Способ и устройство для определения расхода в трубопроводах больших диаметров

Способ и устройство для определения расхода в трубопроводах больших диаметров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано 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) расход а 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 со входом первичного преобразователя расхода, то есть катушками магнитной системы. Выходы первичного преобразователя расхода, то есть электроды соединены со входом предварительного усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП. Выход АЦП соединен со входом микроконтроллера, первый выход которого соединен со 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 со входом формирователя тока и со вторым входом АЦП.

Такое техническое решение позволяет для измерения расхода 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.

Известен способ измерения расхода жидкости на испытательном расходомерном устройстве (ИРУ). На испытательный участок трубопровода монтируют первичные преобразователи (датчики) испытуемых расходомеров и обеспечивают «нормальной» кинематической структурой потока на из выходе. Испытания расходомеров с различными условными диаметрами Ду обеспечиваются комплектом сменных испытательных трубопроводов или устройством коллектора параллельных стационарных трубопроводов, имеющих на входе и выходе автономные запорные органы. «Нормальная» то есть соответствующая развитому турбулентному течению, симметричная структура потока со строго ограниченной радиальной составляющей скорости (с ограниченной закруткой потока). Применяются пассивные и активные способы индикации границ интервала осреднения расхода. Активный способ заключается в принудительном изменении направления потока на выходе из магистрали. При пассивном способе воздействие на поток отсутствует. Для измерения длительности интервала обычно используются интеграторы времени с фиксированными началом и концом отсчета времени. Общность процесса создания и измерения расхода и обусловленная ею общность структуры и ИРУ позволяют описать указанный процесс тремя основными уравнениями

- уравнение аппроксимации

где Q_y - модель расхода; Q_y(t) - расход жидкости через испытуемый расходомер в функции времени t, индекс y - эквивалент массы М жидкости при изменении массового расхода Q_M или объема V при изменении объемного расхода Q_V;

- уравнением измерений

где Q_yu - измеренный расход; Y(t) - количество жидкости, поступающей в измерительный резервуар; Y_∑ - количество жидкости, поступившей в измерительный резервуар;

- уравнением баланса расходов или потерь на участке «испытуемый расходомер - измерительный резервуар»

где Y_nomi - потери жидкости; i - номер источника потерь = 1, 2, 3, n.

Такое решение позволяет измерить расход теплоносителя или протекающей жидкости в статическом и динамическом нагружении. В предложенной классификации (динамической и статической нагрузки) основными классификационными признаками служат способ получения информации о результатах измерения и метод измерения количества протекающей жидкости. По первому признаку ИРУ подразделяются на статические и динамические, по второму - на объемные и весовые (Б.В. Бирюков, М.А. Данилов, С.С. Кивилис. «Испытательные расходомерные установки». Энергия, Москва, 1976, 144 с.; стр. 5-11. 1. Структура и основные уравнения ИРУ»).

Недостаток способа измерения протекающей жидкости совпадает с недостатками устройства выбранного аналога. Кроме этих недостатков способ не позволяет измерить расход жидкостей в трубопроводах больших диаметров от 300 мм и больше.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению 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 четырехклавишную 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 со входом измерительных блоков, выход последних блоков соединен 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 являются: не учитывается искажение исходного профиля скорости конструктивными элементами погружных датчиков локальной скорости, погруженными в поток контролируемой жидкости (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.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ, основанный на применении погружных электромагнитных преобразователей локальной скорости, по которому расход вычисляют методом «площадь-скорость». Метод измерения «площадь-скорость» основан на измерении локальной (местной) скорости. По данному методу измеряют локальную скорость v в одной или нескольких точках поперечного сечения трубопровода, измеряют площадь сечения S в мерном участке трубопровода, вычисляют среднюю по сечению скорость контролируемой электропроводящей жидкости (теплоносителя) u и определяют объемный расход G согласно выражению: где N - число измерителей локальной скорости; α_i - нормированные коэффициенты скорости, v_i - значения локальной скорости в измерительных точках. Предлагают простой алгоритм вычисления, когда α_i равной между собой. При этом выходная величина расхода пропорциональна среднему значению показаний каждого измерителя скорости. Представляют профиль скорости в трубопроводе с круглым сечением в виде разложения по гармоникам Фурье по углу поворота θ, вокруг оси трубопровода. Используют тот факт, что при усреднении локальных скоростей, измеренных в любых трех точках, расположенных в поперечном сечении равномерно по окружности с центром, совпадающим с осью трубы, остаются только гармоники, кратные 6. Предлагают для уменьшения погрешности, обусловленной асимметрией профиля скорости потока число измерителей локальной скорости N выбирают кратной 3, а электромагнитные преобразователи скорости устанавливают равномерно по окружности, опоясывающей измерительное сечение. Калибровку и поверку теплосчетчиков и расходомеров осуществляют проливным или имитационным способами. При проливном способе калибровки и поверки на проливной установке УРОКС-400 мерный участок состоит из трех отрезков трубопроводов Ду 204 мм с присоединительными фланцами. Для имитационной поверки предлагают новый метод, основанный на определении комплексного коэффициента преобразования измерителя скорости. Показывают, что коэффициент преобразования характеризует отношение сигнала на электродах первичного преобразователя (датчика) при скорости 1 м/с к току или напряжению питания индуктора. Метод реализован в установке Поток-Т.

Такое решение обеспечивает измерение средней скорости и расхода теплоносителя в трубопроводах больших диаметров на основе метода измерения расхода «площадь-скорость» (электромагнитные теплосчетчики КМ-5-Б3 и счетчики-расходомеры КМ-5-Б3 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.).

Основным недостатком известного способа для измерения расхода теплоносителя в трубопроводах больших диаметров является то, что при измерении локальной скорости не в точках 0.242R (где R - внутренний радиус трубопровода) замена коэффициента скорости α невозмущенного потока теплоносителя на табличную константу α_таб приведет к увеличению погрешности измерения средней скорости и расхода контролируемой жидкости. Кроме того, недостатком является отсутствие в устройстве защиты от влияния внешних электромагнитных и синфазных помех через блоки питания.

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. Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения расхода в трубопроводах больших диаметров, содержащем мерный трубопровод, включающий 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, погружная часть которого содержит чувствительный элемент с электродами, и погруженного в трубопровод полностью заполненный электропроводящей жидкостью, многоканальный блок питания постоянного тока, автономный блок питания постоянного тока, три преобразователя первичных сигналов на основе электромагнитных расходомеров, 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 ко 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 f1, f2 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, включающий ключи К1, К2 с переключателем; датчик тока на основе опорного прецизионного резистора и пассивного фильтра на чип-резисторах, входящий в состав преобразователей первичных сигналов и включающий опорный резистор Rоп; кнопочная четырехклавишная клавиатура; причем в составленной программе использованы значения информационного разностного сигнала Ci и эталонной локальной скорости vэ для кусочно-линейной аппроксимации номинальной статической характеристики измерителя локальной скорости, количество отрезков аппроксимации номинальной статической характеристики задан не менее трех, чувствительные элементы погружных датчиков локальной скорости в режиме измерений погружен внутрь трубопровода полностью заполненного электропроводящей жидкостью на глубину h_1,2,3, измерен внутренний диаметр трубопровода D, диаметры d погружных чувствительных элементов датчиков локальной скорости, расстояния от внутренней стенки трубопровода до измерительных точек Y_1-3, его величина состоит из суммы Y_1-3=h_1-3+X_eff, где X_eff - расстояние от торца погружных датчиков локальной скорости до измерительной точки, для погружных датчиков локальной скорости, X_eff=2 мм, эти геометрические параметры хранят в памяти вычислительного блока;

причем выходы катушек погружных датчиков локальной скорости подсоединены через формирователи тока, датчики тока к выходам, то есть положительным полюсам многоканального блока питания катушек, запитаного от промышленной сети переменного напряжения; выход, то есть отрицательный полюс многоканального блока питания катушек соединен с отрицательным полюсом устройства в точке Б, другой выход многоканального блока питания через датчик тока на основе опорного прецизионного резистора и пассивного фильтра на чип-резисторах, формирователь тока, подсоединен ко входу катушки, управляющие выходы микроконтроллера g1 и g2 подсоединены к ключам К1 и К2 формирователя тока, причем выход датчика тока подсоединен к входу переключателя; причем защищают цепь электродов и входную цепь предварительного усилителя от проникновения внешних электромагнитных помех, от синфазных помех и земляных токов устройства, для этого общую шину устройства в точке Б электрически изолируют от местного защитного заземления в точке В, при этом защитные корпуса первичных преобразователей сигналов в точке В соединены с местным защитным заземлением в точке з;

причем отрицательные полюсы раздельного 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, защитные корпуса преобразователей первичных сигналов в точке В соединены с местным защитным заземлением в точке з; причем микропроцессор взаимодействует с микроконтроллерами трех первичных преобразователей сигналов путем их опроса и подачи команд управления, а оператор подает команды микропроцессору через кнопочную четырехклавишную клавиатуру, считывает информацию с индикатора и запоминает в блоке памяти вычислительного блока

2. Технический результат также достигается тем, что в способе для определения расхода в трубопроводах больших диаметров, в котором измерители локальной скорости устройства калибруют проливным способом при полностью заполненном электропроводящей жидкостью мерном участке проливного стенда, среднюю скорость u контролируемой жидкости в мерном участке трубопровода вычисляют согласно выражению: где N - число измерителей локальной скорости; α_i - нормированные коэффициенты скорости, v_i - значения локальной скорости в измерительных точках; величину расхода контролируемой жидкости вычисляют как произведение средней скорости на площадь измерительного сечения: G_v=u⋅S, площадь измерительного сечения рассчитывают по формуле: S=πD²/4-S_M; где S_м - суммарная площадь миделей датчиков локальной скорости: где d - диаметр датчика скорости; h_i - глубина погружения i-го датчика локальной скорости, i=1, 2, 3;

в нем дополнительно в режиме калибровки измерителей локальной скорости определяют номинальную статическую характеристику, задают на проливном стенде в мерном участке ряд значений эталонных локальных скоростей vэ в измерительной точке погружного датчика локальной скорости; для каждого значения локальной скорости vэ измеряют значение информационного разностного сигнала Ci измерителя локальной скорости, причем значения эталонной локальной скорости vэ изменяют в диапазоне (0.2, …, 5) м/с, кроме того измеряют значение информационного разностного сигнала Ci при нулевой скорости контролируемой электропроводящей жидкости в трубопроводе, полученные значения разностного сигнала Ci и эталонной скорости vэ запоминают и сохраняют в памяти микроконтроллера преобразователя первичных сигналов в автоматическом режиме согласно составленному алгоритму и программе;

во время измерительного цикла Т в течение интервалов времени t1, t2, t3, t4 в микроконтроллере задают уровни логических управляющих сигналов: в интервал времени t1 - логические управляющие сигналы g1=1, g2=0; в интервал времени t2 - логические управляющий сигналы g1=0, g2=0; в интервал времени t3 - логические управляющие сигналы g1=0, g2=1; в интервал времени t4 - логические управляющие сигналы g1=0, g2=0; при этих условиях соответственно микроконтроллер формирует логические управляющие сигналы g1, g2, в формирователе тока формируют положительный полупериод меандра тока катушки I₊ в интервал времени логического управляющего сигнала g1 длительностью T_g1, с электродов снимают информационный сигнал U_±v, пропорциональный локальной скорости контролируемой жидкости v, подают его на вход предварительного усилителя, и на выходе имеют согласованный и усиленный информационный сигнал kU_±v, затем оцифровывают данный сигнал и получают на выходе аналогово-цифрового преобразователя оцифрованный информационный сигнал kU'_±v, пропорциональный локальной скорости v, по истечении времени паузы Т₀=t2 формируют отрицательный полупериод меандра тока катушки I_- в интервал времени логического управляющего сигнала g2 длительностью T_g2, причем задние фронты управляющего логического сигнала g2, отрицательного полупериода меандра тока катушки I_- и информационного сигнала U-v сдвинуты относительно передних фронтов управляющего логического сигнала g1, положительного полупериода меандра тока катушки I₊ и информационного сигнала U_+v на время паузы Т₀=t4=t2, при этом в интервалы времени t1 и t3 формируют положительные и отрицательные полупериоды меандра тока через катушку и оцифровывают усиленный и согласованный информационный сигнал kU_±v и сигнал тока через катушку U_I, пропорциональный току в этой цепи, снимаемый с опорного резистора Rоп датчика тока, причем информационный сигнал kU_±v оцифровывают в интервал времени Т₁ после завершения интервала времени переходного процесса Тс, затем оцифровывают сигнал пропорциональный току через катушку U_I в интервал времени Т₂, зарезервированном микроконтроллером для измерения тока через катушку, в интервалы времени формирования положительного и отрицательного полупериода меандра тока через катушку t1 и t3 микроконтроллер соответственно подает управляющую команду f₂ на переключатель, при этом с выхода предварительного усилителя на вход аналогово-цифрового преобразователя подают информационный сигнал kU_±v, затем микроконтроллер подает управляющую команду е оцифровать неоднократно n раз, с равномерным или неравномерным шагом, на аналогово-цифровой преобразователь, n значений оцифрованного сигнала kU'_±v запоминают в оперативной памяти микроконтроллера для дальнейшей обработки, затем микроконтроллер подает на переключатель управляющую команду f₁, при этом с выхода датчика тока на вход АЦП подают сигнал датчика тока U_I и на его выходе имеют оцифрованный сигнал датчика тока через катушку U'_I, затем микроконтроллер подает управляющий сигнал - команду е оцифровать на АЦП, оцифрованный сигнал датчика тока через катушку U'_I подают на вход микроконтроллера и запоминают в его оперативной памяти для дальнейшей обработки,

также уменьшают случайную составляющую относительной погрешности измерения локальной скорости: n значений оцифрованного информационного сигнала kU'_±v,j, где j=1, 2…n, получают в интервалы времени тока через катушку положительной полярности t1 и отрицательной полярности t3 и запоминают их в оперативной памяти микроконтроллера, обрабатывают согласно заранее составленной методике, реализованной в программе для микроконтроллера при этом используют метод усреднения с исключением выбросов, по которому отбрасывают максимальное и минимальное значение оцифрованного информационного сигнала kU'_±v,j, оставшиеся n-2 значения этого сигнала усредняют, запоминают в оперативной памяти микроконтроллера и используют в дальнейших вычислениях,

также устраняют влияние нестабильности информационного сигнала U_±v, связанное с нестабильностью тока питания катушек и одновременно устраняют сигнал смещения U₀, обусловленный протеканием на электродах побочных электрохимических процессов, в автоматическом режиме согласно составленному алгоритму и программе для микроконтроллера определяют значения информационного разностного сигнала C_i как:

C_i=С₊-С_-=kU₊/U_I+-kU_-/U_I-=(U₊/I₊-U_-/I_-)⋅k/R_оп,

где U₊ и U_- - суммарный сигнал соответственно положительной и отрицательной полярности, снимаемый с электродов погружного датчика локальной скорости в различные интервалы времени измерительного цикла Тизм;

U₊=U₀+U_v в интервал времени формирования положительного полупериода меандра тока через катушку t1 - когда логические управляющие сигналы g1=1, g2=0 и через катушку течет ток положительной полярности;

U_-=U₀-U_v в интервал времени формирования отрицательного полупериода меандра тока через катушку t3 - когда логические управляющие сигналы g1=0, g2=1 и через катушку течет ток отрицательной полярности;

U₀ - суммарный сигнал в интервалы времени паузы t2 и t4, когда логические управляющие сигналы g1=0, g2=0 и ток через катушку отсутствует, при этом многоканальный блок питания в цепи катушки не потребляет электроэнергию из промышленной сети, то есть получают экономию.

определенные в микроконтроллере значения информационного разностного сигнала C_i, запоминают в его оперативной памяти до поступления новых значений C_i в следующих циклах измерений,

также измеряют значения локальной скорости v по измеренным значениям информационного разностного сигнала Ci, при этом используют номинальную статическую характеристику измерителя локальной скорости, полученную при его калибровке, запоминают и сохраненную в памяти микроконтроллера,

результаты измерений локальной скорости v контролируемой жидкости в преобразователях первичных сигналов сохраняют в оперативной памяти микроконтроллеров в течение времени измерительного цикла Т_изм=T_g1+Т₀=T_g2+Т₀ до поступления новых измерений в следующем измерительном цикле Т_изм, при этом старые измерения заменяются новыми, то есть наступает следующий измерительный цикл,

затем микропроцессор автономно, независимо от работы преобразователей первичных сигналов, в автоматическом режиме согласно составленному алгоритму и программе считывает ежесекундно из памяти микроконтроллеров текущие измеренные значения локальных скоростей v₁, v₂ и v₃ в измерительных точках i_1,2,3 погружных датчиков локальной скорости.

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) Э1-Э2, погруженные в электропроводящую жидкость 5, преобразователи первичных сигналов (ППС 1, 2, 3).

На фиг. 1в на поперечном сечении трубопровода 1 показаны изолинии И локальной скорости потока жидкости, искаженного погружными датчиками локальной скорости 2, значения локальной скорости v_1-3 в измерительных точках 1-3.

Преобразователи первичных сигналов (ППС 1, 2, 3) закреплены на погружных датчиках локальной скорости 2 с наружной стороны относительно трубопровода 1.

Контролируемая электропроводная жидкость 5, движущаяся через трубопровод 1, попадает в локальную зону действия магнитного поля, создаваемого катушками 3 магнитной системой погружных датчиков локальной скорости (на основе электромагнитных расходомеров) при протекании через них электрического тока. В результате чего по закону Фарадея об электромагнитной индукции, в ней индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), создающая на электродах Э1-Э2 чувствительного элемента 4 разность потенциалов, то есть информационные сигналы U_±v1-3, пропорциональное локальной скорости v_1-3 в измерительных точках погружных датчиков локальной скорости 2 (фиг. 1в).

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_1-3, расстояния от внутренней стенки трубопровода до измерительных точек Y_1-3 как Y_1-3=h_1-3+X_eff, где X_eff - расстояние от торца ПДЛС до измерительной точки. Для ПДЛС, используемых в заявляемых устройстве X_eff=2 мм. Указанные геометрические параметры запоминают в ППС 1, 2, 3.

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 Э1-Э2, три преобразователя первичных сигналов ППС 1, 2, 3 (см. фиг. 2б), каждый из которых содержит (см. фиг. 2а) формирователь тока 6 включающий ключи К1, К2 с переключателем, датчик тока 7 включающий опорный резистор Rоп, переключатель 8, быстродействующий аналого-цифровой преобразователь 9, микроконтроллер 10, предварительный усилитель с дифференциальным входом 11. Кроме того, блок-схема (см. фиг. 2б) содержит три многоканальных блока питания постоянного тока (МБП) с раздельными каналами 12 и 13, вычислительный блок ВБ, содержащий микропроцессор 14, блок памяти 15, индикатор 16, кнопочную четырехклавишную клавиатуру 17 и раздельный автономный блок питания постоянного тока 18.

Канал питания (подмагничивания) катушек 3 состоит из формирователя тока 6, датчика тока 7, микроконтроллера 10 и МБП с раздельным каналом 12.

Измерительный канал локальной скорости контролируемой жидкости состоит из чувствительного элемента 4 погружного датчика локальной скорости 2 с электродами Э1-Э2, предварительного усилителя с дифференциальным входом 11, переключателя 8, быстродействующий АЦП 9 микроконтроллера 10 и МБП с каналом 13.

Совокупность, состоящая из датчика локальной скорости 2 и подключенного к нему преобразователя первичных сигналов представляет собой измеритель локальной скорости ИС (см. фиг. 2а).

Вычислительный блок устройства состоит из микропроцессора 14, блока памяти 15, индикатора 16, кнопочной четырехклавишной клавиатуры 17 и автономного блока питания постоянного тока 18. Микропроцессор 14 взаимодействует с микроконтроллерами 10 ППС-1, 2, 3 путем их опроса и подачи команд управления. Оператор подает команды микропроцессору через клавиатуру 17 и считывает информацию с индикатора 16.

Измерительный канал расхода контролируемой жидкости состоит из описанных выше трех измерительных каналов локальной скорости v_1-3 и вычислительного блока

В блоках формирователя тока 6 ключи К1, К2 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 ко входу микроконтроллера 10, а выходы микроконтроллеров ППС-1, 2, 3 подключены ко входу микропроцессора 14 вычислительного блока ВБ, при этом микропроцессор 14 соединен с блоком памяти 15, индикатором 16, клавиатурой 17 и автономным блоком питания 18 (фиг. 2б).

Выходы катушек 3 ПДЛС 2 подсоединены через формирователи тока 6 включающей ключи К1, К2, опорные резисторы Rоп датчиков тока 7 к каналам 12 МБП. Выход канала 12 МБП 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 ко входу переключателя 8,. Выход канала 13 МБП соединен с предварительным усилителем 11, переключателем 8, АЦП 9, микроконтроллером 10 в точках а-г.

Управляющий выход р микропроцессора 14 соединен с соответствующими управляющими входами микропроцессоров 10 (фиг. 2а) ППС 1, 2, 3 (фиг. 2б).

Информационные цифровые выходы v'_1,2,3 микропроцессоров 10 ППС 1, 2, 3 соединены с информационным входом микропроцессора 14 (фиг. 2а. б).

Отрицательные полюсы каналов 12 и 13 МБП, 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. Защитный корпус преобразователей первичных сигналов в точке В соединены с местным защитным заземлением в точке з.

ПДЛС разработаны на базе погружных электромагнитных датчиков локальной скорости, входящих в сосав 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 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, кнопочная четырехклавишная 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 типа БП(и)-3В (канал 12: напряжение 12 В, ток нагрузки - 0.5 А; канал 13: напряжение 9 В, 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 9 В, ток нагрузки - 0.3 А)) производства ООО «ТБН энергосервис».

Все выше перечисленные электрорадиоэлементы известны и выпускается в электронной промышленности.

Функционирование устройства (фиг. 2а, 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 с каналами 12, 13 и автономный блок питания постоянного тока 18 питаются от промышленной сети переменного напряжения 220 В ±5% частотой 50±1 Гц. Блоки: предварительный усилитель 11, переключатель 8, АЦП 9, микроконтроллер 10 питаются от канала 13 МБП. Формирователь тока 6, датчик тока 7 питаются от канала 12 МБП. Микропроцессор 14, блок памяти 15, индикатор 16 и клавиатура 17 питаются от автономного блока питания постоянного тока 18 (в точках д-з).

В устройстве под управлением микроконтроллеров 10 происходит формирование информационного сигнала U_±v с выходов электродов Э1-Э2 и сигнала тока катушки U_I снимаемого с опорного резистора Rоп датчика тока 7, формирование тока через катушку происходит по управляющим логическим сигналам g1, g2 формируемым микропроцессором (см. (см. фиг. 3а и таблицу 1), оцифровка информационного сигнала U_±v и сигнала тока катушки U_I происходит по управляющим командам f_1,2 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_I происходит после подачи микроконтроллером 10 команды f₁ на переключатель 8 и команды е на АЦП. Оцифровка сигнала U_±v происходит после подачи микроконтроллером 10 команды f₂ на переключатель 8 и n команд е на АЦП (см. фиг. 3б и таблицу 2).