книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

ды 40, 63, 100, 160 и 250 кПа. Предельная основная погрешность для большинства моделей составляет 0,25 и 0,5 % . Диаметр вос­ принимающих гофрированных мембран для модели 2410 равен 120 мм, а для других моделей только 60 мм.

Преобразователи «Сапфир-22ДД» имеют высокую точность, ме­ таллоемки, компактны и малогабаритны. Их недостатки: некото­ рая сложность изготовления; смещение нуля выходного сигнала, а иногда и изменение характеристики во времени; влияние тем­ пературы на показания вследствие большого коэффициента объем­ ного расширения кремнийорганической жидкости, хотя тензорезисторный преобразователь и содержит элементы для темпера­ турной компенсации. Подобным «Сапфиру-22ДД» является дифманометр «Метран-43ДД».

Поверку преобразователей «Сапфир-22ДД о надо выполнять в соответствии с методическими указаниями МИ 339-83, состав­ ленными НИИТеплоприбор и ПО «Манометр».

9.6. ДИФМАНОМЕТРЫ С ВЯЛОЙ МЕМБРАНОЙ

Наряду с приборами, имеющими упругие (металлические) мем­ браны, существуют дифманометры с вялыми мембранами, не име­ ющими упругости, которая могла бы оказать влияние на точ­ ность измерения. Такие мембраны лишь воспринимают измеряе­ мый перепад давления, а противодействующая сила создается до­

222

ся пружиной 5 со специальной гайкой 4 . Для корректировки нуля вторичного прибора имеется опорная гайка 7, вращая кото­ рую можно перемещать преобразователь 6. Для выпуска воздуха трубка 2 имеет вверху отверстие, закрываемое пробкой 3. Дифманометр ДМИ работает в комплекте с вторичными приборами ти­ пов ВФП, ВФС, ВФПС, ВФСС. Питание первичных обмоток преоб­ разователей дифманометра и вторичного прибора от разделитель­ ного трансформатора напряжением 24 В. Потребляемая мощ­ ность не более 50 В •А. Приборы рассчитаны на статические дав­ ления 6,3 и 25 МПа и Артах от 0,63 кПа до 0,1 МПа. Приведенная погрешность комплекта по шкале вторичного прибора ±1,5 % . Основное назначение дифманометров ДМИ — измерение расхода газа, но они могут служить и для измерения расхода жидкостей.

9.7.СИЛЬФОННЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

Всильфонных дифманометрах измеряемый перепад давления хотя и воспринимается сильфонами, но обычно лишь в незначи­ тельной мере уравновешивается их упругими силами. Основную противодействующую силу создают винтовые пружины. Благо­ даря этому существенно снижается влияние упругих сил силь­ фонов на погрешность измерения и упрощается переход на дру­ гой предел измерения посредством смены винтовых пружин (силь­ фонный же узел остается неизменным).

На рис. 95 показано устройство сильфонного блока дифмано­ метров ДСС и ДСП казанского завода «Теплоконтроль». Сильфо­ ны 6 и 13 приварены к гайкам 7 и 11, ввинченным в перегород­ ку 10, которая сжата болтами между крышками 3 и 15. Давление

Pl поступает через штуцер 4 и действует на сильфон 69 а давле­ ние Р2 — через штуцер 14 и воздействует на сильфон 13. На конце штока 12, связывающего конусные днища 2 и 20 сильфо­ нов, имеется диск 16 с несколькими винтовыми пружинами 17. Другие концы последних укреплены на основании 13, связанном шпильками 19 с перегородкой 10. Внутренние полости сильфо­ нов и перегородки заполняются под вакуумом жидкостью (33 % глицерина и 67 % воды) с низкой температурой (-17 °С) замер­ зания. Изменение перепада давления вызывает частичное пере­ текание жидкости из одного сильфона в другой, перемещение штока 12 и изменение натяга противодействующих пружин 17. При этом поворачивается рычаг 3, нижний конец которого при­ жат к диску 23 на штоке 12. Рычаг 3 укреплен на левом утол­ щенном конце стержня 3, опирающемся на шариковый подшип­ ник. К этому концу приварен левый конец тонкостенной торси­ онной трубки, а ее правый конец — к выходному концу корпуса муфты. Поворот рычага 3 вызывает закручивание тонкостенной трубки вокруг правого конца и поворот стержня 9 на некоторый угол. Правый конец стержня 9 соединен передаточным механиз-

223

Рис. 95. Двухсильфонный дифманометр

мом со стрелкой или пером прибора. Торсионная трубка герме­ тически разделяет концы стержня 9. Защита сильфонов 6 и 13 (см. рис. 95) от случайной перегрузки достигается с помощью резиновых кольцевых клапанов 1 и 21, прижимаемых к кольце­ вым седлам в перегородке 10, и при этом прекращается перете­ кание жидкости из одного сильфона в другой. При увеличении окружающей температуры часть жидкости через отверстия во внутренней стенке сильфона 6 перетекает в небольшой (три гофра) сильфон 5, днище которого не связано со штоком 12. Этим устра­ няется влияние температуры на показания прибора. С помощью клапана 22 можно изменять скорость перетекания жидкости из одного рабочего сильфона в другой, а значит, и степень успокоения дифманометра. Бнизу полостей, образованных крышками 3 и 15, предусмотрены сливные отверстия, закрываемые пробками.

В рассматриваемом дифманометре перепад давления Ар, дей­ ствующий на эффективную площадь F3 сильфонов, уравновеши­ вается в основном винтовыми пружинами и, кроме того, упруги­ ми силами сильфонов и моментом закручивания М т торсионной трубки в соответствии с уравнением

ApF3 - ncns + Мт / R + 2cs,

где п и сп — число винтовых пружин и жесткость каждой из них; а — перемещение сильфонов и пружин; R — радиус рычага торсионной трубки; с — жесткость каждого сильфона.

224

Дифманометры изготовляют на давление до 16 МПа и Дртах от 6,3 до 250 кПа, а также на давление до 32 МПа и Дртах от 40 до 630 кПа. Класс точности 1 и 1,5. Погрешность счетчика интеграто­ ра не более 0,6 % от верхнего предела в диапазоне от 30 до 100 % <7шаХ* С 1984 г. завод-изготовитель перешел на выпуск дифманометров с малогабаритным сильфонным блоком. Это позволило снизить массу дифманометров с 47 до 16 кг. Имеются следующие разновидности этих дифманометров: ДСП-71 — показывающий; ДСП-71 Ин — показывающий с интегратором; ДСП-71 Эт — по­ казывающий с электрическим преобразователем; ДСП-71 Пн — показывающий с пневматическим преобразователем; ДСП-71 Сг — показывающий с сигнальным устройством; ДСС-711 — самопи­ шущий с электроприводом; ДСС-711 Ин — то же с интегратором; ДСС-711 Рг — самопишущий с электроприводом и пневматичес­ ким изодромным регулирующим устройством; ДСС-711-2С — самопишущий с электроприводом и записью давления; ДСС-711 Ин-2с — то же с интегратором; ДСС-712 М — самопишущий

счасовым приводом; ДСС-712 Рг — то же с пневматическим изодромным регулирующим устройством; ДСС-712-2с — само­ пишущий с часовым приводом и записью давления.

Во всех перечисленных модификациях спереди сильфонного блока укреплен прямоугольный корпус, куда входит выводной стержень 9. На его конце укреплен рычаг, состоящий из двух частей. Это позволяет изменять как общую длину рычага, так и угол наклона одной части рычага по отношению к другой. Тяга связывает его конец с рычагом, сидящим на главной оси, на кото­ рой в зависимости от модификации прибора укрепляются: перо; рычаг с тягой, передающий через зубчатый сектор и шестеренку вращение стрелке, расположенной в центре прибора; рычаг с тя­ гой, вызывающий поворот лекала механизма интегратора; рычаг

стягой, управляющей положением заслонки относительно сопла пневматического реле в приборе ДСП-71 Пн, либо шторки, экра­ нирующей фотосопротивление от осветительной лампочки в при­ боре ДСП-71 Сг.

Вдифманометре же ДСП-71 Эт с электрическим выходным сигналом на конце стержня 9 укреплен не только рычаг, связан­ ный с механизмом стрелки прибора, но и другой рычаг, связанный через тягу и спиральную пружину с коромыслом, на другом конце которого имеется флажок, находящийся в высокочастотном поле внутри плоской катушки, входящей в базовый контур генератора.

При повороте коромысла флажок перемещается в поле катушки, изменяя при этом параметры базового контура и режим генерато­ ра, что приводит к возникновению в особой обмотке обратной свя­ зи момента, противодействующего вращению коромысла. Послед­ нее будет поворачиваться вместе с флажком до тех пор, пока этот момент не уравновесит вращающий момент, создаваемый растя­ гивающейся ведущей спиральной пружиной. Выходной сигнал — постоянный ток от 0 до 5 мА или напряжение постоянного тока

225

15 П. П. Кремлевский

0-100 мВ. Сопротивление нагрузки не должно превышать 2,5 кОм. Интегрирующий механизм у сильфонных дифманометров такой же, как и у поплавкового дифманометра ДП-787Р.

Наряду с рассмотренными двухсильфонными дифманометрами имеются бесшкальные односильфонные дифманометры ДСЭР и ДСЭР-М (малогабаритные) с передачей показаний, основанной на компенсации магнитных потоков (такой же, как у мембран­ ных дифманометров ДМЭР). Дифманометры ДСЭР и ДСЭР-М пред­ назначены для измерения расхода газа, имеющего избыточное дав­ ление не более 0,1 МПа. Предельные перепады давления — 1, 1,6, 2,5 и 4 кПа, класс точности 1,5. Давление р\ подается снаружи вертикального сварного сильфона, расположенного в цилиндри­ ческом корпусе, а давление Р2 — внутрь сильфона. В последнем находится винтовая измерительная пружина, упирающаяся в ос­ нование, на котором укреплен сильфон, и в верхнее дно сильфо­ на. С последним соединен магнитный сердечник, движущийся в герметичной диамагнитной трубке. Снаружи трубки находятся все остальные элементы преобразователя с компенсацией магнит­ ных потоков и усилитель (см. рис. 90). Принципиальная схема преобразователя приведена на рис. 91 и 92.

9.8. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

Необходимо отметить, что при классе точности дифманометра 1,0 диапазон измерения расхода будет около 3 :1 , а при 0,25 — около 4 : 1 из-за большой погрешности измерения расхода около нижнего предела измерения (±5 %). Поэтому для диапазона из­ мерения 10: 1 ранее применяли два дифманометра с одним СУ, а для большего диапазона иногда и три дифманометра.

Однако в последнее время появились более совершенные при­ боры, например дифманометр EJA фирмы «Йокогава-Электрик» (Япония), которые внесены в реестр Росстандарта. Этот датчик диф­ ференциального давления EJA используют для измерения расхо­ да жидкости, пара или газа, а также определения уровня жидкости, плотности и давления. Измеренный перепад давления преобразу­ ется в пропорциональный (или по закону квадратного корня) то­ ковый сигнал. Также для коммуникации с датчиком (считывание данных, перенастройка диапазонов и т. п.) может использоваться цифровой сигнал по BRAINили HART-протоколу.

Датчики дифференциального давления EJA включают три мо­ дели:

EJA 100А (основная модель) 0,5-500 кПа;

EJA 120А (низкопредельный датчик) 0,4-1 кПа;

EJA 130А (датчик дифференциального давления с высоким статическим давлением 32 МПа) 1-500 кПа.

В датчиках EJA впервые применен запатентованный монокристаллический резонансный сенсор, определивший его уникаль­ ные свойства.

226

Выходным параметром сенсора является частота, которая за­ висит от деформации кристалла, вызванной приложенным дав­ лением.

Цифровой принцип нового датчика, использующего частоту в качестве полезного сигнала, обеспечивает лучшую воспроизво­ димость и стабильность, чем аналоговые, и имеет существенный «иммунитет» к вибрациям, температуре, статическому давлению и перегрузке.

Электронная часть построена на основе микропроцессора и со­ стоит из трех моноблоков: сенсорного модуля; вычислителя; жид­ кокристаллического индикатора (по заказу).

Все блоки универсальны и при замене не требуют настройки. Электронный блок вычислителя совместим со всеми типами дат­ чиков. Индикатор поставляется по заказу и может поворачиваться на 90° либо 180° для удобства считывания показаний.

Механическая часть датчика состоит из двух основных час­ тей: фланцев; корпуса электронной части.

Фланцы выполнены так, что при необходимости пользователь может изменить стороны присоединения импульсных трубок, т. е. аппаратным образом изменить сторону высокого и низкого давления (изменение сторон высокого и низкого давления также может быть произведено программным способом).

Для удобства обслуживания прибора корпус может поворачи­ ваться на 90° либо 180°. В комплект поставки, по отдельному заказу, включают вентильный блок; монтажный кронштейн.

Монокристаллический сенсор содержит два резонатора. Под дей­ ствием цепи возбуждения резонаторы находятся в состоянии по­ стоянной генерации частоты, которая детектируется в вычисли­ теле.

Высокое и низкое давление от измеряемого объекта через раз­ делительные мембраны и масляный наполнитель прикладывает­ ся к чувствительному элементу, деформация которого вызывает изменение собственных частот резонаторов. Сенсор сконструиро­ ван так, что при деформации частоты резонаторов изменяются в разные стороны, а от влияния паразитных факторов (темпера­ тура, статическое давление и т. п.) в одну. Таким образом, раз­ ность частот двух резонаторов пропорциональна приложенному давлению.

Вычислитель преобразует разность частот в аналоговый сиг­ нал от 4 до 20 мА.

Конструктивные преимущества: базовые модели датчика име­ ют исполнения разделительных мембран из Hastelloy, а другие части конструкции, вступающие в контакт с изеряемой средой, из нержавеющей стали (по заказу возможны другие материалы), что обеспечивает высокую коррозионную стойкость прибора и его дли­ тельную эксплуатацию.

Индикатор, поставляемый по отдельному заказу, обеспечивает работу в температурном диапазоне “ 30...4*80 °С.

227

15*

Функциональные преимущества: широкий динамический ди­ апазон; возможность цифровой коммуникации; широкие возмож­ ности конфигурирования; встроенная самодиагностика, упроща­ ющая поиск неисправностей; модульная конструкция; высокая временная стабильность и низкая зависимость от влияющих фак­ торов.

Датчик используют в тепловых сетях как в летний, так и зим­ ний периоды благодаря перестройке диапазонов, высокому клас­ су точности и стабильности нуля. Так, класс точности для модели EJA 110±0,1 % (для других ±0,07 %). Диапазон перенастройки 100 : 1. Капсула М настроена на перепады от 1 до 100 кПа, L — от 0,5 до 10 кПа, Е — от 0,1 до 1 кПа, Н — от 5 до 500 кПа.

Дополнительная погрешность от изменения температуры воз­ духа ±0,09 % . Стабильность 0,1 % — в течение 24 месяцев.

Вне сомнений, что такие дифманометры перспективны для ис­ пользования во всяких расходомерах переменного перепада дав­ ления. Они эффективно применяются в тепловых сетях г. Хабаров­ ска [13]. Дипазон по расходу у них 32 : 1.

Краткое техническое описание дифманометров EJA дано выше. Для сравнения данные дифманометров «Сапфир», выпускаемых заводом «Манометр» (г. Москва), приведены в п. 9.5, а комплекс­ ный датчик «Гиперфлоу-ЗП», изготовленный НПФ «Вымпел» (г. Саратов), описан далее.

Рис. 96. Блок-схема датчика расхода модели 3095MV «Роземаунт»

228

Наряду с микроЭВМ, вычисляю­ щими расход с применением раз­ личных сужающих устройств, ши­ роко используют микроЭВМ вмес­ те с напорными, в том числе осредняющими трубками (см. гл. 5).

Датчик расхода модели 3095MV функционально делится на модуль сенсора и модуль электроники (рис. 96).

Многопараметрический модуль сенсора датчика расхода одновре­ менно измеряет три технологичес­ ких параметра и включает в себя высокоточные емкостный сенсор для измерений перепада давлений и пьезоресистивный сенсор для из­ мерений абсолютного давления; кроме того, имеется вход для под­ ключения четырехпроводного тер­ мосопротивления при измерении

температуры процесса. Микропроцессор, расположенный в моду­ ле сенсора, обеспечивает линеаризацию и коррекцию показаний сенсоров.

Модуль электроники воспринимает от модуля сенсора три скор­ ректированные цифровые переменные процесса и с помощью соб­ ственного микропроцессора проводит вычисление расхода, ском­ пенсированного по давлению и температуре. На выходе модуля формируется сигнал 4-20 мА, который можно использовать с тра­ диционными приборами. Кроме того, модуль электроники обес­ печивает также коммуникацию по HART-протоколу с програм­ мой Engineering Assistant, установленном на персональном ком­ пьютере HART-коммуникатором или другим устройством HART путем наложения цифрового сигнала на токовый 4-20 мА.

Диапазоны измерений перепада давления:

Кроме вычисления формул расхода при измерениях методом переменного перепада давления микроЭВМ используют для сбора и обработки информации от многих расходомеров с далеко распо­ ложенными друг от друга диафрагмами. «Гиперфлоу-ЗП» (рис. 97) позволяет по двухпроводной линии связи до 1 км обеспечивать

229

Г л а в а 10

КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

10.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Компенсационными называются дифманометры, у которых пе­ ремещение чувствительного элемента воздействует на релейно-кон­ тактное или усилительное устройство, управляющее посторонним источником энергии; этот источник создает противодействующую силу, уравновешивающую усилие от измеряемого перепада давле­ ния. В результате чувствительный элемент дифманометра во всем диапазоне измерения почти не меняет своего местоположения.

По роду уравновешивающих сил различают дифманометры с компенсацией: пружинной, грузовой, пневматической и электри­ ческой.

По способу управления постоянным источником энергии ком­ пенсационные дифманометры разделяют на две группы. В пер­ вой из них контактно-релейное или усилительное устройство при переходе порога чувствительности включает двигатель, изменяю­ щий противодействующую силу (натяг пружины, плечо груза) до тех пор, пока она не уравновесит усилие от перепада давления. При этом подвижная система в состоянии компенсации возвра­ щается в исходное нулевое положение (в пределах зоны нечув­ ствительности). В другой группе с помощью усилителя создается противодействующая сила, которая зависит от измерительного перемещения чувствительного элемента и связанной с ним под­ вижной системы прибора. Эта зависимость обычно пропорциональ­ на Ар или у]Ар . Следовательно, здесь чувствительный элемент и подвижная система в состоянии компенсации не возвращаются в исходное нулевое положение. Но у всех этих приборов отклонение от нулевого положения ничтожно мало, так как полное измери­ тельное перемещение обычно меньше 1 мм. К первой группе отно­ сятся компенсационные дифманометры преимущественно с пру­ жинным и грузовым, а ко второй с пневматическим и электричес­ ким уравновешиванием.

Благодаря очень малому измерительному перемещению ком­ пенсационные дифманометры имеют много достоинств. Важней­ шие из них — быстродействие и существенное уменьшение вли­ яния упругих свойств чувствительных элементов (мембран, силь­ фонов) на точность измерения. Кроме того, отпадает необходи­ мость в сальниковом уплотнении выводного рычага, которое мож­ но заменить гибким сильфоном или мембраной. Одновременно можно исключить трение в подшипниках, заменив их ленточны­ ми крестообразными подвесами. Все это благоприятно отражает­ ся на точности данных дифманометров, приведенная погрешность

231