43451

Проектирование системы для измерения расхода по методу переменного перепада давления

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание принципа измерения расхода по методу переменного перепада давления Расчет и выбор сужающего устройства Датчики давления серии Метран44ДД Список использованных источников Введение Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей газов и паров является принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Русский

2013-11-05

147.5 KB

97 чел.

Министерство образования и науки РФ

Пермский государственный технический университет

Березниковский филиал

Кафедра автоматизации технологических процессов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу: Технологические измерения и приборы

тема: «Проектирование системы для измерения расхода

по методу переменного перепада давления»

       Выполнил: студентка гр. АТП-00

           Ерыпалова М.Н.

Проверил: ст. преподаватель

  Краев С.Л.

г. Березники, 2004.


Оглавление

[1] Введение

[1.1]
2. Описание принципа измерения расхода по методу переменного перепада давления

[2] Расчет и выбор сужающего устройства

[3]
4. Разработка и описание схемы измерения расхода с обоснованием выбора необходимых приборов и оборудования

[3.1] 4.1. Датчики давления серии Метран-44-ДД

[3.2] 4.2. Диафрагма

[3.3] 4.3. Показывающий и регистрирующий прибор ДИСК-250ДД

[4]
5. Составные части диафрагмы

[5]
6. Приборы, необходимые для измерения расхода

[6]
7. Пример реального использования спроектированной системы измерения

[7] 9. Список использованных источников


  1.  Введение

Одним из самых распространенных принципов измерения расхода жидкостей, газов и паров является принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве.

Широкое использования этого принципа связано с рядом присущих ему преимуществ. К их числу относятся:

  •  простота и надежность,
  •  отсутствие движущихся частей,
  •  легкость серийного изготовления средств измерений практически на любые давления и температуры измеряемой среды,
  •  низкая стоимость,
  •  возможность измерения практически любых расходов

и, что особенно существенно,

  •  возможность получения градуировочной характеристики расходомеров расчетным путем, т.е. без использования дорогостоящих расходоизмерительных метрологических установок.


2. Описание принципа измерения расхода по методу переменного перепада давления

В трубопроводе, по которому протекает контролируемое вещество, устанавливается специальное сужающее устройство, проходное сечение которого, соосное с трубопроводом, значительно меньше его по сечению (рис. 1).

Рис. 1. Схема, поясняющая характер изменения потока

и график распределения статического давления:

IIII – сечения потока.

Вследствие перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую его средняя скорость в суженном сечении повышается, в результате, статическое давление в данном сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством.

Характер изменения статического давления р на участке трубопровода l, где установлено сужающее устройство, показан на графике. Изменение давления струи по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка, расположенного непосредственно перед торцом сужающего устройства и в самом сужающем устройстве, где давление потока по оси трубы снижается (пунктирная линия). В начале участка поток установившийся, в сечении I еще не сказывается возмущающее воздействие сужающего устройства, а абсолютное статическое давление равно . Перед самым сужающим устройством, где поток начал деформироваться и скорость его упала, абсолютное статическое давление возросло до величины . Далее поток начинает проходить через сужающее устройство, его скорость возрастет, а давление падает и у торца сужающего устройства (за ним) примет значение р2. Пройдя сужающее устройство, поток, по инерции еще продолжает сужаться; самая узкая его часть будет в сечении II при абсолютном статическом давлении . После этого поток вновь расширяется до полного сечения трубопровода и в сечении III становится установившимся.

Однако давление р3 в этом сечении будет меньше давления сечении I на величину рп (потеря давления), так как часть кинетической энергии потока израсходовалась на преодоление трения в сужающем устройстве и на завихрение до и после сужения (мертвые зоны).

Разность (перепад) давлений до и после сужающего устройства тем больше, чем больше расход вещества, и, следовательно, может служить мерой расхода.

Зависимость между расходом несжимаемой жидкости и перепадом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли и уравнением неразрывности струи (предполагается, что поток жидкости идеальный: отсутствуют обмен энергией с окружающей средой и трение, скорости потока В любой точке сечения I, а также сечения II одинаковы, трубопровод горизонтальный):

,     (1)

где v1 и v2  скорости потока в сечениях I и II; ρ1 и ρ2 – плотности жидкости в сечениях I и II; S1 и S2 – площади сечений I и II.

Уравнение Бернулли показывает, что для двух сечений сплошного потока общая энергия его неизменна, а условие неразрывности утверждает, что при любом движении капельной жидкости ее объем, втекающий в рассматриваемый неподвижный объем и вытекающий из него, равны между собой.

Так как при прохождении через сужающее устройство плотность жидкости почти не изменяется ρ1 = ρ2 = ρ, можно записать

    (2)

Решая систему (2) относительно v2, получим:

  (3)

Объемный расход равен произведению скорости на площадь сечения потока, т. е.

  (4)

Это уравнение справедливо для идеального потока несжимаемой жидкости. Если же перейти к реальным потокам сжимаемых сред, а также учесть, что практически перепад давления  измеряется у торцов сужающего устройства, где он равен , а вместо площади потока S2 в самом узком месте пользуются площадью сечения самого сужающего устройства S0, то уравнение для измерения объемного расхода (в м3/с) реального потока примет следующий вид:

    (5)

Для определения массового расхода (в кг/с) применяется следующее равенство:

    (6)

В уравнениях (5), (6) приняты следующие обозначения α – коэффициент расхода – безразмерная величина, определяемая только экспериментально; зависит от типа сужающего устройства, его модуля т=(d/D)'2 (где d и D соответственно диаметры проходных сечений сужающего устройства и трубопровода) и характера потока (критерия Рейнольдса). Этот коэффициент показывает, во сколько раз действительный расход вещества, протекающего через сужающее устройство, меньше или больше теоретического

;

ε – поправочный множитель, учитывающий изменение плотности измеряемой среды при прохождении через сужающее устройство; зависит от типа и модуля сужающего устройства, величины отношения  (где р – абсолютное давление измеряемой среды) и показателя адиабаты компонента. Для жидкостей ε = 1. Для практического использования уравнений (5) и (6) в них производят следующие преобразования: S0 выражают через диаметр сужающего устройства, т. е. S0 =  (м переводят мм), а секундный расход выражают через часовой. После этого рабочие формулы объемного (в м3/ч) и массового (в кг/ч) расходов будут иметь следующий вид:

    (7)

    (8)

где Δр = р1р2, Н/м2, или Δр = (р1р2) 9,81, кгс/см2, тогда

Полученные зависимости справедливы для горизонтальных, наклонных и вертикальных трубопроводов. Они показывают, что расход связан с перепадом давления квадратичной зависимостью.


  1.  Расчет и выбор сужающего устройства

Программный комплекс "Расходомер-СТ", в.4.40 от 27.01.00, с/н:004-450055

(Pазработчик: ВНИИ расходометрии, Казань)

Владелец данной копии программы: ОАО «Ависма»

Расчет N 19 от 29.4.2004,

выполнен в соответствии с ГОСТ 8.563.1-97, ГОСТ 8.563.2-97.

Характеристика измеряемой среды

Измеряемая среда – ВОЗДУХ

       влажный

Относительная влажность………………………………………………………………….…80 %

Барометрическое давление...............…………………………………………………..….....760 мм рт.ст

Избыточное давление....................………………………………………………………….0,04 МПа

* Абсолютное давление....................………………………………………………………0,14132 МПа

Температура............................…………………………………………………………………25 град.C

 * Плотность в стандартных условиях……………………………………………………....1,2044 кг/м3

 * Плотность сухой части при ее парциальном давлении и рабочей температуре…….…1,6212 кг/м3

 * Плотность в рабочих условиях...........…………………………………………………….1,6402 кг/м3

 * Показатель адиабаты…………………………………………………………………………..1,4

 * Динамическая вязкость..................……………………………………………………….0,0000183 * Па  с

Характеристика сужающего устройства

Сужающее устройство:

Диафрагма с угловым способом отбора давления

* Диаметр сужающего устройства

в стандартных условиях.................………………………………………………………….201,1 мм

* Диаметр сужающего устройства

в рабочих условиях.....................…………………………………………………………..201,12 мм

Материал сужающего устройства………………………………………………………..Сталь 12Х18Н9Т

* Поправочный коэффициент на расширение

материала сужающего устройства.........………………………………………………………...1

* Радиус закругления входной кромки......……………………………………………………..0,05 мм

* Поправочный коэффициент на неостроту

входной кромки диафрагмы..........……………………………………………………...……….1

* Наибольшее значение шероховатости

поверхности входного торца диафрагмы...…………………………………………….0,020112 мм

* Наибольшее значение шероховатости отверстия

диафрагмы.............................…………………………………………………………...0,0020112 мм

* Наибольшее значение шероховатости

поверхности выходного торца диафрагмы.………………………………………………….0,01 мм

* Толщина диафрагмы   от..................………………………………………………………….1,565 мм

*                                       до..................…………………………………………………………..15,65 мм

* Допуск на изготовление диаметра СУ.....…………………………………………………0,14077 мм

Характеристика трубопровода

Диаметр трубопровода в стандарт.условиях………………………………………………….313 мм

* Диаметр трубопровода в раб. условиях...…………………………………………………...313,01 мм

Материал трубопровода..................………………………………………………………………Сталь 20

* Поправочный коэффициент на расширение

материала трубопровода................……………………………………………………………….1

Абсолютная эквивалентная шероховатость

стенок трубопровода....................……………………………………………………………….0,1 мм

* Поправочный коэффициент на шероховатость

трубопровода...........................……………………………………………………………………1

Характеристика измерительного участка

Первое (против потока) местное сопротивление

Отвод (колено)

Второе (против потока) местное сопротивление

Тройник

Местное сопротивление после сужающего устройства

Есть

Расстояние между первым местным сопротивлением и сужающим устройством..................6,88639 м

диаметр трубопровода между 1-м и 2-м МС………………………………………………………..313 мм

Расстояние между первым и вторым местными сопротивлениями……………………………4381,9 мм

Расстояние между сужающим устройством и местным сопротивлением после него..…...…2,19112 м

* Суммарная погрешность, вводимая в связи с сокращением длин

прямых участков трубопроводов.........………………………………………………………………0,5  %

   Гильзы термометра нет

Комплексные параметры расходомера

* Относительный диаметр СУ...............……………………………………………………………0,6425

* Число Рейнольдса при максимальном измеряемом расходе.....................…………………...525041,7

Перепад давления на сужающем устройстве………………………………………………………400 кгс/м2

* Коэффициент расхода сужающего устройства………………………………………………….0,6636

* Коэффициент расширения................…………………………………………………………….0,99069

* Коэффициент истечения..................……………………………………………………………..0,60443

* Потери давления........................…………………………………………………………………...227,95 кгс/м2

Верхний предел измеряемого расхода

сухой части в стандартных условиях.....…………………………………………………………7000 м3

Расчет расхода (проверка) при верхнем пределе перепада давления:

Обьемный расход:

* - сухой части в стандартных условиях.....……………………………………………………..7000,01 м3

* - влажного газа в стандартных условиях………………………………………………………7082,01 м3

Массовый расход

* - сухой части………………………………………………….........................………………….2,34199 кг/с

* - влажного газа…………………………………………………………………………………..2,36942 кг/с

Примечание: Знаком "*" отмечены расчетные величины.

Исполнитель:______________________________


4. Разработка и описание схемы измерения расхода с обоснованием выбора необходимых приборов и оборудования

Дифманометр-расходомер и сужающее устройство связаны двумя соединительными трубами. Мы применим медные трубки.

В процессе работы соединительные трубки необходимо периодически продувать для очистки и удаления из них влаги

Схема расходомера (рис. 2) состоит из следующих основных частей:

а) стандартного сужающего устройства 1, установленного в трубопроводе, по которому протекает контролируемое вещество;

б) дифференциального манометра-расходомера 3 жидкостного (поплавкового, колокольного, кольцевого) или пружинного (мембранного, сильфонного), шкала которого градуирована в единицах расхода (м3/ч, кг/ч) или в %. В зависимости от требований дифманометр может быть показывающим, самопишущим, сигнализирующим и регулирующим. Выбирать дифманометр необходимо, руководствуясь ГОСТ 18140 – 77; предельный номинальный перепад давления выбирается из ряда чисел, указанных в ГОСТе, а верхний предел измерения дифманометра Qп (по наибольшему измеряемому расходу Qmax, причем Qп должен быть ближайшим большим к Qmax числом из приведенного ряда чисел;

в) соединительных (импульсных) линий 2, служащих для соединения с дифманометром-расходомером мест отбора до и после сужающего устройства, проложенных трубами из стали, меди, алюминия диаметром 10–15 мм или полиэтилена диаметром 8 мм. Длина соединительных линий от сужающего устройства до дифманометра не должна превышать 50 м.

Рис. 2. Схема установки расходомера:

1 – сужающее устройство; 2 – соединительные линии;

3 – дифманометр-расходомер.

4.1. Датчики давления серии Метран-44-ДД

Датчики давления серии Метран-44-ДД предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования, управления и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал.

Датчики работают со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, воспринимающими стандартный токовый сигнал.

Датчики имеют трехмембранную конструкцию преобразователя разности давлений, защищенную патентом.

Датчики Метран-44-ДД выпускаются только с микропроцессорным преобразователем, который имеет преимущества перед датчиками с аналоговым преобразователем по всем показателям: метрологическим, функциональным, эксплуатационным.

Датчики Метран-44-ДД с микропроцессорным преобразователем предназначены для измерения разности давлений.

Для измерения разности давлений мною выбран

Метран-44-ДД-4420-02-МП-t10-025-63кПа-10-42-К1/4”-ТУ4212-002-12580824-94

Устройство и работа датчика

Датчик давления состоит из преобразователя давления – измерительного блока (ИБ) и электронного преобразователя (ЭП).

При измерении разности давлений (ДД) датчиками Метран-44 положительное и отрицательное давления подаются в камеры " + " и "-" соответственно.

Разность давлений рабочей среды воздействует на мембрану и посредством тяги вызывает деформацию чувствительного элемента, скрепленного с мембраной тензопреобразователя.

Измерительная мембрана защищена с двух сторон разделительными мембранами, полость между которыми заполнена кремнийорганической жидкостью; разность давлений рабочей среды воздействует на разделительные мембраны.

Чувствительный элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны (деформация мембраны тензопреобразователя) приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы.

Микропроцессорный электронный преобразователь датчиков с МП принимает аналоговый сигнал от преобразователя давления и преобразовывает его в цифровой код.

Микроконтроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя давления, передает цифровой сигнал в цифро-аналоговый преобразователь, который преобразует его в выходной токовый.

Энергонезависимая память АЦП предназначена для хранения коэффициентов коррекции характеристик преобразователя давления.

Блок регулирования и установки параметров предназначен для изменения параметров датчика.

Применение микропроцессорной электроники обеспечило возможность самодиагностики, контроля, и настройки параметров датчиков непосредственно на месте эксплуатации.

Контроль и настройка параметров датчика осуществляются с помощью трехкнопочного переключателя и индикаторного устройства (жидкокристаллический индикатор ЖКИ).

Разъем и трехкнопочный переключатель расположены под крышкой ЭП.

4.2. Диафрагма

Диафрагма представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода и находилось под углом 30 – 45º.

Диафрагма (сужающие устройства) предназначена в комплекте с датчиками разности давлений для измерения расхода жидкостей, пара, газа методом переменного перепада давлений.

Стандартная диафрагма – наиболее простое и распространенное сужающее устройство. Ее применяем без индивидуальной градуировки для трубопроводов D50 мм при условии, что 0,05 ≤ m ≤0,7.

Мною выбрана диафрагма

ДКС 0,6-300-А/Б-1-ГОСТ 8563.1, износоустойч.

4.3. Показывающий и регистрирующий прибор ДИСК-250ДД

Прибор применяется для измерения и регистрации активного сопротивления, силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные выше сигналы. Этот прибор обеспечивает сигнализацию и регулирование параметров техпроцесса, преобразование входного сигнала в выходной непрерывный токовый сигнал.

Приборы ДИСК-250ДД воспринимают токовый выходной сигнал от датчиков избыточного давления, уровня, перепада давлений и других, имеют встроенные источник питания (БП) датчиков с U = 36 В и Iн = 50 мА и устройство корнеизвлечения (БК).

Мною выбран

Диск-250ДД АBCD, УХЛ4.2, 4-20 мА, 0-7000 м3/ч, 0-5 мА, ТУ 25-0521.104-85


5. Составные части диафрагмы

Наименование

Количество

Корпус кольцевой плюсовой камеры

1

Корпус кольцевой минусовой камеры

1

Диафрагма

1

Прокладка ПОН 0,6 ГОСТ 1481-80

1

Патрубок. Труба 16*2 ГОСТ 8732-78

2

Прокладка

2

Фланец

2

Шпилька М 30*300

8

Гайка М 30 ГОСТ 5915-70

16


6. Приборы, необходимые для измерения расхода

Наименование

Количество

Измерительное устройство

Метран-44-ДД-4420-02-МП-t10-025-63 кПа-10-42-К1/4”-ТУ 4212-002-12580824-94

1

Прибор регистрирующий

Диск-250ДД АBCD, УХЛ4.2, 4-20 мА, 0-7000 м3/ч, 0-5 мА, ТУ 25-0521.104-85

1

Диафрагма

ДКС 0,6-300-А/Б-1-ГОСТ 8563.1, износоустойч.

1

Блок питания

БП 96/36-2/80-ТУ 689400-006-13282997-96

1


7. Пример реального использования спроектированной системы измерения

Расходомеры необходимы, прежде всего, для управления производством. Без них нельзя обеспечить оптимальный режим технологических процессов в энергетике, металлургии, в химической, нефтяной, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности. Эти приборы требуются также для автоматизации производства и достижения при этом максимальной его эффективности.

Расходомеры нужны для управления самолетами и космическими кораблями, для контроля работы оросительных систем в сельском хозяйстве и во многих других случаях. Кроме того, они требуются для проведения лабораторных и исследовательских работ.


8. Заключение

Измерение расхода на основе переменного перепада давления – наиболее изученный и распространенный в производственной практике метод.

Значение счетчиков и, особенно расходомеров жидкости, газа и пара очень велико. Раньше основное применение имели счетчики воды и газа преимущественно в коммунальном хозяйстве городов. Но с развитием промышленности все большее значение приобрели расходомеры жидкости, газа и пара.


9. Список использованных источников

1. Основы автоматизации химических производств и техника вычислений / Мелюшев Ю.К. // Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1982;

2. Технологические измерения и приборы для химических производств / Кулаков М.В. //Учебник для вузов по специальности «Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов» – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983 – 424 с.;

3. Номенклатурный каталог «Метран» 2001.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23436. Полоцкое княжество в IX-XI вв. Княжеско-вечевой строй 17.26 KB
  Еще при жизни Всеслав распределил отдельные княжества Полоцкой земли между семью своими сыновьями которые начали междоусобную борьбу. в общественнополитической жизни Полоцкой земли происходят значительные изменения. на севере и западе Полоцкой земли появились немецкие рыцарикрестоносцы которые захватили полоцкие города Кукенойс и Герцике. Начинается период развития Полоцкой земли в союзе с Литвой в новом государстве – ВКЛ.
23437. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ 6.3 MB
  Малиновский ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ Владивосток 2004 УДК 581.1 Физиология растений. В учебном пособии кратко изложены основные разделы физиологии растений: физиология растительной клетки водный обмен минеральное питание фотосинтез брожение и дыхание гетеротрофное питание транспорт и выделение веществ рост и развитие движения растений механизмы защиты растений от факторов внешней среды в том числе и от патогенов. Особенности водного обмена у растений разных экологических групп .
23438. Способы построения, архитектура и обмен данными в цифровых сетях связи 1.2 MB
  Цифровые сети могут строиться на основе уже существующих проводных линий связи (медные, оптические), прокладываться специально выделенные линии, или строиться каналы беспроводной передачи данных. Архитектура сетей подразумевает различные технологии, протоколы...
23439. ФЕНОТИПИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС 428 KB
  Его обсуждение с дарвинистских позиций началось как известно с гипотезы органического или совпадающего отбора Моргана Болдуина выдвинутой на рубеже нашего века; в 30 40х годах в нашей стране к нему вновь было привлечено большое внимание благодаря работам таких исследователей как В. Одно из них унаследованное генетической теорией еще от вейсмановского неодарвинизма полагает что модификации или ненаследственные изменения в качестве таковых не имеют эволюционного значения и могут только замедлять темпы отбора если попадают в его...
23440. Строение и химия клеточного ядра. Клеточная биология 1.68 MB
  Структура и химия хроматина ДНК хроматина Репликация эукариотических ДНК Основные белки хроматина – гистоны Функциональные свойства гистонов Первый уровень компактизации ДНК. Структурная роль нуклеосом Нуклеосомы при репликации и транскрипции Второй уровень компактизации ДНК – 30 нм фибрилла Негистоновые белки Петлевые домены ДНК – третий уровень структурной организации хроматина ГЛАВА 6. Ядерный белковый матрикс Общий состав ядерного матрикса ДНК ядерного белкового матрикса ГЛАВА 7. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки...
23441. Репликация генома 2.58 MB
  ДНКполимеразы 1. Биосинтез ДНК.2 Бактериальные ДНКполимеразы 1. ДНКполимераза I E.
23442. Биобезопасность 5.6 MB
  Мотивирующие факторы биотерроризма Возможные источники появления у террористов биологического оружия и пути предупреждения его распространения Последствия биотерроризма значимость психологического фактора Биотерроризм как составляющая часть угрозы распространения опасных инфекционных заболеваний человека и животных общие и отличительные черты Потенциальные и реальные патогены для биотерроризма Общие черты и отличительные особенности биотерроризма и естественных вспышек инфекционных заболеваний. Защита человека и общества...
23443. Сибирская язва 1.56 MB
  Три мембраносвязанные энзима необходимые для синтеза капсулы кодируются pXO2 плазмидой массой 60 мегадальтон Наличие капсулы отличает вирулентные штаммы сибирской язвы от вакцинного. Многочисленные исследования убедительно показали что вирулентность возбудителя сибирской язвы утратившего способность образовывать капсулу снижается в десятки тысяч раз хотя его способность вызывать иммунитет сохраняется. Во время Второй Мировой войны Великобритания тестировала взрывчатку с бациллами сибирской язвы на шотландском острове Груинард. Бактерии...
23444. Современные методы индикации и идентификации B.anthracis 98 KB
  В Центре по контролю за заболеваемостью США разработали оптимизировали и оценили ферментносвязанный иммуносорбентный анализ ELISA на IgG антитела к защитному антигену PA Bacillus anthracis в сыворотке человека. Identification of Bacillus anthracis by a sample protective antigenspecific mAb dotELISA. Detection of frequency resonance energy transfer pair on doublelabeled microsphere and Bacillus anthracis spores by flow cytometry. anthracis лабораторной службы США.