Д.т.н. Осадчук В.С., д.т.н. Осадчук О.В., Деундяк В.П., Деундяк М. В.

Вінницький національний технічний університет

Проблематика сучасного стану розробки витратомірів рідини (2 частина)

Подальший розвиток світової економіки ґрунтується на впровадженні останніх досягнень науки в виробництво, розробці та серійному виробництві новітніх приладів та матеріалів. Функціонування будь-якої галузі сучасної економіки, наприклад, енергетики, машинобудування, хімічної та харчової промисловості неможливе без використання сучасних лічильників та витратомірів для автоматизації технологічних процесів. В кожному сучасному автомобілі для оптимізації режиму роботи і економії пального використовується витратомір пального. В енергетиці для вимірювання об’єму газу, що споживається промисловими та комунально-побутовими підприємствами, бюджетними організаціями та підприємствами теплової енергетики, застосовується 71,3 тис. приладів обліку. У сфері транспортування, видобування та зберіганні газу застосовуються витратомірні пристрої, засновані на принципі змінного перепаду тиску. У більшості країн Європи для цих потреб використовують лічильники газу з відносною похибкою від 0,5 до 1%. Впровадження таких лічильників в Україні стримується внаслідок їх високої вартості та відсутності робочих еталонів для повірки лічильників на великі об’єми [1]. Для вимірювання витрат речовин використовують витратоміри, що ґрунтуються на різних принципах дії: витратоміри змінного рівня, змінного та постійного перепадів тиску, електромагнітні, турбінні, теплові, вихорові та ультразвукові. Для вимірювання кількісних показників використовують витратоміри з сумуючими механізмами різних типів або лічильниками. В цих випадках витрату підконтрольної речовини визначають за різницею показників за день, місяць, квартал тощо. Модернізація існуючих систем та впровадження останніх досягнень науки і техніки дозволить підвищити якість та точність вимірювань та розширити технологічні можливості економіки.

В [2] розглядається пристрій для виміру витрати нафтогазових сумішей. На рис. 1 приведена його блок-схема. Пристрій складається з газовіддільника 1 і давача 2 витрати, встановлені після сепаратора 3 і клапана 4, давача 5 температури, давача 6 перепаду тиску, вторинного перетворювача 7 в число імпульсів, дільника 8 імпульсів, блоку 9 віднімання, перетворювача 10 код - частота, лічильника 11, блоку 12 управління, блоку 13 пам'яті, шифратора 14, блоку 15 корекції на температуру потоку, що вмикає елементи 7 – 9, а також блоку 16 корекції на зниження тиску в магістралі у вигляді елементів 10 - 14.

Рис. 1. Пристрій для виміру витрати нафтогазових сумішей

Ультразвуковий безконтактний витратомір [3], складається з електроакустичних перетворювачів 1, 2, блока 3 генерації і прийому сигналів, блока формування різниці 4, суматора 5, 8, першого і другого регістра постійної пам'яті 9, 10, першого, другого дільника 7, 11, обчислювального блоку 6.

Рис. 2. Ультразвуковий безконтактний витратомір

Привертає увагу імпульсний масовий витратомір розглянутий в літературному джерелі [4], що містить давач об'ємної витрати, підсилювач-формувач, термоустановочный міст, сполучений з входом перетворювача напруги в послідовність імпульсів, рахунково-реєструючий прилад, що відрізняється тим, що, з метою підвищення надійності і точності вимірювання, в нього введені розподільник імпульсів, два масштабні дільники частоти і схема АБО. Імпульсний масовий витратомір містить давач об'ємної витрати 1, підсилювач-формувач 2, розподільник імпульсів 3, перетворювач напруги в послідовність імпульсів 4, термоустановочный міст 5, масштабні дільники частоти 6 і 7, схему АБО 8, рахунково-реєструючий прилад 9. Перетворювач 4, міст 5 і дільник 7 утворюють канал введення поправки на щільність.

Рис. 3. Імпульсний масовий витратомір

В [4] розглядається пристрій для для вимірювання витрати текучого середовища через трубопровід. Середовище, що транспортується, при переміщенні по трубопроводу 2 через систему отворів 5 або щілини 7 надходить у порожнину трубчастого корпуса 1, обмежену заглушками 3, 4, і виходить з неї через вихідний канал 6, омиваючи при цьому сенсор теплового витратоміра 9 (рис. 4). Потік у трубчастому корпусі, що омиває сенсор, створюється, в основному, за рахунок: - різниці тисків у місці знаходження отворів вхідного каналу і вихідного каналу; - динамічного напору в зоні вхідного каналу.

Рис. 4. Пристрій для вимірювання витрати текучого середовища

В [5] розглядається спосіб вимірювання витрати рідкого або газового середовища. Приклад реалізації цього способу нижче описаний за допомогою креслень.

Рис. 5. Експериментально виміряної функції нагріву-охолодження термочутливого елемента за умов вимірювання витрати потоку повітря у трубопроводі

Рис. 6. Блок-схема пристрою

На рис. 6 наведено блок-схему пристрою, який реалізує спосіб згідно з цим винаходом. Пристрій для вимірювання витрати містить давач температури 1, який включає термочутливий елемент у вигляді резистора 2 та конденсатор 3, джерело живлення 4, блок 5 вимірювання постійної часу розряду конденсатора 3, який містить схему порівняння напруги на конденсаторі 3 з двома опорними напругами U₁ та U₂ . Пристрій містить також мікроконтроллер 6, індикатор 7.

В [7] розглядається ультразвуковий фазовий пристрій визначення витрати, що містить високочастотний генератор, чотири автоматичних комутатори, входи першого з яких з'єднані з однойменними входами другого автоматичного комутатора, до яких підключені відповідно випромінювач та приймач акустичного перетворювача, вихід другого автоматичного комутатора з'єднаний з послідовно включеними підсилювачем з автоматичним регулюванням підсилення, фазовим детектором і фільтром верхніх частот, мультивібратор, до виходів якого підключені керувальні входи першого та другого автоматичних комутаторів, регульований двофазний генератор низької частоти, цифровий частотомір, підключений до одного з виходів регульованого двофазного генератора низької частоти.

Рис. 7. Блок-схема пристрою

В [8] показано пристрій для вимірювання витрати нафтопродуктів, що відрізняється тим, що, з метою підвищення точності вимірювання при зміні температури і тиску, в нього введені два перемикачі з рухомими і нерухомими контактами, причому рухомий контакт першого перемикача підключений до входу першого перетворювача аналог-код, рухомий контакт другого перемикача - до входу четвертого перетворювача аналог-код, а перший, другий і третій нерухомі контакти першого перемикача сполучені відповідно з першим, другим і третім нерухомими контактами другого перемикача, при цьому перші нерухомі контакти обох перемикачів сполучені з виходом давача витрати і входом блоку віднімання, другі нерухомі контакти - з входом третього блоку суматора і виходом блоку віднімання, а треті - з виходом третього блоку суматора.

В [9] розглядається пристрій виміру пульсуючої витрати електропровідних рідин (рис. 8). На трубопроводі 1 після джерела великомасштабних гідродинамічних збурень 2 встановлені електромагнітні давачі витрати 3 і 4, що створюють постійне магнітне поле, що пронизує потік і сприймає флуктацію сигналу, обумовлену проходженням повз них гідродинамічних збурень. Виходи електромагнітних давачів 3, 4, 5 підключені до пристрою обробки сигналів 6, що містить чотири корелятори 7, 8, 9, 10 і суматор 11. Вихід першого електромагнітного витратоміра 3 підключений до перших входів корелометрів 7 і 9, вихід другого електромагнітного давача витрати 4 підключений до других входів корелометрів 7 і 8, вихід третього електромагнітного давача витрати 5 підключений до першого входу корелометра 8, другому входу корелометра 9, і до обох входів четвертого корелометра 10. Виходи першого корелометра 7 і четвертого - 10 - підключені до прямих, а другого і третього корелометрів 8 і 9 - до інверсних входів суматора.

Рис.8. Блок-схема пристрою

В [10] показано кондукційний витратомір відрізняється тим, що, з метою підвищення точності вимірювання, він додатково забезпечений масштабним підсилювачем з коефіцієнтом передачі 0,6-0,7, включеним між попереднім підсилювачем швидкісного сигналу і фазообертачем, а попередній підсилювач скростного сигналу забезпечений додатковими входами, сполученими з парами додаткових електродів, при цьому коефіцієнт підсилення попереднього підсилювача швидкісного сигналу по додаткових входах складає 0,25 коефіцієнта підсилення цього підсилювача по основних входах, сполучених з основним електродами.

Рис. 9. Блок-схема пристрою

Привертає увагу витратомір розглянутий в літературному джерелі [11]. На кресленні (рис. 10) зображена структурна схема витратоміра, що пропонується.

Рис. 10. Блок-схема пристрою

Пристрій для вимірювання витрати феромагнітних рідин в ненапірних трубопроводах, що містить давач, виконаний у вигляді діелектричної ділянки робочого трубопроводу і компенсатора з розміщеними на кожному з них співосьовий з первинною і вторинною обмотками, і блок реєстрації сигналу, що відрізняється тим, що, з метою підвищення точності вимірювання, воно забезпечене додатковим трубопроводом з пробовідбірником, другим давачем і блоком відношення.

В [12] показано давач для виміру витрати газу або рідини, що містить корпус давача з нержавіючої сталі з закритим нижнім кінцем, каркас, виконаний з металу з високим коефіцієнтом теплопровідності, ізоляції, нанесені на каркас, і нагрівальний елемент, який відрізняється тим, що давач містить додатковий каркас і два терморезистори, які розташовані на порожніх каркасах.

Рис. 11. Блок-схема пристрою

В [13] розглядається витратомір, який містить корпус, крильчатку з постійним магнітом і два геркони, що приєднані до електричної схеми, яка складається з приєднаного до джерела постійної напруги через обмежувальний резистор диференційного RС-кола, паралельно входу якого приєднаний перший геркон, а де виходу - пара вихідних клем, який відрізняється тим, що він обладнаний додатковим резистором і другою парою вихідних клем, при цьому додатко вий резистор приєднаний послідовно з першим герконом, друга пара вихідних клем - послідовно з резистором диференційного кола, а другий геркон - паралельно основній парі вихідних клем.

Рис. 12. Блок-схема пристрою

В [14] показано давач витрат рідини або газу, що включає вимірювальний відрізок трубопроводу з розміщеним усередині трубопроводу термоелектричним давачем з поверхнею обтікання потоком рідини або газу, який відрізняється тим, що усередині трубопроводу розміщено допоміжний аналогічний термоелектричний давач, причому поверхня обтікання розміщена на одному з контактів основного термоелектричного давача, а інший контакт основного давача і обидва контакти допоміжного термоелектричного давача розміщені на тєпловідводі при температурі рухомого середовища.

Рис. 13. Блок-схема пристрою

В [15] розглядається п′єзоелектронний витратомір рідких та газоподібних середовищ, який містить перший біморфний п'єзоелектричний перетворювач, і пристрій підсилення, обробки і реєстрації інформації з інформаційним виходом, причому 2-х провідний вихід генератора з'єднаний з першим п'єзоелементом першого біморфного п'єзоелектричного перетворювача, а другий п'єзоелемент першого п'єзоелектричного перетворювача, зв'язаний з першим двопровідним входом пристрою підсилення, обробки і реєстрації інформації.

Рис. 14. Блок-схема пристрою

Таким чином, проведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки: - було здійснено аналіз сучасного стану розробки витратомірів рідини; - в результаті аналізу було звернено увагу на переваги та недоліки вже існуючих витратомірів рідини; - виявлено необхідність створення приладу, що не мав би виявлених недоліків і характеризувався вказаними перевагами.

Література:

[1] Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ. – Санкт-Петербург: Политехника. – 2002. – С. 410. [2] А.с. СССР, МПК G 01 F 1/56. Устройство для измерения расхода нефтегазовых смесей. Опубл. 15.05.85, Бюл. № 18. [3]. Пат. 50429 УКРАЇНА, МПК G 01 F 1/66. Ультразвуковий витратомір. Опубл. 15.11.2000, Бюл. № 6. [4] А.с. СССР, МПК G 01 F 1/56. Импульсный массовый расходомер. Опубл. 30.11.83, Бюл. № 44. [5] Пат. 83107 УКРАЇНА, МПК G 01 F 1/684. Пристрій для вимірювання витрати текучого середовища. Опубл. 10.06.2008, Бюл. № 11. [6] Пат. 49035 УКРАЇНА, МПК G 01 F 1/68. Спосіб вимірювання витрати рідкого або газового середовища. Опубл. 16.09.2002, Бюл. № 9. [7] Пат. 34512 УКРАЇНА, МПК G 01 F 1/66. Ультразвуковий фазовий спосіб для визначення витрати потоків рідких та газоподібних речовин у трубопроводі та пристрій для його здійснення. Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. [8] А.с. СССР, МПК G 01 F 1/56. Устройство для измерения расхода нефтепродуктов. Опубл. 07.05.84 Бюл. № 17. [9] А.с. СССР, МПК G 01 F 1/56. Устройство для измерения пульсирующего расхода електропроводящих гидкостей. Опубл. 24.10.88 Бюл. № 17. [10] А.с. СССР, МПК G 01 F 1/56. Кондукционный расходомер. Опубл. 30.12.83 Бюл. № 48. [11] А.с. СССР, МПК G 01 F 1/56. Способ измерения расхода феромагнитных жидкостей в ненапорных трубопроводах и устройство для его осуществления. Опубл. 07.02.85 Бюл. № 5. [12] Пат. 47865 УКРАЇНА, МПК G 01 F 1/69. Датчик для вимірювання витрати газу або рідини. Опубл. 15.07.2002, Бюл. № 7. [13] Пат. 34716 УКРАЇНА, МПК G 01 F 3/00. Витратомір. Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2. [14] Пат. 40483 УКРАЇНА, МПК G 01 F 1/68. Спосіб вимірювання та датчик швидкості і витрати газу або рідини. Опубл. 16.07.2001, Бюл. № 6. [15] Пат. 34149 УКРАЇНА, МПК G 01 F 3/12. П′єзоелектричний витратомір рідких та газоподібних середовищ. Опубл. 15.02.2001, Бюл. № 1.