Проектирование измерительной системы измерения расхода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ                       ФЕДЕРАЦИИ

 

курганский государственный университет

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ПРЕДМЕТУ: «Технические измерения и приборы»

 

 

 

 Тема:«Проектирование измерительной системы измерения расхода»

 

 

 

 

                                                              Выполнил:

 

                                              студент: Шабалин Ю.А

 

                                                              группы: 4139с

 

                                                              Проверил:

 

                                                             Преподаватель: Дмитриева О.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курган 2011г.

 

 Содержание

 

      

 

 

Введение                                                                                3

1.Лист исходных данных                                                      5

2. Разработка структурной схемы измерителя расхода.  7

 3.Расчёты                                                                       8

 4.Расчёт и выбор сужающего устройства                  12

 5.Выбор и описание расходомерного комплекта         16

 6.Выбор и описание температурного комплекта         23

Заключение 

Список использованной литературы 

                          

 

                                      ВВЕДЕНИЕ

                                   

Способы измерения расхода  являются устройства Расходометры.

В наше время существуют не мало, способов измерения величин  расхода жидкостей. Расходомерами называются такие приборы, которые измеряют расход вещества, т. е. количество вещества, протекающего по трубопроводу в единицу времени.

По способам измерения расходомеры можно  разделить на:

1. расходомеры переменного перепада давления — приборы, принцип действия которых основан на измерении перепада давления на установленном внутри трубопровода сужающем устройстве; этот перепад давления служит мерой расхода протекающего по трубопроводу вещества;
2. расходомеры обтекания — приборы, принцип действия которых основан на восприятии динамического напора протекающего но трубопроводу вещества чувствительным элементом прибора (поплавком, поршнем, гидродинамической трубкой и т. п.|), помещенным в поток; в результате этот чувствительный элемент перемещается, и величина перемещения служит мерой расхода;
3. расходомеры с непрерывным движением приемных устройств — приборы, чувствительный элемент которых под действием динамических усилий потока совершает вращательное или колебательное движения; скорость движения чувствительного элемента служит мерой расхода;
4. электрические расходомеры — приборы, принцип действия которых основан на измерении изменяющихся в зависимости от расхода электрических параметров системы: измеряемое вещество —чувствительный элемент прибора, величина какого-либо выбранного для измерения электрического параметра служит мерой расход;
5. тепловые расходомеры—приборы, принцип действия которых основан на измерении, служащего мерой расхода количеств: тепла, отданного каким-либо нагретым элементом потоку вещества;
6. ультразвуковые расходомеры — приборы, принцип действия которых основан на измерении параметров ультразвуковых колебаний, распространяющихся в потоке измеряемого вещества.

 

                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           Лист исходных данных.

    

          Объект измерения: расход сжатого воздуха.

 

Среднее барометрическое

давление:

.

 

                               Трубопровод                              

                     

Внутренний диаметр

                      

                   

Измеряемая среда –  сжатый воздух, тогда допустимую скорость вещества в

трубопроводе найдём по таблице :

; , тогда:

                   

   

Материал: 12Х13.

 

Округляем найденную  величину   до ближайшего стандартного значения: .

    

Средний расход:

 

     .

Минимальный расход:

     .

    

Допустимая потеря давления, кПа:

 

     .

Средняя температура, ºС:

     .

Относительная влажность:

     .

    

Среднее избыточное давление:

 

     .

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработка структурной  схемы датчика измерителя расхода.

 

 

 

                                 Д

 

 

 

Рисунок2.1 измеритель расхода  газа.

где:

Д-датчик расхода;

ДД-датчик давления;

ЭП-электронный преобразователь;

ПД-преобразователь давления;

И-индикатор.

 

Датчик состоит из преобразователя давления и электронного преобразователя.

Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока  и вызывает деформацию чувствительного элемента мембраны. Деформация мембраны передается тензопреобразователю и вызывает изменение сопротивления его тензорезисторов,

соединенных в мостовую схему. Изменение сопротивлений  приводит к разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал, возникающий при разбалансе мостовой схемы, поступает в электронный преобразователь и преобразуется в токовый

выходной сигнал, пропорциональный величине измеряемого параметра.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Мембранный тензопреобразователь размещён внутри корпуса и отделён отизмеряемой среды металлическими гофрированными мембранами.

 

                                            Расчёты.                            

   

  А – Сужающее устройство.

    

 

1. Материал: 12Х13.

 

2. Поправочный коэффициент на тепловое      расширение: .

 

     Б – Трубопровод.

    

Материал трубопровода: 12Х13.

 

Поправочный коэффициент на

тепловое расширение: .

 

 

Внутренний диаметр: .

 

 

     В – Измеряемая  среда.

    

1. Название газа: сжатый воздух.

 

2. Расчётные расходы, :

 

- максимальный (верхний придел  измерения по прибору) ;

- средний ;

- минимальный .

    

Средняя абсолютная температура:

 

     .

    

Среднее абсолютное давление:

 

     .

   

Расчётная допустимая потеря      давления, Па:

 

      .

    

Плотность сухого газа в      нормальном состоянии :

 

     .

    

Максимально возможная  плотность      водяного пара при температуре :

 

     .

    

Максимально возможная  плотность      водяного пара при температуре  :

 

     .

    

Относительная влажность в долях      единицы :

 

     .

    

Относительная влажность в      рабочем состоянии:

 

     .

Тогда .

    

Коэффициент сжимаемости К:

 

Для сжатых газов (воздух, кислород, пр. газов) величину К находят по

таблице

     К=1

    

Промежуточная величина для      определения 

 

     .

    

Плотность сухой части газа в      рабочем состоянии, :

 

    

    

     .

    

Плотность влажного газа в рабочем состоянии, :

 

     .

    

Показатель адиабаты :

 

• .

    

Динамическая вязкость :

 

Находим по таблицам : .

    

1. Число Рейнольдса:

 

     ;

     .

     Г – Дифманометр. 

    

Тип: «Сапфир».

 

Найдём значение нижнего      рабочего участка шкалы:

 

    ;

     .

    

1.Градуировочная характеристика.

 Объёмный расход  определим по формуле:

    , где поправочный множитель на расширение измеряемой среды определяется т.о.:

    , тогда

    .

 

                              Рисунок 1 - Градировочная характеристика (зависимость       ).

                        

 

 

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

                    Расчет и выбор сужающего устройства.                  

     Расчет  сужающего устройства.

Расчет сужающего устройства заключается в определении его диаметра d при

обязательном выполнении следующих условий:

—стандартный максимальный перепад давления должен быть выбран как можно больший,

т. к. при этом обеспечивается постоянство коэффициента

;

—стандартный максимальный перепад давления должен быть выбран как можно

меньший, т.к. с увеличением  перепада давления возрастают безвозвратные  потери

давления;

—модуль диафрагмы удовлетворяет  условию: ;

—погрешность расчета  не должна превышать ±0,1%.

. Исходные данные для  расчета берем из листа

исходных данных и расчетного листа.

                        

 

 

Таблица 2 - Результаты расчета                        

              а                                    

1000 572,1656 5000 0,6102 0,4134 128,5872 2499,8367 0,0065

1600 1058,6312 5000 0,6102 0,3269 114,3527 2499,8665 0,0053

2500 1822,9206 5000 0,6102 0,2617 102,3080 2499,9111 0,0036

4000 

3142,7768 

5000 

0,6102 

0,2071 

92,0074 

2499,9856 

0,0006

6300 5222,6929 5000 0,6102 0,1652 81,2942 2500,1002 0,0040

 

 

Результаты расчета, наиболее удовлетворяющие условиям выбора диафрагмы, выделены

в таблице 2 полужирным начертанием (при

). Выбор cделан исходя  из следующих условий:

1. . По заданию дано

давление безвозвратных  потерь

. Исходя из полученного  расчета, другие ряды также  подходят под это условие.

2. , где   – граничное число Рейнольдса.

3.Значение модуля   максимально приближено к оптимальному значению    .

4.Ошибка расчета должна  составлять

          .         

В нашем случае .

Определим основные геометрические размеры  диафрагмы:

    

     Выбор сужающего  устройства.

Правила РД-50-2/3-80 регламентируют следующие требования к стандартным сужающим устройствам:

1.Конструкция сужающего  устройства и способ его крепления  должны обеспечить возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям правил.

2.Измерение перепада  давления в сужающем устройстве  производится через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры.

                             

Рисунок 2 - Диафрагма  ДКС 10-80

    

Исходя из условного  прохода 

и условного давления, по ГОСТу-26969-86 выбираем диафрагму ДКС 10-80. Для выбора фланцев СУ  используем ГОСТ 12820-80.

Сужающее устройство состоит из диафрагмы 1 и камер 4. Также имеются фланцы 2, основной трубопровод 3 и измерительные трубки 5.

Диафрагма должна быть выполнена  с высокой точностью, т.к. от точности исполнения, в частности, "острой кромки" диафрагмы зависит число Рейнольдса потока, а это, в свою очередь, влияет на постоянство коэффициента расхода  и т.д. Класс шероховатости диафрагмы со стороны "острой кромки" должен быть равным 6–7. Отбор давления производится через патрубки.

Для обеспечения точных измерений при помощи СУ, недостаточно рассчитать его с высокой точностью. Необходимо также соблюдать требования, предъявляемые к установке сужающего устройства:

1.Сужающее устройство  должно быть установлено на  прямом участке трубы. На этих участках не допускается установка запорной арматуры, недопустимы повороты трубы.

2.Строгое соблюдение  соосности между трубопроводом и СУ.

3.На данном участке  у трубопровода не должно быть  местных сопротивлений.

4.Располагать СУ относительно  дифманометра-расходомера в соответствии  с нормативной документацией.

5.Отбор перепада давления  выполняется в местах, в зависимости  от измеряемой среды.

1.Конструкция сужающего  устройства и способ его крепления  должны обеспечить возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям правил.

2.Измерение перепада  давления в сужающем устройстве  производится через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры.

3.Диафрагма должна  быть выполнена с высокой точностью,  т.к. от точности исполнения, в частности, "острой кромки" диафрагмы зависит число Рейнольдса потока, а это, в свою очередь, влияет на постоянство коэффициента расхода  и т.д.

4.Класс шероховатости  диафрагмы со стороны "острой  кромки" должен быть равным 6–7.

5.Отбор давления производится  через патрубки.

В качестве сужающего  устройства будем использовать камерную диафрагму ДКС-10- 80 (ГОСТ 26969-86) которая изображена на чертеже (лист1). Размеры диафрагмы выбираем согласно условному проходу и условному давлению согласно ГОСТу. Для

установки диафрагмы  на трубопроводе используются фланцы ГОСТ 12820-80.

Диафрагма должна устанавливаться на прямых участках трубопровода, на котором на должно быть местных сопротивлений. Должна быть соблюдена строгая соосность между трубопроводом и сужающим устройством. При установке сужающего устройства в соответствии с этими требованиями достигается высокая точность

измерений.

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Выбор и описание работы расходомерного комплекта            

При измерении расхода природного газа, в соответствии с заданием на курсовую работу, следует установить дифманометр 4 выше сужающего устройства 1.

Необходимо выполнить уклон 1:10 на всем продолжении горизонтальных участков импульсной линии в сторону отборного устройства. Для продувки системы на импульсных линиях устанавливаются продувочные вентили 3. Продувочные вентили

устанавливаются также во всех наивысших точках соединительных линий в случае невозможности выполнения одностороннего уклона. Прекратить отбор давления можно либо при помощи вентилей 2, либо при помощи уравнительного вентиля,

если он есть.