Счетчик воды ультразвуковой - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Анализ работы устройства.
1. 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.
3. Счетчик имеет двадцать четыре модификации в зависимости от
диаметра условного прохода (Ду) ПР и условного давления
(Ру).
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.
2. 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.
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[pic]=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 [pic]с этой жидкости,протекающей через
известное сечение трубопровода S за время Т.
Vс = S [pic][pic]c [pic]T,
(1)
S = [pic],
(2)[pic]
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=[pic]+t1=T1o+t1, (3)
T2=[pic]+t2=T2o+t2, (4)
где L- расстояние между зеркалами ППЭ В1,В2 в акустическом канале
ПР;
с- скорость ультразвука в продукте ;
[pic]- 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=[pic], (5)
где ri- величина смещения оси акустического канала от оси ПР
(ri[pic]0 -[pic] ).
Величина ,обратная значению T1(T2),является частотой автоциркуляции
синхроколец f1(f2).
Разность этих частот определяет истинное значение измеряемой
частоты,пропорциональной средней скорости измеряемой жидкости:
[pic]f=f1-f2=[pic][pic][pic], (6)
[pic] , (7)
где [pic]скорость по лучу с учётом коэффициента гидродинамической
поправки Br.
[pic]t=t2-t1,
(8)
где [pic]t- величина неадекватности периодов автоциркуляции при
[pic].
С помощью схемных решений добиваются того, чтобы [pic]t=0, т.е.
t1=t2=t.
Тогда [pic]f=[pic] , (9)
Отсюда [pic]f , (10)
и мгновенной расход измеряемой жидкости Q будет равен:
Q=[pic]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=[pic], (12)
При наличии расхода измеряемой жидкости Т1[pic]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:
[pic],
(13)
где [pic] - 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 [pic])
Период схождения при этом должен соответственно умень-
шится и составить:
T=[pic],
(15)
Задержка to, вводимая в работу схемы, должна нейтрализовать действие
составляющей «t[pic]» в выражениях (10), (11) и поэтому удовлетворять
условию:
Т=[pic]=[pic], (16)
С учётом выражений (3) и (4) выражение (16) можно представить в виде:
[pic], (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=[pic] , (18)
Так, при t=5[pic]и Т1о=Т2о=200[pic],
величина to=2,5[pic],
при Т1о=Т2о=1000[pic],
величина to=2,5[pic].
В результате величина, обратная периоду схождения Т, соответствует
разности частот автоциркуляции синхроколец, т.е. из выражения (16)
получается, что
[pic]f=[pic], (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 Тu количество измеряемой жидкости (объем) Vu
определяется как
[pic][pic], (20)
[pic],
(21)
где К - коэффициент преобразования счетчика;
Nu – количество импульсов разностной частоты (f за время
прокачки tu измеренного объема Vu.
Физически коэффициент К определяет количество импульсов разностной
частоты (f, 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:
[pic], (22)
и может быть рассчитан теоретически.
3. 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
Предельные эксплуатационные данные
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при Rбэ=10кОм:
КТ315В, КТ315Д
40 В
Постоянное напряжение база-эмиттер 6 В
Постоянный ток коллектора:
КТ315В,КТ315Д
100мА
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Т=213-298К
КТ315В, КТ315Д
150 мВт
Температура перехода
393 К
Температура окружающей среды 213 до 373К
Транзистор КТ203А.
Транзистор кремниевый эпитаксально - планарный p-n-p маломощный.
Предназначен для работы в усилительных и импульсных схемах.
Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами.
Обозначение типа приводится на корпусе.
Масса не более 0,5 г.
Электрические параметры.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общей базой при
Uкб=5 В, Iэ=1 мА, не менее: 5МГц
Коэффициент передачи тока в режиме малого сигнала при Uкб=5 В, Iэ=1 мА
не менее
|
