УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА В ТРУБОПРОВОДАХ БОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения расхода электропроводящих жидких сред.
Известна конструкция электромагнитного расходомера. Электромагнитный расходомер базируется на измерении разности электрических потенциалов, образующихся на электродах, контактирующих с потоком движущейся жидкости, расположенных перпендикулярно как к линиям магнитного поля, так и к направлению движения потока жидкости. Электромагнитный расходомер содержит первичный преобразователь (датчик) расхода жидкости, магнитную систему с катушками, в зазоре которой установлен трубопровод с электродами, предварительный усилитель, формирователь тока, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер, жидкокристаллический индикатор и источник опорного напряжения. Выходы формирователя тока соединены с входом первичного преобразователя расхода, то есть катушками магнитной системы. Выходы первичного преобразователя расхода, то есть электроды соединены с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП. Выход АЦП соединен с входом микроконтроллера, первый выход которого соединен с входом индикатора. Электромагнитный расходомер (ЭМР) включает формирователь модулирующего сигнала и модулятор опорного напряжения. Выход источника опорного напряжения соединен с первым входом модулятора опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом формирователя модулирующего сигнала, вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера. Выход модулятора опорного напряжения соединен с входом формирователя тока и со вторым входом АЦП.
Такое техническое решение позволяет измерять расход с помощью ЭМР и может быть использовано в счетчиках с трубопроводами диаметром намного больше 300 мм воды, кислот, щелочей, молока, пива (патент РФ №2489684, G01F/58 «Электромагнитный расходомер» 2013, авторы: В.К. Недзвецкий, В.Б. Рогозин).
Недостатки этого устройства заключаются в том, что конструкция таких ЭМР довольно громоздка и сложна, поскольку предусматривает необходимость погружения чувствительных элементов погружных датчиков локальной скорости на разную глубину, в зависимости от диаметра трубопровода. Кроме того, штанги, на которых укрепляется чувствительные элементы (ЧЭ) погружных датчиков локальной скорости электромагнитных расходомеров, могут иметь значительную длину и достаточно большой поперечный размер для сохранения прочности и предотвращения вибрации. Поэтому использование такого датчика в потоке теплоносителя внесет искажения профиля скорости и дополнительное гидросопротивление.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является устройство, содержащее три блока измерителя скорости (ИС-1,2,3) в состав каждого блока измерительной системы входит: по одному первичному преобразователю скорости ЭМР, измерительный блок, то есть блок согласования выходов ЭМР с внешней цепью, (который не раскрыт) содержит предварительный усилитель, переключатель, АЦП, микроконтроллер, многоканальные и автономный блоки питания постоянного тока, один вычислительный блок для трех измерителей скорости (также не раскрыт), содержит: микропроцессор, блок памяти, индикатор, кнопочную клавиатуру, автономный блок питания постоянного тока, мерный трубопровод с условным диаметром от Ду 200 мм и больше. Все три преобразователя скорости симметрично смонтированы (закреплены) на мерный трубопровод, выход преобразователя скорости соединен с входом измерительных блоков, выход последних блоков соединены с вычислительным блоком типа ИВБ-1П. Вторые выходы измерительного блока подсоединены к другим преобразователям скорости. В состав измерителя расхода входит: чувствительный элемент с двумя электродами, державка, разъем, и эта совокупность называется «преобразователь скорости». В состав измерительного блока входит стойка, преобразователь скорости, шлюзовая камера ШК-1 с шаровым краном. Их совокупность называется «модуль первичного преобразователя локальной скорости».
Такое устройство позволяет измерить скорости и расходы теплоносителя в трубопроводах больших диаметров на основе метода измерения расхода «площадь-скорость».
Основным недостатком известного устройства для измерения расхода теплоносителя в трубопроводах больших диаметров является то, что не учитывается искажение исходного профиля скорости конструктивными элементами погружных датчиков локальной скорости, погруженными в поток (электромагнитные теплосчетчики КМ-5-Б и счетчики-расходомеры РМ-5-Б погружного типа для коммерческого учета тепла и теплоносителя в трубопроводах больших диаметров (Материалы 16 Международной научно-практической конференции «Коммерческий учет энергоносителей», сост. В.И. Лачков, СПб, Политехника, 2002 г., стр. 397-400, Авторы: Шинелев А.А., Бурдунин М.Н., Вельт И.Д.).
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений расхода электропроводящей жидкости в трубопроводах больших диаметров, экономия потребляемой устройством электроэнергии, улучшение помехоустойчивости. Благодаря указанным свойствам расширяется область применения. Поставленные цели достигаются путем составления оптимального алгоритма и программы вычисления расхода теплоносителя.
1,2
Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения расхода в трубопроводах больших диаметров, содержащее мерный трубопровод, - на поверхности трубопровода по образующей смонтированы три измерителя локальной скорости, каждый из которых состоит из преобразователя первичных сигналов и подсоединенного к нему погружного датчика локальной скорости, включающего магнитную систему с катушками, погружая часть которого содержит чувствительный элемент с электродами и погруженного в трубопровод с электропроводящей жидкостью, многоканальный блок питания постоянного тока с раздельными каналами, автономный блок питания постоянного тока, три преобразователя первичных сигналов, которые содержат предварительный усилитель, переключатель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, вычислительный блок, который содержит микропроцессор, блок памяти и индикатор, при этом выход электродов через предварительный усилитель, переключатель, аналого-цифровой преобразователь подсоединен к входу микроконтроллера, а выходы микроконтроллеров соединены с входом микропроцессора вычислительного блока, выход микропроцессора соединен с блоком памяти и индикатором, выход, то есть положительный полюс автономного блока питания постоянного тока соединен со схемами питания микропроцессора, блока памяти, индикатора в точках д, е, ж, з, один из выходов, то есть положительный полюс многоканального блока питания соединен с цепями питания предварительного усилителя, переключателя, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера в точках а, б, в, г, управляющий выход f микроконтроллера подсоединен к переключателю с целью выдачи на него управляющих команд f, управляющий выход е микроконтроллера подсоединен к аналого-цифровому преобразователю, управляющий выход р микропроцессора соединен с соответствующими управляющими входами р микропроцессоров преобразователей первичных сигналов, в нем дополнительно введены формирователь тока, датчик тока в составе преобразователей первичных сигналов, клавиатура, причем выходы катушек погружных датчиков локальной скорости подсоединены через формирователи тока, датчики тока к выходам, то есть положительным полюсам многоканального блока питания катушек, выход, то есть отрицательный полюс многоканального бока питания катушек соединен с отрицательным полюсом устройства в точке Б, другой выход многоканального блока питания через датчик тока, формирователь тока, подсоединен ко входу катушки, управляющие выходы микроконтроллера g1 и g2 подсоединены к ключам формирователя тока, причем выход датчика тока подсоединен к входу переключателя, а отрицательные полюсы многоканального и автономного блоков питания постоянного тока соединены с отрицательным полюсом общей шины питания устройства в точке Б, причем отрицательный полюс общей шины питания устройства в точке Б электрически изолирован от местного защитного заземления в точке В, корпуса преобразователей первичных сигналов в точке В соединены с местным защитным заземлением в точке з.
На фиг. 1а показан состав и расположение блоков (приборов) на поперечном сечении трубопровода.
На фиг. 1б показан состав и расположение блоков на продольном сечении трубопровода. На фиг. 1в показаны измерительные точки погружных датчиков локальной скорости (ПДЛС).
На фиг. 2а показана упрощенная блок-схема преобразователя первичных сигналов ППС-1, 2, 3 и измерителя локальной скорости (ИС).
На фиг. 2б показана блок-схема устройства для измерения расхода жидкости.
На фиг. 3а представлены временные диаграммы управляющих сигналов погружного датчика локальной скорости.
На фиг. 3б представлены временные диаграммы основных информационных сигналов погружного датчика локальной скорости.
На фиг. 4 представлены временные диаграммы объемного расхода, локальной и средней скорости измеряемой (контролируемой) жидкости.
На фиг. 5 показаны результаты экспериментального исследования заявляемого устройства.
Устройство на фиг. 1а, б содержит: трубопровод 1, три погружных датчика локальной скорости 2, включающие магнитную систему с катушками 3 и чувствительным элементом (ЧЭ) 4 с электродами (контактами), 19 погруженные в электропроводящую жидкость 5, преобразователи первичных сигналов ППС 20, 21, 22.
На фиг. 1в на поперечном сечении трубопровода 1 показаны изолинии И локальной скорости потока жидкости, искаженного погружными датчиками локальной скорости 2, значения локальной скорости в измерительных точках 1-3.
Преобразователи первичных сигналов ППС 20, 21, 22 закреплены на погружных датчиках локальной скорости 2 с наружной стороны относительно трубопровода 1.
±v1-3
1-3
Контролируемая электропроводная жидкость 5, движущаяся через трубопровод 1, попадает в локальную зону действия магнитного поля, создаваемого катушками 3 магнитной системой погружных датчиков локальной скорости при протекании через них электрического тока. В результате чего по закону Фарадея об электромагнитной индукции, в ней индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), создающая на электродах 19 чувствительного элемента 4 разность потенциалов, то есть информационные сигналы U, пропорциональное локальной скорости v в измерительных точках погружных датчиков локальной скорости 2 (фиг. 1в).
1-3
1-3
1-3
1-3
eff
eff
eff
Перед вводом в эксплуатацию устройства определяют геометрические параметры (см. фиг. 1а): внутренний диаметр трубопровода D, диаметр погружной части d погружных датчиков локальной скорости ПДЛС, глубины погружения чувствительных элементов ПДЛС h, расстояния от внутренней стенки трубопровода до измерительных точек Y как Y=h+X, где X - расстояние от торца ПДЛС до измерительной точки. Для ПДЛС, используемых в заявляемых устройстве X=2 мм. Указанные геометрические параметры запоминают в ППС 20, 21, 22.
На фиг. 2а, б блок-схема устройства для измерения расхода жидкости содержит: трубопровод 1 с измеряемой жидкостью 5, погружной датчик локальной скорости 2, содержащий катушку 3 и чувствительный элемент 4 с электродами 19, три преобразователя первичных сигналов ППС 20, 21, 22. (см. фиг. 2б), каждый из которых содержит (см. фиг. 2а) формирователь тока 6, датчик тока 7, переключатель 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10, предварительный усилитель 11. Кроме того, блок-схема (см. фиг. 2б) содержит три многоканальных блока питания постоянного тока МБП 23 с раздельными каналами 12 и 13, вычислительный блок ВБ 24, содержащий микропроцессор 14, блок памяти 15, индикатор 16, клавиатуру 17 и автономный блок питания постоянного тока 18.
Канал питания (подмагничивания) катушек 3 состоит из формирователя тока 6, датчика тока 7, микроконтроллера 10 и МБП 23 с каналом 12.
Измерительный канал локальной скорости контролируемой жидкости состоит из чувствительного элемента 4 погружного датчика локальной скорости 2 с электродами 19, предварительного усилителя 11, переключателя 8, АЦП 9 микроконтроллера 10 и МБП 23 с каналом 13.
Совокупность, состоящая из датчика локальной скорости 2 и подключенного к нему преобразователя первичных сигналов, представляет собой измеритель локальной скорости ИС 27 (см. фиг. 2а).
Вычислительный блок устройства состоит из микропроцессора 14, блока памяти 15, индикатора 16, клавиатуры 17 и автономного блока питания постоянного тока 18. Микропроцессор 14 взаимодействует с микроконтроллерами 10 ППС 20, 21, 22. путем их опроса и подачи команд управления. Оператор подает команды микропроцессору через клавиатуру 17 и считывает информацию с индикатора 16.
1-3
Измерительный канал расхода контролируемой жидкости состоит из описанных выше трех измерительных каналов локальной скорости v и вычислительного блока
В блоках формирователя тока 6 ключи 25, 26, являются неотделимой частью формирователя тока и находятся внутри него. Ключи К1, К2 и переключатель 8 являются бесконтактными логически управляемыми элементами.
Выход электродов ПДЛС Э1-Э2 через предварительный усилитель 11, переключатель 8, АЦП 9 подсоединен к входу микроконтроллера 10, а выходы микроконтроллеров ППС 20, 21, 22 подключены к входу микропроцессора 14 вычислительного блока 24, при этом микропроцессор 14 соединен с блоком памяти 15, индикатором 16, клавиатурой 17 и автономным блоком питания 18 (фиг. 2б).
а
Выходы катушек 3 ПДЛС 2 подсоединены через формирователи тока 6, опорные резисторы Rоп датчиков тока 7 к каналам 12 МБП 23. Выход канала 12 МБП 23 соединен отрицательным полюсом устройства в точке Б. Управляющие выходы g1 и g2 микроконтроллера 10 подсоединены к формирователю тока 6 (через ключи К1, К2). Управляющий выход е микроконтроллера 10 подсоединен к переключателю 8. Управляющий выход f микроконтроллера 10 подсоединен к АЦП 9. Выход датчика тока 7 подсоединен к входу переключателя 8. Выход канала 13 МБП 23 соединен с предварительным усилителем 11, переключателем 8, АЦП 9, микроконтроллером 10 в точках -г.
Управляющий выход р микропроцессора 14 соединен с соответствующими управляющими входами микропроцессоров 10 (фиг. 2а) ППС 20, 21, 22 (фиг. 2б).
1,2,3
Информационные выходы v' микропроцессоров 10 ППС 20, 21, 22 соединены с информационным входом микропроцессора 14 (фиг. 2а, б).
Отрицательные полюсы каналов 12 и 13 МБП 23, а также автономного блока питания постоянного тока 18 соединены с отрицательным полюсом общей шины питания устройства в точке Б. Отрицательный полюс общей шины питания устройства в точке Б электрически изолирован от местного защитного заземления в точке В. Корпус преобразователей первичных сигналов в точке В соединен с местным защитным заземлением в точке з.
ПДЛС разработаны на базе погружных электромагнитных датчиков локальной скорости, входящих в состав расходомеров типа РМ-5-Б3 для трубопроводов больших диаметров, разработанных и макетированных в компании ООО «ТБН энергосервис».
Предварительные усилители 11 разработаны на основе интегральных микросхем типа AD8221 фирмы Analog Devices (США).
В устройстве в качестве переключателя 8 используется интегральная микросхема типа AD707 фирмы Analog Devices (США). В качестве аналого-цифрового преобразователя 9 используется интегральная микросхема типа AD7714 фирмы Analog Devices (США).
В устройстве используется микроконтроллер типа AT89C51R02 фирмы Atmel (США).
В устройстве в вычисленном блоке ВБ 24 используется микропроцессор 14 типа Atmega 128 фирмы Atmel (США), блок памяти 15 типа AT45DB фирмы Atmel (США), индикатор 16 типа WH1601 фирмы Winstar (Китай).
Формирователь тока 6, датчик тока 7, четырех кнопочная клавиатура 17 разработаны в ООО «ТБН энергосервис».
Формирователь тока 6 разработан на базе оптронов ILD213 фирмы Vishay (США) и ключей IRF7343 фирмы IRF (США).
Датчик тока 7 разработан на основе резистивного делителя, в котором использован опорный прецизионный резистор (Rоп=0.5 Ом, мощность 0.25 Вт), а также пассивного фильтра на чип-резисторах типа 0805 фирмы SINETECH (Тайвань).
Кнопочная четырехклавишная клавиатура 17 разработана на базе тактовых кнопок TS-A4PS-130 фирмы Switronic Industrial (Китай). В устройстве используется формирователь тока и клавиатура производства «ТБН энергосервис».
В устройстве используется МБП 23 типа БП(и)-3В (канал 12: напряжение 12В, ток нагрузки - 0.5 А; канал 13: напряжение 9В, ток нагрузки - 0.3 А) производства ООО «ТБН энергосервис».
В устройстве используется автономный блок питания 18 постоянного тока типа БП(и)-3В (используется один канал напряжение 9В, ток нагрузки - 0.3 А) производства ООО «ТБН энергосервис».
Все выше перечисленные электрорадиоэлементы известны и выпускаются в электронной промышленности.
Функционирование устройства (фиг. 2 а, б), при определении расхода электропроводящей жидкости в трубопроводах больших диаметров, происходит при полностью заполненном трубопроводе 1 контролируемой электропроводящей жидкостью 5 (нормальный режим работы устройства). Блоки питания устройства: МБП 23 с каналами 12, 13 и автономный блок питания постоянного тока 18 питаются от промышленной сети 220 В±5% частотой 50±1 Гц. Блоки: предварительный усилитель 11, переключатель 8, АЦП 9, микроконтроллер 10 питаются от канала 13 МБП 23. Формирователь тока 6, датчик тока 7 питаются от канала 12 МБП 23. Микропроцессор 14, блок памяти 15, индикатор 16 и клавиатура 17 питаются от автономного блока питания постоянного тока 18 (в точках д-з).
±v
1
±v
I
1,2
I
1
±v
2
В устройстве под управлением микроконтроллеров 10 происходит формирование информационного сигнала U с выходов электродов 19 и сигнала тока катушки U снимаемого с опорного резистора Rоп датчика тока 7, формирование тока через катушку происходит по управляющим логическим сигналам g1, g2 формируемым микропроцессором (см. фиг. 3а и таблицу 1), оцифровка информационного сигнала U и сигнала тока катушки U происходит по управляющим командам f и е, подаваемым микроконтроллером 10 соответственно на переключатель 8 и АЦП 9 согласно заранее составленному алгоритму и программе для микропроцессора (см. таблицу 2). Оцифровка сигнала тока катушки U происходит после подачи микроконтроллером 10 команды f на переключатель 8 и команды е на АЦП. Оцифровка сигнала U происходит после подачи микроконтроллером 10 команды f на переключатель 8 и n команд е на АЦП (см. фиг. 3б и таблицу 2).
+
-
±v1,2,3
±v
±v
При этом напряжение от канала 12 МБП 23 через датчик тока 7, формирователь тока 6 поступает на вход катушек 3. Формирование тока питания катушек I, I в виде меандра (фиг. 3б) происходит при подаче на вход формирователя тока 6 прямоугольных логических сигналов g1, g2 от микроконтроллера 10 (фиг. 2а). После обеспечения питания катушек 3 и вышеуказанных блоков под воздействием движущейся электропроводящей жидкости 5 на электродах 19 чувствительного элемента 4 погружного датчика локальной скорости 2 индуцируется информационный сигнал U, который поступает на вход предварительного усилителя 11, затем согласованный и усиленный информационный сигнал kU с выхода предварительного усилителя 11 через переключатель 8 поступает на вход АЦП 9. Оцифрованный информационный сигнал kU' с выхода АЦП 9 поступает на микроконтроллер 10.
I
I
Кроме того, сигнал с выхода датчика тока U, снимаемый с опорного резистора Rоп, поступает через переключатель 8 на вход АЦП 9. Оцифрованный сигнал тока катушки U' с выхода АЦП 9 подается на вход микроконтроллера 10.
I
±v
I
±v
Таким образом, на вход микроконтроллера 10 поступают следующие оцифрованные информационные сигналы: сигнал тока катушки U' снимаемый с опорного резистора Rоп в датчике тока 7 (при любом состоянии ключей 25, 26 формирователя тока 6); усиленный информационный сигнал kU' с выхода предварительного усилителя 11 (фиг. 2а). Эти сигналы, то есть сигнал тока катушки U' и усиленный информационный сигнал kU' несут информацию о величине локальной скорости v контролируемой жидкости.
I
±v
Согласно составленному алгоритму и программе для микроконтроллера сигнал тока катушки U' и усиленный информационный сигнал kU' обрабатываются и преобразуются в значения локальной скорости v. Значения локальной скорости v запоминаются в оперативной памяти микроконтроллеров 10 ППС 20, 21, 22 (фиг. 3б).
1,2,3
Из микропроцессора 14 на микроконтроллеры 10 ППС 20, 21, 22 поступает логический сигнал р (запрос), в результате чего с выходов микроконтроллеров 10 ППС 20, 21, 22 на вход микропроцессора 14 подается цифровой сигнал, пропорциональный локальной скорости v.
1,2,3
Микропроцессор 14 вычислительного блока ВБ 24 запрашивает ежесекундно из микроконтроллеров 10 ППС 20, 21, 22 значения локальных скоростей v контролируемой жидкости (см. фиг. 2 и фиг. 4).
1
2
3
Микропроцессор 14 в автоматическом режиме согласно составленному алгоритму и программе для микропроцессора по значениям цифровых сигналов, пропорциональным локальным скоростям потока v, v и v (фиг. 4) вычисляет среднюю по сечению скорость u и объемный расход G контролируемой жидкости как произведение средней скорости на площадь измерительного сечения трубопровода за вычетом площади миделей погружных частей датчиков локальной скорости.
ИЗМ
Результаты измерений сохраняются в оперативной памяти микропроцессора 14 до поступления новых измерений в следующем измерительном цикле Т, при этом старые измерения в оперативной памяти заменяются новыми, а также согласно командам микропроцессора 14 запоминаются и сохраняются в блоке памяти 15 и выводятся на индикатор 16. Далее процесс повторяется. Ввод параметров и управление устройством осуществляется оператором при помощи клавиатуры 17.
1,2,3
±v1,2,3
1,2,3
1,2,3
±v1,2,3
1,2,3
1
2
3
Принцип работы устройства основан на взаимодействии движущейся контролируемой электропроводящей жидкости 5 с магнитным полем катушек 3 и заключается в следующем: при заполненном трубопроводе 1 электропропроводящей жидкостью 5 с помощью формирователей тока 6 питают знакопеременным током катушки 3 магнитных систем погружных датчиков локальной скорости 2, создающие магнитное поле в локальной области вблизи электродов 19 в измерительных точках i (см. фиг. 1в). При движении жидкости 5 в магнитном поле индуцируется ЭДС, наводящая на электродах 19 чувствительных элементов 4 датчиков локальной скорости 2 сигнал U пропорциональный локальной скорости v в измерительных точках i и индукции магнитного поля. Сигналы U после согласования и усиления предварительным усилителем 11, оцифровки в АЦП 9 и обработки в микроконтроллере 10 ППС 20, 21, 22 преобразуются в цифровые информационные сигналы, пропорциональные локальным скоростям контролируемой жидкости v. Цифровые сигналы, пропорциональные локальным скоростям v, v и v (см. фиг. 2б и фиг. 4) измеряемой жидкости поступают в микропроцессор 14, где согласно предварительно составленному алгоритму и программе для микропроцессора обрабатываются с использованием метода «площадь-скорость». В результате чего на выходе микропроцессора 14 получают значения средней по сечению скорости u и объемного расхода G контролируемой жидкости.
0
С целью энергосбережения в устройстве используется импульсное питание катушек 3 погружных датчиков локальной скорости. Из фиг. 3б, (см. диаграмму тока I) видно, что в секундном цикле ток через катушку отсутствует в интервал времени паузы T=t1=t4 длительностью 640 мс. Откуда следует, что экономия электроэнергии из промышленной сети в канале 12 МБП 23 по сравнению с непрерывным питанием составляет 100%⋅(640 мс/1000 мс)=64%.
Для функционирования каналов питания катушек 3 на МБП 23 подается напряжение питания 220 В, 50 Гц из промышленной сети (фиг. 2а). С выходов каналов 13 МБП 23 запитывается предварительный усилитель 11, переключатель 8, АЦП 9, микроконтроллер 10. С выходов каналов 12 МБП 23 запитывается формирователь тока 6 и датчик тока 7 (опорный резистор Rоп).
+v,j
+v,j
+v,j
+v,j
+v
Точность измерения локальной скорости контролируемого потока жидкости повышается следующим образом: n значений (например, n=10) оцифрованного сигнала kU', полученных на этапе 3 в течение интервала времени t1 и запомненных в оперативной памяти микроконтроллера 10 (j - номер запомненного значения kU' из текущей серии измерений j=1, … n) обрабатываются статистическими методами согласно заранее составленной методике, реализованной в программе для микроконтроллера 10. С целью повышения экономической эффективности используется простой метод статистической обработки, который может быть реализован в недорогом микропроцессоре, использованном в заявляемом устройстве. Например, метод усреднения с исключением выбросов, по которому отбрасываются максимальное и минимальное значение kU', оставшиеся n-2 значения kU' усредняются, при этом полученное после усреднения значение kU' запоминается в оперативной памяти микроконтроллера 10 и используется в дальнейших вычислениях. Указанным методом существенно уменьшается случайная составляющая относительной погрешности измерения локальной скорости до величины от 0.1 до 0.01%.
-y,j
Аналогичные действия используются при обработке n значений оцифрованного сигнала kU', полученных в течение интервала времени t3 и записанных в оперативную память микроконтроллера.
изм
Далее аналогичные действия повторяются в каждом измерительном цикле Т.
Таким образом, совокупные действия известных и неизвестных отличительных признаков дают новые технические решения, что выгодно снижает погрешность измерения расхода жидкости, значительно сокращает потребление электроэнергии из промышленной сети (на 64%) и благодаря этим полезным свойствам расширяется область применения предложенного изобретения. Указанные новые свойства изобретения выгодно отличаются от выбранного аналога и прототипа, обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «изобретательский уровень». Для реализации изобретения использованы известные материалы в области радиоэлектроники и радиотехнической промышленности и созданы доступные алгоритмы с программным обеспечением для определения расхода в электропроводящей жидкости с высокой точностью (относительная погрешность не более 2%) в трубопроводах больших диаметров. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».
В ООО «ТБН энергосервис» для повышения точности измерения расхода электропроводящей жидкости при использовании погружных датчиков локальной скорости было проведено экспериментальное исследование на проливной установке УРОКС-400.
Эксперимент был проведен на макетных образцах модернизированного расходомера РМ-5-Б3, предназначенного для измерения и коммерческого учета объемного и массового расхода, объема и массы электропроводящей жидкости в трубопроводах больших диаметров, а также для использования в автоматизированных системах учета, контроля и регулирования количества тепла. На фиг. 5 показаны результаты определения относительной погрешности измерения расхода dG, полученные в ходе проведения экспериментов. Видно, что относительной погрешности измерения расхода dG не превышает 2% при изменении средней скорости потока измеряемой жидкости в диапазоне 0.4-3…5 м/с, что соответствует требованиям «Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя», утвержденной приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 17 марта 2014 г. №99/ПР, согласно которой расходомеры, в том числе расходомеры с электромагнитными погружными датчиками локальной скорости, должны обеспечивать измерение массы (объема) с относительной погрешностью (Eƒ):
ƒ
max
класс 2: E=±(2+0,02G/G), но не более ±5%; (12.7)
ƒ
max
класс 1: E=±(1+0,01G/G), но не более ±3,5%, (12.8)
ƒ
max
где E - относительная погрешность расходомеров, G - максимальный измеряемый расход, G - текущее значение измеряемого расхода.
Устройство позволяет выводить на алфавитно-цифровой индикатор:
3
текущее значение объемного расхода по каждому трубопроводу, где установлены датчики локальной скорости, м/ч;
текущее значение массового расхода по каждому трубопроводу, где установлены датчики локальной скорости и температуры, т/ч;
3
объем нарастающим итогом по каждому трубопроводу, где установлены датчики локальной скорости, м;
масса нарастающим итогом, по каждому трубопроводу, где установлены датчики локальной скорости и температуры, т;
текущее значение температуры среды по каждому трубопроводу, где установлены датчики температуры, °С;
2
текущее значение давления среды в трубопроводах по каждому трубопроводу, где установлены датчики давления, кгс/см и МПа;
текущие значения температуры окружающего воздуха (при комплектовании устройства соответствующими датчиками), °C;
время наработки, ч;
текущие значения даты и времени;
информация о модификации устройства, его параметрах настройки и состояния.
Информация, указанная выше, может передаваться в цифровом виде по интерфейсу RS-485 (а совместно с периферийными устройствами и по интерфейсу RS-232) на персональный компьютер и/или в автоматизированные системы учета, контроля и регулирования количества тепла.
Расходомер РМ-5-Б3 обеспечивает архивирование в энергонезависимой памяти почасового, посуточного, помесячного, погодового значений массы и объема контролируемой жидкости, значений измеренных параметров жидкости (расхода, температуры), времени наработки, и т.д.
Глубина архива составляет не менее:
почасового - 45 дней;
посуточного - 12 мес.;
помесячного - 5 лет;
погодового - 32 года;
событий - 16 тыс. записей.
Питание устройства от сети переменного тока напряжения от 187 до 242 В, частотой 50±1 Гц. Мощность потребления РМ-5-Б3 не превышает 60 Вт.