Устройство для измерения расхода вещества Советский патент 1993 года по МПК G01F1/12 

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкости по изменению энергии (мощности), затрачиваемой средством принудительного перемещения контро- лируемой жидкости и может быть использовано для измерения подачи центробежных электронасосов.

Известны устройства для измерения расхода жидкости, работающие по измерению расхода энергии. Однако все известные устройства для измерения подачи насоса требуют установки индивидуального технического средства в трубопроводе с измеряемой жидкостью. Устройства эти сложны, громоздки и мало надежны. Особенно трудно их использовать на трубопроводах большого диаметра и большой производительности.

Цель изобретения - повышение точности измерения расхода вещества.

Поставленная цель достигается тем, что в него введены статический преобразователь мощности, включающий трансформатор тока, и трансформатор напряжения, и блок компенсации потерь с выходом, элект: рическая цепь последовательно соединенных регулятора напряжения, усилителя, первого входа первого блока вычитания,

масштабного задатчика первого входа интегратора, компаратора, первого входа триггера Шмидта и первого входа ключа, первый выход которого соединен с вторым входом интегратора, а второй выход подан на счетчик, второй вход триггера Шмидта соединен с функциональным задатчиком, а привод выполнен в виде трехфазного электродвигателя, преобразователь перепада давления выполнен в виде второго блока вычитания, первый вход которого соединен с первым манометрическим датчиком через блок разности, а второй - с вторым манометрическим преобразователем, блок ввода постоянной величины выполнен в виде блока питания и задатчика и вторичный прибор выполнен в виде счетчика импульсов, при этом выход задатчика постоянной величины соединен с вторым входом первого блока вычитания и является вторым входом вычислительного устройства, выход компенсатора потерь соединен с первым входом блока деления и является третьим входом вычислительного устройства, выход блока деления соединен с входом регулятора направления, а второй вход блока деления является первым входом вычислительного устройства.

Ј

VI

СО

ю

00

На фиг. 1 представлена схема центробежного электронасоса; на фиг. 2 представлены типовые и новые характеристики насоса; на фиг. 3 представлена структурная схема расходомера центробежного электронасоса.

Устройство состоит из центробежного электронасоса 1, приемного и выкидного трубопроводов 2, электродвигателя 3, пре- образовател;я перепада давления 4, вычислительного Устройства .5, блок ввода постоянной величины 6, блок деления 7 и вторичного прибора 8. Основными параметрами центробежного электронасоса являются подача Q и развиваемый напор Н в метрах водяного столба. Напор равен максимальной высоте, на которую может поднять насос жидкость, а подача и напор величин взаимосвязанные. Типичная зависимость развиваемого напора от подачи показана на фиг. 2. Поскольку все типовые характеристики насоса сняты на воде с плотностью 1000 кг/м3. то вместо напора в метрах будем в дальнейшем пользоваться давлением в МПа из расчета 1 МПа равен 100 м столба жидкости. Для привода насоса применяется асинхронный электродвигатель трехфазного тока. Для измерения расхода вводят в число паспортных характеристик насоса новую характеристику M-Q, показанную на фиг. 2. Эта характеристика отражает изменение зависимости результата деления давления, развиваемого насосом Рн, на мощность No, действующую на валу насоса при нулевой подаче за минусом результата деления давления, развиваемого насосом на мощность, действующую на его вале при режиме измерения умноженный на коэффициент характеризующий свойства жидкости. Обозначим эту зависимость через коэффициент М, а соответствующую характеристику M-Q. Тогда эта зависимость равна

м а (-ррв-Рп. + Рн

Р Уз

-)В

или

гРо

VN0 f P Г)э

П - Rf ° - п Рв Рп + РН ч U УЩ7 P ---оТ ---

0)

где Q - подача насосной установки; В - масштабный коэффициент; Р - активная мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса из сети; цэ - КПД электродвигателя; РВ - давление на выкиде насоса; Рп - давление на приеме насоса; Рн - номинальное давление на приема насоса, соответствующее давлению при котором снималась паспортная характеристика насоса; р - коэффициент учитывающий свойство жидкости откачиваемой насосом.

При непрерывном измерении расхода форма (1) принимает вид

Q B }&-р Рв Рп+Рн

ЧЧ„

N

Odt, (2)

5

где t - время измерения расхода.

Уравнение (2) можно переписать еще в следующем виде

10 Q°Bl(A- -PP pPV+P dt- И

где А и В-постоя иные для данной насосной установки коэффициенты.

Для реализации алгоритма измерения выраженного формулой (3) предлагается

15 расходомер (фиг. 1), структурная схема которого показана на фиг, 3.

Устройство для измерения расхода вещества (расходомер) (фиг. 3) содержит статический преобразователь мощности 9,

20 который подключен к сети через трансформатор напряжения 10 и трансформатор тока 11. Выход со статического преобразователя мощности подан через узел компенсации потерь 12 на узел деления давления, разви25 ваемого насосом, на мощность, действующую на валу насоса 13. Узел компенсации потерь 12, представляет собой потенциометр с помощью которого из общего выходного напряжения идущего от

30 преобразователя мощности вычитается напряжение пропорциональное потерям в приводном электродвигателе, которые предварительно вычисляются при известном значении КПД электродвигателя. После

35 вычитания получаем напряжение пропорциональное мощности действующей на валу электродвигателя, а следовательно и на валу насоса, На второй вход узла деления подана разность напряжений от датчика

40 давления на выкиде насоса 14 и датчика давления на приеме насоса 15, полученная путем вычитания номинального давления на приеме насоса от действующего с помощью узла вычитания 16 и узла вычитания давле45 ний 17. Выход с блока деления подан на регулятор напряжения 18, а с него на усилитель 19. Выход с усилителя 19 подан на один из входов узла вычитания результата деления из постоянной составляющей 20.

50 На другой его вход подано опорное напряжение от задатчика напряжения 21, который питается от блока питания 22. Выход с узла вычитания 20 подан на масштабный задат- чик 23, а с него на интегратор формировате55 ля нормируемых импульсов 24, который соединен с компаратором 25, а через него с триггером Шмидта 26, имеющего задатчик 27. Импульс с триггера включает ключ 26. Последний одним своим контактом ставит интегратор формирователя в исходное состояние, а другим контактом включает счетчик импульсов на его считывание. Время опрокидывания триггера Шмидта регулируется задатчиком 27, который представляет из себя регулируемое сопротивление включенное во времязадающие цепи триггера. Задатчик 27 служит для линеризации выходной характеристики M-Q. Сопротивление резистора 27 подбирается так, чтобы характеристика формирователя нормируемых импульсов совпадала с характеристикой М- Q данной насосной установки. Таким образом при каждом импульсе в счетчике добавляется одна единица нормируемого значения расхода.

.- Настройка устройства для измерения расхода вещества производится в соответствии с алгоритмом

Q-BJ(A- PBpPl+/V)dt

Пэр

В /(A-C)dt.

Вначале вычисляется значение расхода расчетным путем, потом это значение вводится в устройство для измерения расхода при каком-то действующем значении расхода. В дальнейшем расходомер корректировки не требует. Данные для расчета берутся от статического преобразователя мощности и датчиков давления. Значения КПД электродвигателя и характеристика M-Q берутся из справочного материала.

Настройка расходомера при действующей насосной установке производится следующим образом.

С помощью масштабного делителя 12 устанавливается выходное напряжение, пропорциональное мощности, действующей на валу насоса путем умножения выходного напряжения на КПД электродвигателя, С помощью узла вычитания f6 из действующего напряжения пропорционального давлению на приеме насоса вычитается напряжение пропорциональное номинальному давлению на приеме насоса. С помощью задатчика 21 в схему вычитания напряжений 20 подается напряжение, пропорциональное числу А. С помощью функционального задатчика 27 устанавливается в соответствии с типом насосной установки , коррекция характеристики M-Q. Далее с помощью регулятора напряжения 13 на выходе усилителя устанавливается напряжение, пропорциональное коэффициенту С. Затем с помощью масштабного задатчика 23 устанавливаем напряжение, пропорциональное коэффициенту В. Для этого задаемся ценой

одного импульса на счётчике 29. Например - один импульс равен 0,1 м3. Зная расчетное значение расхода, определяем через какое время должны идти импульсы при заданной их цене. С помощью задатчика 28 добиваемся, чтобы импульсы шли через расчетное время, пропорциональные коэффициенту В.

Рассмотрим пример настройки расходомера для центробежного насоса типа ЦНС-180, характеристики которого дана на фиг. 2.

Схема расходомера показана на-фиг. 3. Данные статического преобразователя

мощности: выходная характеристика - 10 В соответствует500 Вт или 0,5 кВт; коэффициент трансформации трансформатора напряжения - 6000/100 В; коэффициент трансформации трансформатора тока 100/5 А, КПД электродвигателя - 0,75; В 12,2; А 27; откачиваемая жидкость - вода при температуре 20°С р 1 номинальное давление на приеме насоса по сравнению с действующим. При работающей установке

напряжение на выходе статического преобразователя мощности равно - 5,3 В, что соответствует 0,26 кВт. Тогда активная мощность, потребляемая электродвигателем насоса из сети равна

Р 3-60-20-0,26 933 кВт. Мощность на валу насоса N 933-0,75 700 кВт. Определяем напряжение, пропорциональное разности давления на блоке 17,

зная, что 1 В напряжения равен 1 МПа давления. Предварительно задатчиком 16 вычитаем напряжение, пропорциональное номинальному давлению на приеме насоса. Напряжение на выходе блока 17 равно 10 В.

что соответствует 10 МПа. Вычисляем коэффициент М М 27-С

М 2710

700

1 103 27- 14,28 12,72

Этому значению по характеристике M-Q соответствует расход 155 м /ч

Q В-М 12,2-12,72 155 м3/час. С помощью задатчика 21 подаем в блок 20 напряжение 27 В, пропорциональное коэффициенту 27. С помощью задатчика 18 добиваемся, чтобы на выходе усилителя 19 напряжение было равно 12,7 В. Далее задаемся ценой деления одного импульса. Например 1 импульс равен 0,1 м3. Тогда время

между импульсами должно быть равно

Т 3600:155 23,22 с. . С помощью масштабного делителя 23 регулируем величину входного сигнала, пропорционального коэффициенту В, чтобы время

между импульсами формирователя было равно бы 23,22 с. На этом настройка расходомера заканчивается. На счетчик будут идти импульсы с ценой деления 0,1 м . Счетчик будет считать расход с дискретно- стью 0,1 м . При отсчете суммарного значения по счетчику на данный момент, необходимо с правой стороны, после первой значащей цифры поставить запятую.

Был изготовлен и испытан опытный образец расходомера, который показал высокие эксплуатационные качества.

Использование: в технике измерения расхода принудительно перемещаемых объемов жидкости. Сущность изобретения: преобразователь перепада давления на лопаточной машине соединен с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с выходом второго функционального задатчика, соединенного с блоком питания, а третий вход вычислительного устройства соединен с выходом блока компенсации потерь, связанного со статическим преобразователем мощности. 3 ил.

Формула изобретения Устройство для измерения расхода вещества, содержащее привод, лопаточную машину с преобразователем перепада давления на ней, соединенным с первым входом вычислительного устройства, включающего блок ввода постоянной величины, блок деления, и вторичный прибор, проградуированный в единицах расхода и соединенный с выходом вычислительного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены статический преобразователь мощности, включающий трансформатор тока, транс- Форматор напряжения и блок компенсации потерь с выходом, электрическая цепь последовательно соединенных регулятора напряжения, усилителя, первого входа первого блока вычитания масштабного за- датчика, первого входа интегратора, компаратора, первого входа триггера Шмидта и первого входа ключа, первый выход которого соединен со вторым входом интегратора и первый функциональный задатчик, привод выполнения в виде трехфазного электро(рс/г./.

двигателя, преобразователь перепада давления выполнен в виде второго блока вычитания, первый вход которого соединен с первым манометрическим датчиком через блок разности, а второй вход - с вторым манометрическим преобразователем, блок ввода постоянной величины выполнен в виде блока питания и второго функционального задатчика, вторичный прибор выполнен в виде счетчика импульсов, при этом выход первого функционального задатчика соединен с вторым входом триггера Шмидта, а выход второго функционального задатчика соединен с вторым входом первого блока вычитания и является вторым входом вычислительного устройства, выход компенсатора потерь соединен с первым входом блока деления и является третьим входом вычислительного устройства, выход блока деления соединен с входом регулятора напряжения, второй вход блока деления является первым входом вычислительного устройства, а вторичный прибор выполнен в виде счетчика и соединен с вторым выходом ключа.