№10: контрольно-измерительные приборы (стр. 6 из 10)
Неисправности и методы их обнаружения
Загрязнение электродов.
Короткое замыкание и обрыв цепи электродов (и линий связи для раздельного исполнения ППР и измерительного преобразователя).
Проводимость электродов/рабочей среды вне допустимых пределов для ЭМР или рабочей среды
· - смена рабочей среды (ЭМР сигнализирует о смене рабочей среды на, например, моющий раствор при технологии неразборной очистке трубопроводов).
· - качество процесса очистки, например, для сточных вод.
Контроль измерительного тракта осуществляется кратковременной подачей тестового сигнала в измерительную цепь и проверка на соответствие заданному значению.
Контроль искажения профиля скорости потока измеряемой среды с помощью создания инверсного магнитного поля в одной из катушек индуктора. При наличии искажений профиля (отсутствия осесимметричности) сигнал на измерительных электродах будет отличным от нулевого.
Обнаружение шумов производится с помощью перемножения сигнала с измерительных электродов с тестовым сигналом удвоенной частоты с паузой для установления процесса. При отсутствии помех сумма этих произведений за каждую полуволну измерительного сигнала должна быть равна нулю.
Линейность магнитной цепи индуктора и отсутствие внешнего магнитного поля сторонней природы проверяется с помощью уменьшения сигнала индуктора, а следовательно и магнитного поля в два раза, при этом измеренный сигнал должен быть также в два раза меньше. Если магнитная цепь индуктора имеет остаточное намагничивание или существует внешнее магнитное поле, то из-за насыщения сердечника при максимальном сигнале уменьшение сигнала при снижении тока в два раза будет меньшим, чем в два раза.
Тенденции в развитии ЭМР. В то время как за рубежом развитие ЭМР идет по пути создания все более совершенных приборов, оснащенных массой дополнительных функций, в России наблюдается обратный процесс - предельное упрощение схемотехники электронных схем и конструкции первичных преобразователей ЭМР с целью повышения их конкурентоспособности. Последняя цель уже достигнута – некоторые простые модели ЭМР имеют стоимость сравнимую не только с ультразвуковыми или вихревыми расходомерами, но даже с тахометрическими (турбинными и крыльчатыми) водосчетчиками. К сожалению, не все простое – гениально, поэтому рассчитывать на выдающиеся характеристики таких средств измерений не приходится. Так пределы относительной погрешности измерения расхода и объема ±2% обеспечиваются в динамическом диапазоне немногим более 1:10, а сервисные возможности и самодиагностика - минимальны. Впрочем, есть примеры, когда новые разработки идут «нога в ногу» с передовыми мировыми тенденциями. Так, фирма Интелприбор (г. Жуковский Московской области) недавно анонсировала комбинированный модуль М111, объединяющий в едином конструктиве ЭМР, термопреобразователь и датчик давления.
?.?.?.Метрологические характеристики
Типичный динамический диапазон измерений расхода ЭМР в несколько раз превышает динамические диапазоны ультразвуковых, вихревых и тахометрических расходомеров. При этом, для осесимметричных потоков показания ЭМР не зависят от характера движения, что позволяет измерять очень низкие скорости, соответствующие ламинарному режиму. Диапазон измеряемых скоростей потока ЭМР простирается от единиц миллиметров в секунду до 10-15 м/с, однако некоторые производители ограничивают этот диапазон из технологических или метрологических соображений. Например, фирма Foxboro рекомендует измерять расход при скорости потока в диапазоне 0,9-4,6 м/с, при возможности эрозии канала ППР ограничивать верхний предел скорости (0,9 - 1,8 м/с), при возможности выпадения осадков – нижний предел скорости (1,8-4,6 м/с).
Типичная погрешность измерений находится в пределах ±0,5% от измеряемой величины. Многие производители предлагают в качестве опции калибровку ЭМР с погрешностью ±0,2% и/или по более, чем трем точкам задаваемого расхода. Динамический диапазон измерения расхода многими западными производителями не указывается, а если указывается, то обычно он охватывает скорости потока, при которых относительная погрешность составляет 5 и более процентов.
Воспроизводимость показаний ЭМР изготовленных в дальнем зарубежье обычно не превышает ±0,1% от текущего значения расхода, производители ЭМР в России и ближнем зарубежье обычно не нормируют этот метрологический параметр.
ЭМР давно стали основой поверочных расходоизмерительных установок сличения, обеспечивая в сравнительно узком диапазоне расходов и эталонных условиях предельную точность в пределах относительной погрешности ±0,15%. Принимая во внимание, что большинство западных ЭМР имеет воспроизводимость показаний на уровне ±0,1%, то, видимо, этот уровень и определяет предел погрешности для настоящего уровня развития ЭМР.
?.?.?.Ультразвуковые преобразователи расхода
Еще одним типом преобразователем расхода для теплосчетчиков является преобразователь ультразвукового типа. Им оснащен, например, теплосчетчик UFM 001.
Принцип действия преобразователя поясняется на рисунке 10.19. Пьезоэлектрические преобразователи ПЭП1 и ПЭП2 работают попеременно в режиме приемник-излучатель.
Рис10.19. Принцип действия преобразователя расхода ультразвукового типа
Скорость распространения ультразвукового сигнала в воде, заполняющей трубопровод, представляет собой сумму скоростей ультразвука в неподвижной воде и скорости потока в проекции на рассматриваемое направление распространения ультразвука. Время распространения ультразвукового импульса от ПЭП1 к ПЭП2 и от ПЭП2 к ПЭП1 зависит от скорости движения воды в соответствии с формулами:
где t1, t2 – время распространения ультразвукового импульса по потоку и против потока;
Lа – длина активной части акустического канала;
Lд- расстояние между мембранами ПЭП;
Со- скорость ультразвука в неподвижной воде;
V- скорость движения воды в трубопроводе;
α - угол в соответствии с рис 10.19.
Расход жидкости, протекающей на месте установки ПЭП:
где Δt - разность времени распространения ультразвуковых импульсов по потоку и против потока;
Д- диаметр трубопровода на месте установки ПЭП;
К- программируемый коэффициент коррекции.
У этого типа преобразователей расхода соотношение максимального и минимального измеряемых расходов не превышает величину ~ 100:1.
Теплосчетчики с ультразвуковыми преобразователями расхода наиболее удобно применять в переносных приборах, служащих для экспресс – измерений, т.к. проведение измерения расхода ультразвуковым методом не требует нарушения целостности трубопровода.
Измерение частотных или временных характеристик ультразвукового сигнала менее чувствительно к возможным изменениям условий измерений. На эти характеристики могут влиять изменение амплитуды сигнала, вызванное появлением газовой фазы или твердых примесей, зафиксированное в виде «пропуска» сигнала, но данные изменения рассматриваются как нештатная ситуация, а не как изменение метрологических характеристикк. В том смысле, что прибор не выдает в качестве достоверной искаженную информацию: если показания есть, то они метрологически точны. Если происходит «зарастание» примесями датчика, то снижается амплитуда сигнала (вплоть до исчезновения), но это также не является изменением метрологических характеристик. Поэтому декларируемые преобразователями точность и динамический диапазон (1:100-1:200) сохраняютсяся в течении всего межповерочного периода измерений (МПИ).
Показания ультразвуковых расходомеров с времяимпульсным методом измерений могут не зависеть ни от температуры, ни от давления теплоносителя. В таких расходомерах скорость распространения ультразвуковых колебаний постоянно измеряется или рассчитывается при помощи аппроксимирующих полиномов.
Показания ультразвуковых расходомеров не подвержены манипуляциям с магнитом. Такие расходомеры могут применятся как в системах водоснабжения, так и в составе теплосчетчиков в отопительных системах на большинстве объектов, обеспечивая метрологически точные показания в широком диапазоне и в течение всего МПИ. Однако на передприятиях Архангельской области данные приборы пока не получили широкого применения. Одной из причин является высокие требования к измерительному участку и сложности при проведении поверочных работ.
10.5. Измерение уровня
Проверка уровня является одной из важных операций в системе контроля технологических процессов. Так, в химической и нефтехимической промышленности непрерывное измерение и сигнализация уровня составляют до 40% всех измерений.
При этом условия для выполнения таких измерений бывают самые разные — от неагрессивных жидкостей в резервуарах высотой 15... 20 м и более, агрессивных жидкостей (растворы солей, щелочи, кислоты и др.) в емкостях объемом 10...20 тыс. м3 и, наконец, кипящих жидкостей (барабаны энергоблоков, выпарные установки и др.).
Наибольшее применение для измерения уровня жидкостей получили поплавковый и гидростатический методы измерения. Для первого используют поплавковые уровнемеры, действие которых основано на следящем положении поплавка, а у второго—на измерении гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня в резервуаре. Как правило, гидростатическое давление жидкости измеряют при помощи дифманометров, устанавливаемых ниже резервуара. Чтобы исключить влияние столба жидкости в импульсных линиях на результаты измерения, применяют уравнительные сосуды, в которых поддерживается постоянный уровень жидкости относительно измеряемого уровня жидкости в резервуаре.