Проектирование систем контроля расхода и температуры пара

Курсовая работа

"Проектирование систем контроля расхода и температуры пара"

По курсу: "Технические измерения и приборы"

Содержание

1.      Измерение расхода пара по методу переменного перепада давления

.        Расчёт диафрагмы

.        Измерение температуры пара

.        Расчёт элементов измерительной потенциометрической схемы

.        Поверочный расчёт реохорда

.        Оценка точности измерения и передачи сигнала измерительного компонента

.        Выбор воспринимающих элементов и вторичных приборов

Список литературы

1. Измерение расхода пара по методу переменного перепада давления

В данном курсовом проекте для измерения расхода пара используется метод переменного перепада давления.

Этот метод основан на том, что поток пара, протекающего в трубопроводе, неразрывен и в месте установки сужающего устройства скорость его увеличивается. При этом происходит частичный переход потенциальной энергии давления в кинетическую энергию скорости, вследствие чего статическое давление в суженном сечении будет меньше давления перед местом сужения. Разность давлений перед суженным участком и в месте сужения, называемая перепадом давления, зависит от расхода протекающего вещества и может служить мерой расхода, этот перепад давления измеряют дифманометром, выходной сигнал которого градуируется в единицах расхода.

Установка для измерения расхода состоит из: первичного преобразователя, расположенного в трубопроводе - камерной диафрагмы для сужения сечения потока (создания перепада давления); дифманометра - измеряющего этот перепад, подсоединенного к первичному преобразователю двумя трубками (называемыми соединительными линиями). При передаче показаний расходомера на значительное расстояние используют вторичный преобразователь, преобразующий перемещение подвижного элемента дифференциального манометра в электрический сигнал, который по линии связи (проводам), передается к вторичному измерительному прибору.

В качестве сужающего устройства для создания в трубопроводе перепада давления чаще всего применяются стандартные сужающие устройства, в нашем случае это камерная диафрагма ДКС 10-300. Она зажимается с помощью двух обойм, через отверстие в которых производится отбор давления до и после диафрагмы. Обоймы в свою очередь зажаты во фланцах трубопровода. Сужающее устройство соединяется с дифманометром соединительными трубками.

Дифманометры служат для измерения расхода по методу переменного перепада давления. Дифманометры ДМ являются безшкальными приборами (датчиками), преобразующими измеряемую величину в электрический сигнал, передаваемый на вторичный прибор расходомер РМ1.

2. Расчёт диафрагмы

Исходные данные:

) Плотность пара в рабочих условиях: r_в = 10.22 кг/м³

) Динамическая вязкость пара: m =3.309 · 10 ^{- 5} Н·с/м²

) Внутренний диаметр паропровода при рабочей температуре:

) Верхний предел показаний расходомера:

М_шк.max = а · 10 ⁿ = 1.25 · 10 ⁵ = 125000 кг/ч

) Потеря давления при расходе равном выбранному верхнему пределу показаний:

) Вспомогательная величина С:

7) Перепад давления в диафрагме (при m = 0.2):

) Потеря давления в диафрагме:

) Ориентировочное значение величины Р_max равно:

10) Ближайшие стандартные значения Р_max:

) Значение m для испытываемых перепадов:

12) Потеря давления для испытываемых перепадов:

Окончательно выбранная величина верхнего предела измерений разности давлений DР_max=

) Вспомогательная величина m·:

) Соответствующая ожидаемому среднему расходу величина отношения  равна:

) Поправочный множитель

17) Диаметр отверстия диафрагмы при t = 20 ^°С:

) Проверка расчета:

 < 0.3 % от 125000 = 375 кг/час

) Находим значение Re_min (при М=М_min=80000 кг/час=22.22кг/с):

Для m = 0.517 Re_пред = 189000, следовательно, Re_min > Re_пред

Выбираем диафрагму по условному давлению 2.85 МПа и условному проходу 300 мм, этим условиям удовлетворяет камерная диафрагма ДСК 10 - 300. До и после диафрагмы необходимо иметь прямолинейные успокоительные участки постоянного диаметра и длиной l1, l2. Сначала определяем величину m=. Паропровод содержит местное сопротивление создающее винтовое движение (колено) и поэтому при m=0.521 величина l1/D=0.5 , отсюда l1=0.5D=0.5·330=165мм. Прямолинейный участок после диафрагмы находим из условия , отсюда l2=5D=. По расчету для нашего перепада давления P_max = 0.63 кг/см² и статическому давлению Р = 2.85 МПа в качестве воспринимающего элемента перепада давления принимаем дифманометр ДМ 3583М с вторичным прибором РМ1.

3. Измерение температуры пара

Для измерения температуры пара используем термоэлектрический термометр - термопара ХК (хромель-капель).

Термопара - это два проводника (термоэлектрода), изготовленные из разных металлов, спаянные в одной точке. Для измерения разности температур удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу.

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (Т1 не равно Т2), то в цепи протекает электрический ток (рис. 1). Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока.

Рис. 1 Явление Зеебека

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

Таким образом, термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Термоэлектрический эффект может быть объяснен наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объёма для разных металлов различно. Поэтому при соприкосновении металлов свободные электроны из металла с большой плотностью диффундируют в металл с меньшей плотностью, что приводит к избытку положительного электричества в одном металле и отрицательного в другом. При этом в месте спая образуется электрическое поле, препятствующее диффузии электронов, в результате чего наступает состояние подвижного равновесия, при котором между металлическими электродами возникает некоторая разность потенциалов - термоэлектродвижущая сила.

В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр.

Термопары ХК:

Обладают: Наибольшей чувствительностью; Высокой термоэлектрической стабильностью при температурах до 600°С.

Предназначены: для работы в окислительных и инертных средах.

Недостаток: высокая чувствительность к деформациям.

4. Расчёт элементов измерительной потенциометрической схемы

Исходные данные:

Определяем интервал температур:

Температура нижнего предела

Температура верхнего предела

Для измерения температуры пара, в пределах до 563С, выбираем термопару градуировки ХК (Хромель - Капель).

) Вычислим сопротивление :

Е_н.э. =

2) По градуированной таблице определяем чувствительность термопары градуировки ХК:

) Вычислим сопротивление компенсирующей катушки . Сопротивление  выполнено из никеля c температурным коэффициентом

4) По таблице для термопары ХК находим и соответствующие пределам измерения температур (0-563С):

Исходя из этих данных, найдём :

) Вычислим сопротивление :

) Сопротивления потенциометра раны:  

) Вычислим сопротивление шунта:

5. Поверочный расчёт реохорда

) Общее число витков намотки реохорда:

) Длина намотки реохорда:

Средний диаметр реохорда: D_р = 126 мм;

Центральный угол рабочей части намотки = 310°;

3) Диаметр провода намотки реохорда в изоляции:

Материал провода - манганин с эмалевым покрытием.  = 0.42 · 10 ^-5 Ом·м.

) Диаметр провода без изоляции: d = - 0.02 = 0.21 - 0.02 = 0.19

) Сопротивление одного метра провода при  = 0.42 · 10 ^-5 Ом·м:

) Общая длина провода:

7) Длина одного витка спирали намотки реохорда:

) Диаметр круглой изолированной шинки:

) Относительная погрешность от нечувствительности реохорда:

6. Оценка точности измерения и передачи сигнала измерительного компонента

1) Для расхода пара

а)s₁ погрешность метода расчёта 0.3 %

б) s₂погрешность дифманометра и класс точности1 %

в) s₃ погрешность вторичного прибора (погрешность записи) 1 %

г) s₄ - погрешность линии связи 0.5 %

Общая погрешность измерений и передачи показаний принятой системы:

 %

2) Для температуры пара

а) s_погрешность термоэлектрического термометра1 %

б) s₂ погрешность реохорда 0.0313 %

в) s_ погрешность вторичного прибора (погрешность записи) 0.5 %

г) s₄ погрешность линии связи 0.5 %

Общая погрешность измерений и передачи показаний принятой системы:

 %

3) Общая погрешность измерений для принятой системы:

 %

7. Выбор воспринимающих элементов и вторичных приборов

На основании имеющихся данных и результатов расчетов можно произвести выбор воспринимающих элементов и вторичных приборов для систем измерения расхода и температуры пара.

Система измерения расхода пара.

Для преобразования входной величины - перепада давления, в выходную - измерение напряжения, необходимо использовать дифманометр. По результатам расчёта выбираем по верхнему пределу измерения разности давлений DР_max= - дифманометр ДМ3583М, в комплекте с вторичным прибором расходомером РМ1.

Система измерения температуры пара.

Для преобразования входной величины - температуры, в выходную - изменение сопротивления, необходимо использовать термоэлектрический термометр. В своей работе для измерения температуры пара на интервале от 0С до 563С выбираем термопару ХК (хромель-капель).

Дифманометр ДМ3583М.

Описание прибора: Предназначены для пропорционального преобразования разности давлений в выходной унифицированный сигнал взаимной индуктивности.

Преобразователи (дифманометры) применяются в системах контроля, автоматического регулирования и управления технологическими процессами при измерении расхода жидкости, газа или пара по разности давления в сужающих устройствах, разности вакуумметрических и избыточных давлений, уровня жидкости по давлению гидростатического столба, находящегося под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

Технические параметры прибора: Преобразователи выпускаются с верхними пределами измерений соответствующими ряду: 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25 кПа (160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500 кгс/м2) 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 кПа (0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 кгс/см2). Нижний предел измерения равен нулю.

Предельно допускаемое рабочее избыточное давление мПа(кгс.см2):16(160)

Пределы изменения взаимной индукции: для ДМ3583М: 0-10 мГн для ДМ-3583ФМ: +-10 мГн

Класс точности: 1,5

Температура окружающей среды: от -30 до 50 °C

Масса дифманометра без упаковки, кг: не более 12 Выходной сигнал дифманометра прямо пропорциональный перепаду давления

Условия эксплуатации: Преобразователи предназначены для измерения параметров неагрессивных газов и жидкостей при температуре окружающего воздуха от минус 30 градусов до плюс 50 градусов по Цельсию и относительной влажности до 95 процентов. Преобразователи с верхними номинальными пределами измерений 1,6; 2,5; 4,0 кПа (160; 250; 400 кгс/м2) предназначены только на предельно допускаемое рабочее избыточное давление 16 МПа (160 кгс/см2). Преобразователи с верхними пределами измерений 1,6 и 2,5 кПа (160 и 250 кгс/м2) предназначены только для преобразования в выходной сигнал измеряемых параметров газа.

Комплект поставки: 1. Дифманометр. 2. Ниппель 6шт. (по заказу). 3. Гайка накидная 6шт.(по заказу) . 4. Разъём. (по заказу). 5. Вентиль игольчатый 2 шт. (по заказу). 6. Паспорт. 7. Техническое описание (1 экз. на 50 приборов),

Расходомер РМ1.

Назначение

Расходомер РМ1 позволяет заменить применяемый для вычисления результатов измерения расхода, давления и температуры комплект аппаратуры АКЭСР (самописцы КСД, частотные сумматоры и т.д.).

Функциональные возможности

 ВЫЧИСЛЕНИЕ СУММАРНОГО РАСХОДА жидкости или газа по перепаду давления, измеренному стандартным суживающим устройством

 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ в трубопроводе

 РЕГИСТРАЦИЯ СРЕДНЕЧАСОВОГО ЗНАЧЕНИЯ расхода, температуры и давления во внутренней энергонезависимой памяти прибора

 КАЛИБРОВКА КАНАЛА ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА совместно с датчиком

 ИНДИКАЦИЯ любых измеренных и вычисленных величин

 ПРОГРАММИРОВАНИЕ кнопками на лицевой панели прибора

 ЗАЩИТА ПАРАМЕТРОВ от несанкционированного доступа

Входы для подключения датчиков

Расходомер РМ1 имеет три входа, к которым подключаются следующие датчики:

 дифманометр для определения перепада давления P;

 манометр для измерения давления P;

 термопреобразователь сопротивления типа ТСМ или ТСП для измерения температуры T.

Функциональная схема расходомера ОВЕН РМ1

Сигнал, поступающий с первых двух датчиков, преобразуется во входном устройстве в сигнал электрического напряжения постоянного тока. Для измерения перепада давления P и давления P могут быть также использованы более современные датчики, имеющие на выходе унифицированный выходной сигнал тока (4...20 мА, 0...5 мА, 0...10 мА, 0...20 мА), изменяющегося пропорционально перепаду давления.

Вычисление расхода

Расходомер РМ1 вычисляет расход по измеренному на стандартном суживающем устройстве (диафрагме, специальном сопле и т. п.) перепаду давления.

Точное измерение массового расхода газа

Для точного измерения массового расхода газа и пара в РМ1 проводится коррекция показаний в соответствии с изменением давления и температуры в трубопроводе.

Юстировка входных устройств

Юстировка входных устройств 1 и 2 производится совместно с датчиками по двум или по двадцати точкам, что позволяет уменьшить погрешность, возникающую вследствие нелинейности датчиков.

Часы реального времени

Расходомер оснащен часами реального времени, которые позволяют привязать средние расход, давление и температуру к реальному календарному времени.

Регистрация данных

Регистрация среднечасового значения температуры, давления и расхода производится в момент перехода к следующему часу. Данные сохраняются в энергонезависимой памяти расходомера. Считывание накопленной информации производится пользователем при помощи контактного устройства, подсоединяемого к расходомеру, и носителя информации DS1996L-F5. Во избежание потери информации, считывание необходимо производить не реже чем раз в два месяца.

Устройство для ввода данных в компьютер

Устройство для ввода в компьютер считанной из расходомера РМ1 информации из DS1996L-F5 и соответствующее программное обеспечение поставляется ОВЕН по отдельному заказу. Программа для считывания информации позволяет представить данные в виде таблицы, пригодной для обработки в Excel, или в виде графиков.

Расходомер ОВЕН РМ1. Элементы управления прибором

. Комплект крепежных элементов Щ.

. Паспорт.

. Руководство по эксплуатации.

. Гарантийный талон.

Дополнительно с расходомером поставляются

1. Контактные устройства DS1402D и DS9092.

. Устройство для ввода в компьютер считанной информации (считыватель) DS9097U-009.

. Носитель информации ("таблетка") DS1996L-F5.

. Программа, позволяющая представлять информацию в виде таблиц, PM1_DB.exe.

Термопара ХК (хромель-капель).

ОВЕН: датчики температуры ДТПК, ДТПL

Назначение

Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандартном исполнении с метрической резьбой. Возможно также их изготовление с трубной резьбой по спец. заказу.

Основные критерии правильного выбора термопреобразователей

 Соответствие измеряемых температур рабочим диапазонам измерений датчиков температуры

 Соответствие прочности корпуса датчика условиям эксплуатации

 Правильный выбор длины погружаемой части датчика и длины соединительного кабеля

 Необходимость взрывозащищенного исполнения для работы на взрывопожароопасных участках (см. Термопреобразователи во взрывозащищенном исполнении <#"528885.files/image078.gif">

Диафрагма камерная ДКС-10.

Технические характеристики:

ДКС-10 - камерная диафрагма, предназначена для создания перепада давления при измерении расхода жидкостей газов или пара по методу переменного перепада давления. Устанавливается во фланцах трубопровода, на условное давление до 10 МПа, с условным проходом от 50 до 500 мм. Диафрагмы ДКС выпускаются в двух исполнениях и имеют одну пару отбора давления. По требованию заказчика количество пар отбора давления может быть увеличено до четырех. Размеры диафрагмы ДКС по МИ 2638. Диафрагмы камерные ДКС изготовляются по ГОСТ 8.563.1- 97, ГОСТ 8.563.2-97. Материал диафрагм сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632, материал корпусов кольцевых камер сталь 20 ГОСТ 1050 или сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632 (по требованию заказчика). Для монтажа диафрагмы ДКС на измерительном трубопроводе применяется комплект фланцев. Фланцы изготовлены в соответствии с ГОСТ 12820. В комплект поставки входят фланцы, болты, гайки, уплотнительные прокладки. В состав ДКС в зависимости от диаметра условного прохода и способа установки могут входить специальные диафрагмы: - с коническим входом: для Dу от 50 до 100 мм - износоустойчивые: для Dу от 50 до 350 мм