Учебная работа. Проектирование измерительного канала расхода воды

Учебная работа. Проектирование измерительного канала расхода воды

Содержание

• Обозначения и сокращения
• Введение
• 1. анализ технического задания
• 2. Выбор математической модели измерительного канала расхода
• 3. Выбор и расчет структурной схемы
• 4. Метрологические свойства структурных частей, их функциональное предназначение
• 4.1 Сужающее устройство
• 4.2 Дифференциальный манометр
• 4.3 Блок извлечения корня
• 4.4 Блок распределения унифицированного токового сигнала БГРТ
• 4.5 Комплекс связи с объектом типа М-64
• 4.6 Рабочее пространство оператора технолога — программно-технический комплекс
• 5. Моделирование измерительного канала расхода в среде LabView
• Заключение
• Перечень применяемой литературы

Обозначения и сокращения
АСИ — агрегатное средство измерения
ИИС — информационно-измерительная система
ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения) — измерительный канал
КР — контрольная работа
КСО — набор связи с объектом
МА — метрологическая аттестация
МО — метрологическое обеспечение
МХ — метрологические свойства
НП — нормирующий преобразователь
ПИП — первичный измерительный преобразователь
РМОТ — рабочее пространство оператора технолога
РТ — распределитель токового сигнала
СИТ — средство измерительной техники
СОИ — средство отображения инфы
СУ — сужающее устройство
ТЗ — техническое задание
Введение
В значимой степени метрологические свойства ИИС определяются параметрами измерительных каналов — состав измеряемых характеристик, динамический спектр измерения, погрешность измерения, инерционность измерительной аппаратуры.
Измерительный канал — это измерительная цепь, образованная поочередным соединением средств измерений и остальных технических устройств, созданная для измерения одной физической величины и имеющая нормированные метрологические свойства.
Измеряемая величина либо параметр охарактеризовывает свойство объекта либо технологический процесс. Современное создание, индустрия, энергетика работают в критериях автоматизации всех производственных и технологических действий. Для обеспечения автоматизации и работы автоматики безпрерывно проводятся измерения сотен и тыщ характеристик, имеющих самую различную физическую природу.
Конкретную связь с объектом измерений делает первичный измерительный преобразователь, который инфы — электронный сигнал который может характеризоваться разными информативными параметрами: напряжением, током, частотой, фазой переменного тока и т.д.
На электронной станции измерительная информация с измерительных каналов, кроме отображения ее при помощи разных показывающих устройств, употребляется:
для работы защитной и противоаварийной автоматики;
для формирования управляющих действий в автоматических системах;
для переработки и хранения инфы.

измерительный канал расход вода

В согласовании с этими функциями измерений и предназначением измерительной инфы, получаемой при помощи ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения), строится сама система (структура) измерительного канала.

В данной контрольной работе стоит первичная задачка создать измерительный канал и его метрологическое обеспечение. Создать многофункциональную и структурную схему ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения), найти условия эксплуатации ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения) делая упор на МХ частей входящих в его состав, также создать имитационную модель измерительного канала с применением среды Labview.

Данная работа животрепещуща на нынешний денек и является одной из основных задач для функционирования и развития энергетики и индустрии. Просит неизменного усовершенствования и разработку новейших схем, также структурных частей, с целью увеличения таковых характеристик как точность и надёжность.

1. анализ технического задания
Расход вещества — это масса либо размер вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения расхода в единицу времени.
Расход является одним из главных рабочих характеристик, точность и надежность измерения которого описывает Ценность результатов экспериментальных исследовательских работ в гидро-газодинамике; свойство технологических действий в хим, пищевой и картонной индустрии; рациональные режимы работы объектов в ракетной технике и авиации, энергетике и транспорте; эффективность систем добычи и переработки нефти и нефтепродуктов. Потому в истинное время животрепещущей становится задачка разработки измерительных каналов расхода.
Современная измерительная практика предъявляет все наиболее высочайшие требования к точности, надежности, быстродействию, функциональности измерительных каналов. Почти всегда эти требования противоречивы, другими словами улучшение одних черт, как правило, получается из-за недореализации способностей улучшения остальных. Так, повышение многофункциональных способностей устройств за счет усложнения понижает их надежность вследствие возрастания числа подверженных отказам частей. Повышение быстродействия понижает эффективность систем автоматической компенсации медлительно меняющихся погрешностей, вызванных воздействием наружной среды, характеристик измеряемых объектов и т.п. Потому развитие измерительной техники сопровождается неизменным поиском разумного компромисса меж реализуемыми качествами устройств, техническими способностями и экономической необходимостью.
2. Выбор математической модели измерительного канала расхода
Расход воды Q подлежит измерению как безпрерывно контролируемая величина. способ измерения базируется на образовании перепада давления при прохождении среды через сужающее устройство СУ.
Перепад давления в первичном измерительном преобразователе преобразуется в токовый сигнал. Для согласования выходного сигнала с ПИП с следующими элементами выходной сигнал должен быть преобразован в форму, комфортную для предстоящей передачи и преобразования. Как следует, к выходу ПИП подключают нормирующий преобразователь. Выходным сигналом с НП является унифицированный токовый сигнал.
Потому что одна и та же измерительная информация быть может применена для разных целей одной из задач является «размножение» сигнала. Дальше аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код при помощи АЦП и в предстоящем быть может подвергнут математической обработке, применен в расчетах на ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач), выслан на хранение.
Другими словами цепочка преобразования сигналов от измеряемого параметра до отображения его на отсчетном устройстве имеет последующий вид:
где Q — расход воды, мі/ч;
— перепад давления, кПа;
— токовый сигнал на выходе ПИП, мА;
I — линеаризованный унифицированный токовый сигнал;
Iв — токовый сигнал на выходе с БГРТ;
Qц — итог аналогово-цифрового преобразования;
Dx — цифровые данные для отображения и регистрации.
3. Выбор и расчет структурной схемы
Структурная схема канала измерения расхода изображена на рисунке 1

Набросок 1 — Структурная схема канала измерения расхода
СУ — сужающее устройство; Д — дифманометр; БИК — блок извлечения корня; БГРТ — блок распределения токового сигнала; М-64 — ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач); РМОТ — рабочее пространство оператора-технолога; УПЗ — устройство печатающее.
способ измерения расхода основан на разработке в измерительном трубопроводе при помощи СУ местного сужения потока, часть возможной энергии которого перебегает в кинетическую энергию, средняя скорость потока в месте его сужения увеличивается, а статическое давление становится меньше статического давления до СУ. Разность давления (перепад давления) тем больше, чем больше расход среды, и, как следует, она может служить мерой расхода.
Другими словами расход преобразуется в перепад давления: . Уравнение преобразования сигнала:
где ДP — перепад давления меж сечениями, находящимися по различные стороны диафрагмы;
Q — измеряемый расход;
k — коэффициент расхода СУ.
Градуировочная черта сужающего устройства изображена на рисунке 2
P = 0…6 кПа

Набросок 2 — Градуировочная черта сужающего устройства
Дальше сигнал поступает в измерительный блок дифманометра и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента (мембрана). Дальше эта деформация преобразуется в изменение электронного сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, расположенного в измерительном преобразователе. электронный преобразователь конвертирует разбаланс мостовой схемы в токовый выходной сигнал. Перепад давления преобразуется в токовый сигнал: . Уравнение преобразования сигнала:
,
где I — расчетное давления;
— наибольшее значение выходного сигнала;
— малое P = 0…6 кПа;
Ip = 0…5 мА.

Набросок 3 — Градуировочная черта дифференциального манометра типа «Сапфир-22М-ДД»
Для выработки унифицированного сигнала пропорционального расходу нужно выполнить операцию извлечения корня квадратного из величины сигнала пропорционального перепаду давления Р. Если входной сигнал Iвх=Р, то опосля выполнения операции извлечения корня выходной сигнал Iвых будет пропорционален расходу Q.
На выходе из БИК получаем линеаризованный токовый сигнал: . БИК-1, предназначен для преобразования входного сигнала в выходной сигнал в согласовании с формулой:
I = I вых min + (I вых max — I вых min)
где I — выходной сигнал, мА;
I вых min — нижнее предельное I вых max — верхнее предельное Ip — текущее свойства приведен на рисунке 4.
Ip = 0…5 мА.
I = 0…5 мА.

Набросок 4 — Градуировочная черта БИК-1
Приобретенный токовый сигнал поступает на входные контакты блока распределения токового сигнала БГРТ и преобразуется в цифровую форму аналогово-цифровым преобразователем и через узел гальванической развязки в контроллер блока, где происходит обработка сигнала. С выхода контроллера сигнал поступает на 6 цифроаналоговых преобразователей, которые управляют генераторами тока. С генератора тока сигнал поступает на контакты выходного разъема блока. На выходе блока получаем 6 схожих токовых сигналов.
— выходной сигнал с БГРТ
— входной сигнал с БИК
График градуировочной свойства приведен на рисунке 5
I = 0…5 мА.
Iв = 0…5 мА.

Набросок 5 — Градуировочная черта БГРТ
Дальше токовый сигнал поступает на блок М-64, где он делает функции автоматического сбора и первичной обработки инфы, применяемой для контроля над технологическими действиями, функцию выдачи действий в дискретной форме, другими словами преобразовывает аналоговый сигнал в цифровой код.
График градуировочной свойства приведен на рисунке 6
Iв = 0…5 мА;
Qц = 0…50 .
Набросок 6 — Градуировочная черта блока М-64
4. Метрологические свойства структурных частей, их функциональное предназначение
4.1 Сужающее устройство
Сужающее устройство является первичным измерительным преобразователем расхода, в каком в итоге сужения сечения потока из среды (в данном случае воды) появляется перепад давлений, зависящий от расхода. В качестве обычных сужающих устройств используются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури.
Измерительная диафрагма представляет собой диск, установленный так, что центр его лежит на оси трубопровода. При протекании потока воды в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На неком расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до малого сечения, а дальше равномерно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и опосля нее образуются зоны завихрения. давление струи около стены сначала увеличивается из-за подпора перед диафрагмой. За диафрагмой оно понижается до минимума, потом опять увеличивается, но не добивается прежнего значения, потому что вследствие трения и завихрений происходит утрата давления рпот.
Таковым образом, часть возможной энергии давления потока перебегает в кинетическую. В итоге средняя скорость потока в суженном сечении увеличивается, а статическое давление в этом секторе становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство воды.
Набросок 7 — Измерение расхода воды способом переменного перепада давления
В проектируемом измерительном канале употребляется обычная диафрагма, потому что она проще в изготовлении и монтаже чем сопло. Диафрагма в отличии может от сопла применяться в широком спектре чисел Рейнольдса. Обычные диафрагмы инсталлируются на трубопровод с внутренним поперечником от 50 до 1000 мм. Неопределенность коэффициента истечения диафрагм меньше, чем у остальных СУ. наличие маленького содержания конденсата фактически не оказывает воздействия на коэффициент истечения. Обычная диафрагма представляет собой узкий диск с концентрическим цилиндрическим отверстием, переходящим в коническое.
Избранная диафрагма имеет последующие свойства:
угол меж цилиндрической и конической частью отверстия 45°;
толщина диска диафрагмы 7,5 мм;
длина цилиндрической части отверстия 3 мм;
поперечник угловых отверстий для отбора давления 4,5 мм;
внутренний поперечник трубопровода 150 мм;
проходное сечение диафрагмы 50,137 мм;
модуль m=0,22
Предел допустимой главный погрешности: ±1%.
4.2 Дифференциальный манометр
Предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими действиями и обеспечивают непрерывное преобразование (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения) измерения расхода воды выбирает ДМ типа «Сапфир-22М-ДД» модели 2450.
Преобразователь состоит из измерительного блока и электрического устройства.
Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электронного сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, расположенного в измерительном блоке.
электрический преобразователь конвертирует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.
Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластинка из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезсторами, крепко соединенная с железной мембраной тензопреобразователя.
Набросок 8 — Схема преобразователя Сапфир-22М-ДД модель 2450
Метрологические свойства:
верхний предел измерений (спектр) — 0,63 МПа;
максимально допускаемое рабочее лишнее давление — 16 МПа;
предел допустимой главный погрешности: ±0,5%;
доборная погрешность, вызванная конфигурацией температуры окрузающей среды: ±0,45%;
вариация выходного сигнала не превосходит
зона нечувствительности не превосходит 0,05%;
Технические свойства:
выходной сигнал 0-5мА;
электронное питание (36 ± 0,72) В;
нагрузочное сопротивление датчиков при напряжении питания 36 В не наиболее 2,5кОм;
потребляемая мощность, не наиболее 0,8 ВА;
материал — углеродистая сталь с покрытием;
масса — не наиболее 6 кг;
межповерочный интервал — 3 года;
гарантийные обязательства:
гарантийный срок хранения 6 месяцев со денька реализации.
4.3 Блок извлечения корня
Блок БИК-1 предназначен для линеаризации статической свойства и питания дифманометров комплекса преобразователей «Сапфир-22» при измерении расхода газообразных и водянистых сред.
Блоки используются в системах контроля, регулирования и давления технологическими действиями на атомных станциях и взрывоопасных производствах, работают с преобразователями разности давлений при измерении ими расхода газа либо воды при помощи обычных сужающих устройств.
Многофункциональная схема блока извлечения корня БИК-1 приведена на рисунке 9.
Метрологические свойства:
предел допустимой главный приведенной погрешности: ± 0,25%;
вариация показаний не превосходит ±0,2%;
Технические свойства:
входной сигнал 0-5мА;
выходной сигнал 0-5мА;
выходное стабилизированное напряжение неизменного тока источника питания — 36 В;
входное сопротивление не наиболее 500 Ом;
емкость 0,6мкФ;
пульсация выходного согнала неизменного тока не наиболее ±0,6%;
пульсация выходного сигнала напряжения не наиболее ±0,2%;
номинальный ток перегрузки источника питания 20А;
напряжение 220, 240 В;
частота 50, 60 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ);
потребляемая мощность до 10ВА;
масса 4,2 кг.
габаритные размеры:
основного варианта выполнения 80х160х358 мм;
уменьшенного варианта выполнения 72х144х358 мм;
Условия эксплуатации:
температура — 10. +60°С;
относительная влажность до 95 %;
частота вибрации 5-80 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ);
относительная влажность воздуха при 35 С не наиболее 98%;
атмосферное давление 84-106,7 кПа (630-800мм. рт. ст);
при эксплуатации блоков допускается действие магнитных полей неизменного и переменного тока частотой (50+1) Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) и напряженностью до 400А/м хоть какого направления и фазы.
Набросок 9 — Многофункциональная схема БИК-1
1 — резистивный преобразователь входного тока; 2 — двухвходовый амплитудный модулятор; 3 — фильтр нижних частот; 4 — широтно-импульсный модулятор; 5 — преобразователь напряжения в ток; 6 — источник напряжения неизменного тока; 7 — преобразователь неизменного тока в переменный; 8,9 — выпрямители.
4.4 Блок распределения унифицированного токового сигнала БГРТ
Предназначен для гальванической развязки и формирования 6 схожих выходных сигналов из входного токового сигнала.
Входной сигнал 0-5 мА поступает на входные контакты блока и преобразуется в цифровую форму двенадцатиразрядным аналого-цифровым преобразователем и через узел гальванической развязки в контроллер блока, где происходит обработка сигнала. С выхода контроллера сигнал поступает на 6 цифроаналоговых преобразователей, которые управляют генераторами тока. С генератора тока сигнал поступает на контакты выходного разъема блока.
Метрологические свойства:
основная погрешность преобразования: ±0,2%;
предел допускаемой доборной погрешности, при изменении напряжения питания относительно номинального: ±0,1%;
предел допускаемой доборной погрешности, при изменении температуры окружающего воздуха от 5 до 55°С: ±0,1%;
предел допускаемой доборной погрешности при верхнем значении влажности окружающего воздуха 98%: ±0,1%.
Технические свойства:
входной сигнал 0-5мА;
выходной сигнал 0-5мА;
входное сопротивление не наиболее 1,01 кОм;
Условия эксплуатации:
температура окружающего воздуха 18 — 22 оС;
относительная влажность 40 — 90 %;
атмосферное давление 84 — 107 кПа.
4.5 Комплекс связи с объектом типа М-64
Делает функцию автоматического сбора и первичной обработки инфы, применяемой для контроля над технологическими действиями, функцию выдачи действий в дискретной форме, также функцию обмена данными меж терминальными субкомплексами и вычислительным комплексом.
Метрологические свойства:
предел допустимого значения главный приведенной погрешности при доверительной вероятности 0,95: ±0,6%;
доборная погрешность при изменении температуры окружающей среды от 5 до 40°С: ±0,3%;
доборная погрешность при изменении относительной влажности от 40 до 90%: ±0,3%;
доборная погрешность при действии вибрации с частотой 50Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) и амплитудой 0,1мм: ±0,15%.
Условия эксплуатации:
температура окружающего воздуха 15 — 25°С;
относительная влажность воздуха 50 — 80 %;
атмосферное давление 84 — 107кПа.
4.6 Рабочее пространство оператора технолога — программно-технический комплекс
Собранная и обработанная информация представляется операторам-технологам на цветных мониторах рабочих мест в виде видеограмм: мнемосхем, таблиц, гистограмм, графиков, сообщений о событиях. На видеограммах индицируются текущие значения аналоговых характеристик, состояния запорной арматуры, устройств, защит и блокировок, разная справочная информация, также сигнализируются цветом и звуком отличия аналоговых характеристик от нормы. Не считая персональной, организуется групповая сигнализация на видеограммах и многофункциональных клавиатурах.
информация на мониторах отображается в виде:
1) видеограмм, представляющих из себя фрагменты мнемосхем либо таблицы, на которых индицируются значения аналоговых характеристик, состояния оборудования, признаки выбора арматуры и устройств по избирательной системе управления (ИСУ), сигналы срабатывания защит и т.д.;
2) аварийных и предупредительных сигналов персональной и групповой сигнализации;
3) графиков конфигурации технологических характеристик, показывающих тенденцию их развития, включая предысторию;
4) линейных диаграмм (гистограмм) для технологически взаимосвязанных характеристик с указанием данных и предельных значений;
5) сообщений о важных событиях (экран событий);
6) справочной инфы о параметрах.
5. Моделирование измерительного канала расхода в среде LabView
Программная система LabView является комфортным средством для проектирования измерительных каналов, устройств, систем. Она обеспечивает построение и моделирование измерительных структур различной трудности. Система имеет библиотеку виртуальных модулей (моделей) измерительных средств, их отдельных блоков и компонент. Она дозволяет создавать виртуальные измерительные приборы хоть какой трудности и сформировывать свою библиотеку виртуальных средств (VI). Система владеет комфортными средствами редактирования и отладки и обеспечивает работу с настоящими измерительными устройствами, модулями и сигналами.
Создание виртуального измерительного средства соединено с определением его измерительной функции, созданием лицевой панели с элементами управления и средствами представления данных, созданием структурной схемы, выполняющей заданную измерительную функцию, редактированием и отладкой работы измерительного устройства. Для этого система поддерживает надлежащие режимы: создание лицевой панели измерительного устройства — Panel, создание структурной схемы и отладка работы — Diagram.
Любой режим имеет свое окно, панель управления и поддерживается библиотекой (гаммой) моделей многофункциональных блоков (виртуальных модулей). Разглядим канал расхода воды.
Блок схема безупречной модели измерительного канала представлена на рисунке 10.
Набросок 10 — Безупречная модель измерительного канала
Безупречная модель не содержит погрешностей, это можно узреть по показателям блоков на рисунке 11.
Набросок 11 — Лицевая панель измерительного канала
Безупречная модель не подступает для внедрения на производстве. У всякого блока измерительного канала существует основная погрешность, приведенная в технических свойствах.
На рисунке 12 рассмотрена блок схема с внесенными главными погрешностями для всякого блока измерительного канала.
Заключение
В контрольной работе был разработан измерительный канал расхода воды, его математическая модель, структурная схема, а так же определены метрологические свойства.
Так же измерительный канал был спроектирован в среде Labview, показано два варианта, безупречная и настоящая модели.
Перечень применяемой литературы

1.

РД 50-453-84 Методические указания. свойства погрешности средств измерений.

2. МТ 34-70-038-87 методика определения обобщенных метрологических черт ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения) ИИС и АСУТП по метрологическим чертам агрегатных средств измерений.

3. Блок гальванического разделения с токовым выходом БГР-Т. Паспорт 313.087.942. ПС либо управление по эксплуатации 0.308.087. РЭ.

4. Алексеев В.В., Гридина Е.Г., Комаров Б.Г. Построение измерительных каналов с применением среды графического программирования Labview. Методические указания к лабораторным работам. СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001 — 32с.

5. Евдокимов Ю.К., Линдваль В.Р., Щербаков Г.И. Е15 LabVIEW для радиоинженера от виртуальной модели до настоящего устройства. Практическое руковдство для работы в программной среде LabVIEW. — М.: ДМК Пресс, 2007. — 400с.

6. ГОСТ 8.563.1-97 Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентуре, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения. Технические условия.

]]>