходомера 

   Метрологические характеристики: Погрешность данных приборов определяется в основном погрешностями их градуировки и измерения разности потенциалов Е. Однако электрохимические процессы в потоке жидкости, различные помехи и наводки, непостоянство напряжения питания и другие, не позволяют пока получить той потенциально высокой точности измерений расхода, которая вытекает из принципа действия данного типа расходомеров. Так, изготовляемые в СССР электромагнитные расходомеры, несмотря на индивидуальную градуировку, (на высокоточных расходомерных стендах) и весьма совершенные средства измерения Е имеют класс точности 1,0— 2,5 %.
   Существенным  и основным недостатком электромагнитных расходомеров с постоянным электромагнитом, ограничивающим их применение для измерения  слабопульсирующих потоков, является поляризация измерительных электродов, при которой изменяется сопротивление преобразователя, а, следовательно, появляются существенные дополнительные погрешности. Поляризацию уменьшают, применяя электроды из специальных материалов (угольные, каломелиевые) или специальные покрытия для электродов (платиновые, танталовые).
   В расходомерах с переменным магнитным  полем явление поляризации электродов отсутствует, однако появляются другие эффекты, также искажающие полезный сигнал:
        - Трансформаторный эффект, когда на витке, образуемом жидкостью, находящейся в трубопроводе, электродами, соединительными проводами и вторичными приборами наводится трансформаторная ЭДС, источником которой является обмотка электромагнита. Для их компенсации в измерительную схему прибора вводят компенсирующие цепи или питают электромагнит переключаемым постоянным током.
        - Ёмкостный эффект, возникающий из-за большой разности потенциалов между системой возбуждения магнитного поля и электродами и паразитной емкости между ними (соединительные провода и т. п.). Средством борьбы с этим эффектом является тщательная экранировка.
   Достоинства и недостатки метода: Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавливаются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений или изменений профиля. Благодаря этому гидравлические потери на приборе минимальны. Кроме того, преобразователь расходомера и технологический трубопровод можно чистить и стерилизовать без демонтажа. Поэтому эти расходомеры используют в биохимической и пищевой промышленности, где доминирующими являются требования к стерильности измерений среды. Отсутствие полых углублений исключает застаивание и коагулирование измеряемого продукта.
   На  показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п.), если они не изменяют её электропроводность.
   Конструкция первичных преобразователей позволяет  применять новейшие изоляционные, антикоррозийные  и другие покрытия, что даёт возможность  измерять расход агрессивных и абразивных сред.
   Современные расходомеры имеют высокую стабильность показаний.
   Метод незначительно чувствителен к неоднородностям (пузырькам), турбулентности потока, неравномерности  распределения скоростей потока в сечении канала.
   Отмеченные  преимущества и обеспечили достаточно широкое распространение электромагнитных расходомеров, несмотря на их относительную  конструктивную сложность и необходимость  тщательного каждодневного технического ухода (подрегулировка нуля, поднастройка и т.п.).
   Электромагнитные  расходомеры применяют для измерения очень малых (3 • 10-9 м3/с) расходов (например, для измерения расхода крови по кровеносным сосудам) и больших расходов жидкостей (3 м3/с). Причём диапазон измерения расходомера одного типоразмера достигает значения 500:1.
   Электромагнитные  расходомеры непригодны для измерения  расхода газов, а также жидкостей  с электропроводностью менее 10-3 – 10-5 сим/м (10-5 – 10-7 Ом-1•см-1), например, лёгких нефтепродуктов, спиртов и т. п. Применение разрабатываемых в настоящее время специальных автокомпенсирующих устройств позволит существенно снизить требования к электропроводности измеряемых сред и создать электромагнитные расходомеры для измерения расхода любых жидкостей, в том числе и нефтепродуктов.
   Применение: Наибольшее применение расходомеры нашли в учете водных и энергетических ресурсов (в частности в отопительных системах).
   Электромагнитные  расходомеры широко применяют в  металлургической, биохимической и  пищевой промышленности, в строительстве  и руднообогатительном производстве, в медицине, так как они малоинерционны по сравнению с расходомерами других типов. Расходомеры незаменимы в тех процессах автоматического регулирования, где запаздывание играет существенную роль, или при измерении быстро меняющихся расходов.    
Вихревые  расходомеры
   Вихревой  расходомер (рис. 1.2)  — разновидность расходомера, принцип действия которого основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.
   Расходомеры (счетчики) количества вещества являются важными элементами систем учета  потребления энергоресурсов и управления технологическими процессами в различных  отраслях промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Наиболее универсальными и  востребованными до настоящего времени  являются расходомеры, в которых  реализуется метод измерения  перепада давления на сужающем устройстве. Этим методом можно измерять расход практически любых жидких и газообразных веществ, движущихся по трубам как малого, так и большого диаметра в широком интервале избыточных давлений и температур. Однако его недостатком является квадратичная зависимость перепада давления от расхода и, как следствие, небольшие динамические диапазоны измерений (1:3...1:5) и значительная погрешность, достигающая в нижней части диапазона 3-5%. В связи с этим для решения частных технических задач разработаны другие, более информативные методы измерения расхода (тахометрические, силовые, электромагнитные, ультразвуковые, оптические и др.), которых насчитывается уже более 20. При этом актуальной остается задача разработки и практической реализации такого метода, который мог бы конкурировать по универсальности с методом измерения перепада давления, но обеспечивал более высокую точность измерений в широком динамическом диапазоне.
   Вихревые  расходомеры используются во многих отраслях промышленности для измерения  объемного расхода жидкостей, газов  и пара. Например, измерения в  химической и нефтехимической промышленности, в энергетике и теплоэнергетике  включают в себя широкий диапазон различных сред: насыщенный пар, перегретый пар сжатый воздух, азот, сжиженные  газы, дымовые газы, углекислый газ, деминерализованная вода, сольвенты, масляные теплоносители, бойлерная вода, конденсат и др.
   Вихревые  расходомеры особенно широко используются в отраслях промышленности для измерения  пара. Они измеряют объемный расход, в то время как обычно учет в  паровых системах идет по массе или  тепловой энергии. Поэтому вихревые расходомеры часто используют в  комбинации с датчиками давления и/или температуры и внешним  вычислителем. Такие измерительные  системы помогают экономить энергию.

Рисунок 1. 2. Схема вихревого расходомера
   Принцип действия: В вихревых расходомерах для создания вихревого движения на пути движущего потока жидкости, газа или пара устанавливается обтекаемое тело, обычно, в виде трапеции в сечение. Образовавшаяся за ним система вихрей называется вихревой дорожкой Кармана. Частота вихрей f в первом приближении пропорциональна скорости потока v и зависит от безразмерного критерия Sh (число Струхаля) и ширины тела обтекания d:
f = Sh • v / d,                                             (1.2.1.)
где f – частота вихрей;
Sh – безразмерный критерий (число Струхаля);
v – скорость потока;
d – ширина тела обтекания.
   Достоинством  вихревых расходомеров является отсутствие каких-либо подвижных элементов  внутри трубопровода, достаточно низкая нелинейность (<1,0 %) в широком диапазоне  измерений (>1:10…1:40), частотный выходной сигнал, а также инвариантность метода относительно электрических свойств  и агрегатного состояния движущейся среды.
   Первые  вихревые расходомеры жидкости появились  в шестидесятых годах в США, Японии и СССР. Первые разработки вихревых расходомеров газа и пара в России относятся к 90-м годам прошлого века. Несмотря на довольно продолжительное  время освоения этих приборов в измерительной  технике, теория и практика вихревых расходомеров непрерывно развивается  и совершенствуется. Идут поиски лучших схемных решений, более эффективных  и технологичных конструкций  первичных преобразователей расхода.
   Проточная часть расходомера, смонтированная с помощью фланцев в трубопроводе содержит тело обтекания, за которым попарно установлены датчики давления. Пульсации давления, возникающие в потоке в результате вихреобразования, регистрируются датчикам, а частота процесса пропорциональна скорости потока. Парное размещение датчиков позволяет усилить полезный сигнал и минимизировать вибрационные и акустические помехи, т.к. сигнал одного из них инвертируется и суммируется с сигналом другого датчика в согласующем устройстве, а сигнал помехи вычитается на сумматоре. Расходомер также содержит нормирующий преобразователь, формирующий импульсный сигнал с весом, например, 1 л/с и вычислитель, размещенный в отдельном корпусе. Вычислитель обеспечивает оцифровку информационного сигнала, расчет суммарного количества жидкости или газа, прошедших через напорную трубу за промежуток времени, индикацию мгновенного и суммарного расхода, самодиагностику прибора, хранение информации в энергонезависимой памяти и передачу ее на компьютер верхнего уровня измерительной или управляющей системы.
   Преобразователи энергии потока: Одними из важнейших элементов вихревых расходомеров являются преобразователи энергии потока в электрический сигнал, во многом определяющие эксплуатационные возможности и технический уровень приборов. В технической документации вихревых расходомеров как отечественных, так и ведущих зарубежных фирм содержится крайне скупая информации относительно принципа действия и устройства преобразователей вида энергии. Так, корпорация EMCO (США) сообщает лишь, что сенсором является полупроводниковая тензорезистивная матрица. В документации немецких фирм информация о принципе работы сенсора вообще отсутствует, хотя в одном из патентов Endress+Hauser (Германия) описан вихревой расходомер с унифицированным ёмкостным датчиком в виде крыла, установленным за телом обтекания. Лишь YOKOGAVA (Япония) подробно описывает виброкомпенсированный пьезоэлектрический преобразователь, состоящий из набора пьезоэлементов в виде шайб, установленный в торце тела обтекания. Известны также индуктивные, анемометрические, оптоэлектронные и др. преобразователи энергии потока.
   Проблемы: Следует отметить, что физические процессы, происходящие в трубопроводе за телом обтекания, весьма сложны. В потоке возникают пульсации давления, температуры, скорости звука и других физических параметров. Несмотря на бурное развитие численных методов описания сложных объектов, до сих пор нет удовлетворительных математических моделей гидродинамических процессов, происходящих в вихревых расходомерах. Пространственно-временное распределение физических характеристик в движущейся среде в зависимости от скорости, агрегатного состояния, вязкости среды, до конца не ясно. Тело обтекания при вихреобразовании испытывает сложное напряжённо-деформированное состояние, где присутствуют и колебания кручения, и изгиба, и другие. Всё это обеспечивает простор для творчества разработчиков и большой объём экспериментальных работ для поиска оптимальных решений.
   Основные  преимущества вихревых расходомеров:
        - линейный выходной сигнал;
        - широкий динамический диапазон измерений;
                        - малая потеря давления;
        - простота и надежность в эксплуатации.
   Распространённость: В настоящее время вихревые расходомеры с пьезоэлектрическими датчиками используются для измерения расхода жидкости, газа и пара на трубах диаметром от 15 до 500 мм с динамическим диапазоном 1:40 и выше и относительной погрешностью +(1…1,5)% при температурах контролируемой среды от минус 60 до 500 °C и давлениях до 30 МПа, обеспечивая на мировой рынке более 5% средств учета жидких и газообразных энергоносителей.
   Мировыми  лидерами по разработке и выпуску  этого типа приборов являются корпорация YOKOGAVA (Япония), Endress+Hauser (Германия), EMCO (США). Ведущими предприятиями в России в области вихревой расходометрии являются ОАО «Сибнефтеавтоматика», Опытный завод «Электрон», ЗАО «Даймет», все г. Тюмень, ООО "Пьезоэлектрик", г. Ростов-на-Дону, ООО «Глобус», г. Белгород, ЗАО «Ирвис», г. Казань, ЗАО «Взлет», г. Санкт-Петербург.
Силовые расходомеры
   Силовые расходомеры (рис. 1.3.) - это приборы, в которых вследствие изменяющегося массового расхода происходит силовое воздействие, потоку проходящего вещества придается ускорение различного вида, при этом снимаются параметры, определяющие степень воздействия или эффекта воздействия.

         1 – электродвигатель;
         2 – трубопровод;
         3, 5 - роторы с малым  радиальным зазором;
         4 – неподвижный  диск;
                                                                            6 – пружина.
Рисунок 1. 3. Схема силового расходомера.
Принцип действия: Внутри трубопровода 2 установлен ротор 3 с малым радиальным зазором, имеющий каналы для прохода жидкости, разделенные перегородками, паралллельными его оси, или же выполненный в виде прямолопастной крыльчатки. Ротор вращается от электродвигателя 1 с угловой скоростью со и закручивает жидкость, которая приобретает винтовое движение, показанное стрелками. Далее жидкость поступает на ротор 5, закрепленный на пружине 6, и закручивает последнюю на угол ф, пропорциональный массовому расходу. Неподвижный диск 4 уменьшает вязкостную связь между роторами.
   Вследствие  изменения первоначального прохождения  через трубопровод вещества возникает  ускорение потока и в зависимости  от способов этих изменений расходомеры  подразделяются на группы:
    - кориолисовые расходомеры;
    - гироскопические расходомеры;
    - турбосиловые расходомеры.
   Силовое воздействие в зависимости от конструкции расходомера бывает внутренним и внешним:
   - внутреннее воздействие происходит  вследствие уменьшения потенциальной  энергии потока вещества (одним  из способов уменьшения потенциальной  энергии потока происходит свледствие его закручивании неподвижными винтовыми лопатками);
   - внешнее воздействие, как правило,  передается от электродвигателя, который колеблет (вращает) прямолопастную крыльчатку преобразователя расхода, закручивающую проходящий поток измеряемого вещества.
   Величины  массового расхода и дополнительное ускорение потока в силовых расходомерах пропорциональны относительно друг друга. Вследствие этого массовый расход и измеряемый параметр пропорционален. Поэтому силовые расходомеры  называют массовыми расходомерами. Массовые расходомеры также используют для измерения среднего значения пульсирующих расходов.
   Одним из преимуществ является то, что  при установке массовых расходомеров нет необходимости в больших  прямых участках до и после расходомера. Исключение составляет двойное колено, придающее винтовое движение потоку. Большое количество вращающихся  частей внутри трубопровода и сложность  конструкции их преобразователей расхода силовых расходомеров является их относительным недостатком.
   У турбосиловых расходомеров ротор или крыльчатка постоянно вращаются. У гироскопических расходомеров и кориолисовых расходомеров подвижный элемент колеблется вокруг оси. Такие расходомеры называются вибрационными расходомерами.
   Погрешность измерения массового расхода  в силовых расходомерах составляет ±0,5 - 3,0 %, они иногда используются при  измерении расхода топлива или  расхода газа. В отдельную группу силовых расходомеров входят перепадно-силовые расходомеры, принцип работы которых заключается преобразовании внешнего силового воздействия в разность давлений определенных мест потока, пропорциональных массовому расходу.
   Преимущества  расходомеров с элементами сопротивления:
    - Низкие затраты на первоначальную настройку.
    - Можно использовать для измерения абразивных, загрязняющих и коррозионных потоков жидкостей.
    - предназначаться для измерения скорости потока расхода, который направлен в одну сторону или имеет несколько направлений, при помощи конструкций сферического элемента сопротивления.
   Недостаткирасходомеров с элементами сопротивления:
    - Неизбежные перепады давления из-за использования стержня и элемента сопротивления.
    - Не настолько часто применяются, как раньше.
Ультразвуковые  расходомеры
   Ультразвуковыми расходомерами (рис. 1.4) называют расходомеры, принцип действия которых заключается в измерении какого-либо эффекта (в зависимости от расхода), создающегося при прохождении акустических колебаний сквозь поток жидкости или газа. Большинство акустических расходомеров работают в ультразвуковом диапазоне.
     

    1 – ультразвуковой датчик;
    2 – первичный  преобразователь;
    3 – сигнальные  кабели;
    4 – электронный  блок.
      
Рисунок 1. 4. Схема ультразвукового расходомера

   Ультразвуковые  расходомеры подразделяются на:
     - расходомеры, работающие по принципу перемещения акустических колебаний движущейся средой;
     -  расходомеры, работающие на принципе эффекта Допплера.
   Наибольшее  применение получили расходомеры, сконструированные  на принципе измерения разности времени прохождения акустических колебаний по направлению потока и против потока измеряемого вещества. Приборы, в которых акустические колебания проходят перпендикулярно к потоку, и измеряется величина отклонения этих колебаний от первоначального направления встречаются редко. Приборы, работающие на явлении Допплера, используются для измерения местной скорости потока, реже для измерения расхода вещества и имеют более простые измерительные схемы.
   Кроме вышеуказанных разновидностей расходомеров, разработаны длинноволновые акустические расходомеры, работающие в звуковом диапазоне частот акустических колебаний.
   Ультразвуковые  расходомеры, как правило, используют для измерения объемного расхода  вещества, но при добавлении в конструкцию  расходомера реагирующего на плотность  измеряемого вещества акустического  преобразователя, возможно измерение  массового расхода. Погрешность  измерения ультразвуковых расходомеров находится пределах от 0,1 до 2,5 %. Чаще всего такие расходомеры используют при измерении расхода жидкости, так как газы имеют низкое акустическое сопротивление и сложность получения интенсивных звуковых колебаний. Ультразвуковые расходомеры применяют для измерения расхода в трубах диаметром 10 мм и больше.
   Ультразвуковые  расходомеры отличаются по устройству первичных преобразователей и по используемым измерительным схемам. Высокие частоты акустических колебаний (0,1-10 МГц) используются для измерения  расхода чистых жидкостей. Для измерения  загрязненных сред частоты колебаний  значительно уменьшают до нескольких десятков КГц, чтобы предотвратить  поглощение и рассеяние акустических колебаний. Длина волны должна быть в разы больше диаметра воздушных  пузырей или твердых частиц. Для  измерения расхода газов используют низкие частоты.
   Принцип действия: Имеется несколько способов измерения очень малого значения, при котором измеряется разность фазовых сдвигов акустических колебаний, направляемых по потоку и против него (фазовые расходомеры); времяимпульсный метод, основанный на непосредственном измерении разности времени прохождения коротких импульсов по потоку и против него (времяимпульсные расходомеры); частотный метод, при котором измеряется разность частот повторения коротких импульсов или пакетов акустических колебаний, направляемых по потоку и против него (частотные расходомеры). Большое распространение получил последний метод и его разновидности.
   По  числу акустических каналов ультразвуковые расходомеры подразделяются на однолучевые или одноканальные, двухлучевые или двухканальные и многолучевые или многоканальные. У первых имеются только два пьезоэлемента, каждый из которых по очереди выполняет функции излучения и приема. Их существенное достоинство — отсутствие пространственной асимметрии акустических каналов, зависящих от различия их геометрических размеров, а также различия температур и концентрации потока в них. Вторые имеют два излучателя и два приемника, образующих два независимых акустических канала, которые располагаются параллельно или перекрещиваются друг с другом. Многоканальные применяются при необходимости измерения расхода деформированных потоков или же для достижения повышенной точности, в частности, в случае применения ультразвукового расходомера в качестве образцового.
   Преобразователь ультразвукового расходомера состоит  из отрезка трубы, на котором установлены  два или четыре пьезоэлемента, иногда используют дисковые пьезоэлементы диаметром d и толщиной а, дающие направленное излучение. Степень этой направленности зависит от волнового параметра.
   При небольших диаметрах труб используют кольцевые излучатели и приемники. На рисунке 1.5. показаны основные схемы преобразователей ультразвуковых расходомеров. В схемах а и б используют кольцевые пьезопреобразователи, создающие сферическое излучение. Схема а - одноканальная, в ней каждый из двух пьезоэлементов излучает и принимает акустические колебания по очереди. Схема б - двухканальная, два крайних пьезоэлемента— приемные, средний пьезоэлемент — излучающий.
     
Рисунок 1.5.  Основные схемы преобразователей ультразвуковых расходомеров
   Преобразователи сферического излучения используют в трубах небольшого диаметра, чтобы  получить необходимую длину измерительного участка. Получить большую длину участка трубы возможно с дисковыми преобразователями, если излучение направлено вдоль оси трубы (схема в, г); когда возникает многократное отражение волны от стенки трубы (схема ж), когда используют отражатели (схема д) или специальные волноводы (схема е). Специальные волноводы актуальны для защиты пьезопреобразователя от агрессивной среды. Схема г — двухканальная, остальные — одноканальные. На практике больше применяются схемы с угловым вводом направленных акустических колебаний. На схеме ж-к показаны одноканальные, а на схеме л, м — двухканальные схемы. Чаще всего (схема ж, и, л, м) в трубопроводах делают впадины — карманы, где размещаются пьезоэлементы. Иногда (схема к) пьезоэлементы располагают снаружи трубопровода. Акустические преобразователи передают колебания через металлический или жидкостный звукопровод стенки трубы и потом измеряемому веществу. Акустические преобразователи (схема и, к) работают с преломлением звукового луча. В преобразователе с многократным отражением (схема ж). Для увеличения пути звуковой луч движется зигзагообразно, многократно отражаясь от противоположных стенок канала.
   Акустические  преобразователи с карманами  применяют для чистых и неагрессивных  сред во избежание засорения, иногда используют подвод воды для очистки  и применяют их для измерения  загрязненных сред. Недостатком этих акустических преобразователей является проблема возможного возникновения  вихреобразования и воздействие  на профиль скоростей.
   В акустических преобразователях с преломлением (схема и, к) такие недостатки отсутствуют, и они снижают реверберационную погрешность, так как исключают возможность попадания на приемный элемент отраженных колебаний. Но в случае изменения давления, температуры и состава измеряемого вещества меняется угол преломления и скорость звука в материале звукопровода.
   Существенным  преимуществом акустических преобразователей вихревых расходомеров с внешними пьезоэлементами (схема к) является отсутствие контакта с измеряемым веществом и сохранение целостности трубопровода. Однако в трубопроводе появляется повышенный уровень помех и паразитных сигналов, обусловленных прохождением акустических колебаний по стенке трубы, и чувствительность таких расходомеров слабее.
   Неоспоримыми  достоинствами ультразвуковых расходомеров являются:
    - малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления,
    - надежность (так как отсутствуют подвижные механические элементы),
    - высокая точность,
    - быстродействие,
    - помехозащищенность.
   Все эти достоинства определили высокую  распространенность данных расходомеров при измерении расхода жидкостей  и газов.
   Сравнительный анализ расходомеров проведем с помощью  таблицы 1.1: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                           Таблица. 1.1.
     Сравнительный анализ расходомеров
  Электромагнитные  расходомеры Вихревые  расходомеры Силовые расходомеры Ультразвуковые расходомеры
Принцип действия Основан на измерении электродвижущей силы, наведенной в жидкости. Основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразова-ния. Основан на измерении эффекта силового воздействия, вследствие изменяющего-ся массового расхода. Основан на измерении  эффекта, создающегося при прохождении  акустических колебаний сквозь поток  жидкости или газа.
Рабочая среда Измерение веществ, удельная электропровод-ность которых > 10 -3 см/м Газ, пар, вода, чистые жидкости с низкой вязкостью, умеренно коррозионные химикаты, легкие суспензии Газ, жидкости Газ, жидкости
Преимущества Просты в обращении; низкая стоимость;
возможность чистки и стерилизации без демонтажа;
на показания  не влияют физико-химические свойства вещества;
высокая стабильность показаний.
Линейный выходной сигнал; широкий динамический диапазон измерений;
малая потеря давления;
простота и  надежность в эксплуатации. 
 
 

Низкие затраты  на первоначаль-ную настройку; возможность измерения  абразивных, загрязняющих и коррозион-ных потоков жидкостей;
возможность измерения  скорости потока расхода.
Малое или полное отсутсвие гидравлического сопротивления; надежность;
высокая точность;
быстродействие;
помехозащи-щенность.

 
 
 
 
 
                                                      Продолжение таблицы 1.1.
Недостатки Большая погрешность; необходимость тщательного, каждодневного технического ухода (поднастройка);
применение для  измерения очень малых расходов;
непригоден для измерения расхода газа.
Отсутствие  удовлетвори-тельных математичес-ких моделей гидродина-мических процессов, происходя-щих в расходомере. Неизбежные  перепады давления; нечастое применение расходомеров.
Сложность монтажа; высокая зависимость качества измерений  от физико-химических свойств жидкости; от распределения скоростей по сечению  потока жидкости; от точности монтажа  первичных преобразователей на трубопроводе.
Область применения Отопительные  системы; металлургия;
биохимическая и пищевая промышленность; строительство; медицина.
Отрасль промышлен-ности. Нефтегазовые  компании. Нефтедобывающие и нефтеперера-батывающие компании; биохимическая промышленность.
Погрешность измерений  
1,0 – 2,5%
 
1,0 – 1,5%
 
0,5 – 3,0%
 
0,1 – 2,5%
Фирмы производители ПРЭМ-2 и 3; Взлет ЭР;
ADMAG AXF;
РОСТ-72
ЭМИС; ВИХРЬ 200;
АВВ;
ISOMAG;
Allen-Bradley;
Control Techniques Drives
GROS; ТИРЭС
Взлет-МР; Днепр-7;
Гобой-1;
SONOFLO

 
   Существует  большое количество средств для измерения расхода жидкостей при различных условиях. Они всё время модернизируются с целью повышения метрологических и технических характеристик.
   Но  среди всех методов измерения  расхода особо выделяются акустические, в частности ультразвуковые. Т.к. ультразвуковые расходомеры имееют массу достоинств: высшую точность измерения в широком интервале расходов; сверхвысокое быстродействие (десятки миллисекунд), и возможность измерения пульсирующих расходов; высокие показатели надежности (из-за отсутствия подвижных узлов); отсутствие депрессирующих элементов и вызванных ими потерь давления; принципиальную возможность измерения массового расхода и сохранение работоспособности при изменении направления потока; возможность измерения большого класса сред от жидких металлов до криогенных жидкостей и газов.
   Выделяют  несколько ультразвуковых методов  измерения расхода, которые по-разному  реализуют достоинства ультразвуковых расходомеров. Поэтому современные  ультразвуковые расходомеры совмещают  в себе все преимущества каждого  метода, и идеально подходят под  высокие требования современного производства.
   Ультразвуковые  приборы - одно из новых направлений  в приборостроении, получившее интенсивное  развитие в последние 30 лет, благодаря  новым достижениям в области  микропроцессорной электроники.  Особенностью данного типа приборов является использование производителями  принципиально различных ультразвуковых методов и конструктивных решений, что приводит к  существенным различиям  эксплуатационных и метрологических  характеристик ультразвуковых приборов, производимых разными фирмами. В  основном на рынке присутствуют приборы, реализующие дифференциальный, доплеровский и корреляционный методы. 
 
 

   1.2  Конструкции ультразвуковых расходомеров  и их анализ
   Ультразвуковые  расходомеры на российском рынке  представлены несколькими отечественными и зарубежными производителями. Проанализируем их основные характеристики и особенности применения для  измерения объема жидкости.
   В ультрозвуковых расходомерах используются два метода. Первый метод основан на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него (фазовые расходомеры).
   Второй  метод основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов  или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных одновременно по потоку и против него (частотные расходомеры).
   В настоящее время очень много  говорится об уникальности ультразвукового  метода измерений с накладными датчиками, который заключается в возможности бесконтактного определения расхода протекающей по трубопроводу среды. При этом нельзя не отметить целый ряд существенных преимуществ накладных расходомеров:
    - нет необходимости встраивать расходомерный участок в трубу;
    - исключена потеря давления на расходомерном участке;
    - датчики расхода не погружены в измеряемую среду, а значит, исключено их загрязнение и образование на них осадка;
    - возможность использования там, где нежелательно вторгаться в   измеряемую среду.
   Такими  особенностями не обладает ни один другой метод измерения. Но при таких  особенностях, накладные датчики  имеют огромный недостаток: от точности монтажа зависит погрешность  измерений. Так при небольшом  смещении датчика ухудшение точности наблюдается на 1 – 2 %, а при большем  смещении погрешность увеличивается  до 30 %. Также существует зависимость  погрешности измерений от диаметра трубопровода и его длины. Непредсказуемость  поведения накладных датчиков в  условиях эксплуатации приводит к выводу в пользу выбора врезных датчиков. 
   Расмотрим конструкции ультразвуковых расходомеров, следующих фирм Днепр-7, Гобой-1, SONOFLO, Взлет-МР.
Днепр-7
   Доплеровский  ультразвуковой расходомер-счетчик  Днепр-7 является прибором общепромышленного  назначения с широким диапазоном контролируемых сред с накладным  монтажом датчиков.
   Расходомер-счетчик  ультразвуковой Днепр-7 предназначен для  технологических и коммерческих измерений, контроля и учета объемного  расхода, количества жидкости и насыщенного  водяного пара в системах холодного, горячего водоснабжения, теплоснабжения и водоотведения.
   Расходомер-счетчик  ультразвуковой Днепр-7 может применяться  на объектах ЖКХ, в химической, нефтедобывающей, металлургической, целлюлозобумажной, пищевой, и в других отраслях промышленности, так же на энергетических объектах ТЭЦ, АЭС.
   Контролируемая  среда:
    - Вода: артезианская, чистая питьевая, сточная, горячая сиаманская, речная, c примесями, аэрированная и т.д.
    - Жидкости: кислоты, ацетоны, щелочи, растворы коагулянтов, спирты и их растворы и т.д.
    - Насыщенный водяной пар при температуре от 100 до 200 °С.
   При индивидуальной градуировке возможна работа на мазуте и воздухе.
   Расходомер  может применяться на металлических (в том числе и гуммированных), керамических и железобетонных, заполненных  и незаполненных (самотечных) трубопроводах.
   Расходомер  может быть применен для автономных измерений объемного расхода  и количества воды или насыщенного  водяного пара, а также в комплекте  с теплосчетчиками для расчета, расходуемой тепловой энергии.
   Расходомер  содержит два накладных (прикрепляемых  к наружной поверхности трубопровода) ультразвуковых преобразователя (ПП) с  соединительными кабелями, процессорный блок (ПБ) и блок питания (БП) с цифровым отсчетным устройством (индикатором).
   Расходомер  обеспечивает непрерывное зондирование жидкости (пара) ультразвуковыми импульсами постоянной частоты и преобразование доплеровского сдвига частотного спектра  отражений, зависящего от скорости потока, в импульсный сигнал пропорциональной частоты, его обработку и цифровое измерение количества жидкости (пара) нарастающим итогом с масштабным коэффициентом, устанавливаемым по сечению трубопровода.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.