Счетчик воды ультразвуковой
1. Назначение и область использования.
1.1. Счетчик воды ультразвуковой “Расход-7” предназначен для измерения объема транспортируемой по трубопроводам холодной воды, а также других однофазных жидкостей.
1.2. Счетчик состоит из преобразователя расхода ультразвукового (ПР) , прибора измерительного (ПИ) и линии связи ПИ и ПР.
1.3. Счетчик имеет двадцать четыре модификации в зависимости от диаметра условного прохода (Ду) ПР и условного давления (Ру).
1.4. ПР счетчика имеет маркировку взрывозащиты “Oexia 2CT6” В КОМПЛЕКТЕ “РАСХОД-7” , соответствует требованиям ГОСТ 22782.0-81, ГОСТ 22782ю5-78 и предназначен дляустановки во взрывоопасных зонах помещения и наружных установок согласно гл. 7.3. действующих ПУЭ и другим директивным документам , регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.ПИ счетчика с входными искробезопасными цепями уровня “ia” выполнен в соответствии с ГОСТ 22782.5-78, имеет маркировку взрывозащиты “Exia2C” и предназначен для установки вне взрывоопасных зон.
2. Основные характеристики и параметры.
2.1 Метрологические параметры.
2.1.1. Диапазоны изменения объемного расхода измеряемой жидкости в зависимости от модификации счетчика приведены в табл.1.
2.1.2. Пределы допускаемой основной погрешности счетчика ?1.0% от измеренного объема при проверке по калиброванному резервуару , по ТПУ, по образцовому счетчику и ?1.5 при проверке по теоретической методике.
Примечание. Указанная точность обеспечивается с кратностью не более 10, выбираемом из общего диапазона расхода , для каждого диаметра ПР.
2.1.3. ПИ счетчика имеет выходные сигналы:
частотный от 0.1 до 100Гц;
аналоговый 0-5мА, с приведенной погрешностью преобразования “частота-ток” не более 1.0%.
2.1.4. Счетчик удовлетворяет требованиям пп.2.1.1, 2.1.2 при следующих условиях:
температура окружающего воздуха плюс 20?5 С? ;
относительная влажность от 30 до 80%;
атмосферное давление от 86 до 106.7 кПа;
отклонение напряжения питания от номинального значения не выше ?2%;
отклонение частоты переменного тока сети ?1%;
отклонение температуры измеряемой жидкости в процессе проверки в пределах ?2 С?.
Эксплуатационные характеристики
2.2.1. Тип прибора – суммирующий.
2.2.2. ПИ выполнен в корпусе для щитового монтажа по ГОСТ 5944-74.
2.2.3. Электрическая прочность изоляции между отдельными цепями и между этими цепями и корпусом ПИ и ПР выдерживает в течении 60 с действие испытательного напряжения переменного тока синусоидальной формы частотой 50 Гц действующим значением
для ПИ – 1500 В, в том числе между цепями "сеть – искробезопасные цепи", "сеть – земля"", "искробезопасные цепи – земля";
для ПР – 500В.
2.2.4. Электрическое сопротивление изоляции между отдельными электрическими цепями и между этими цепями и корпусом ПИ и ПР не менее:
для ПИ – 40 МОм;
для ПР – 20 МОм;
Показатели надежности.
2.3.1. Вероятность безотказной работы за время 2000ч Р=0.98.
Условия эксплуатации.
1.5.1. Измеряемая среда – перекачиваемая в напорных трубах вода или другая однородная жидкость со следующими параметрами:
диапазон изменения температур температуры от плюс 4 до плюс 50 С;
диапазон изменения давления в поцессе эксплуатации от 0.1 до 2.5 Мпа.
1.5.2. Температура окружающей среды , С:
для ПИ от плюс 10 до плюс 35;
для ПР от минус 60 до плюс 40.
1.5.3. Параметры питания:
напряжение однофазной среды переменного тока (220) В;
частота (50?1) Гц.
Потребляемая мощность – не более 50 Ва.
1.5.4. Допускаемая вибрация частотой до 25 Гц с амплитудой 0.1 мм.
Состав счетчика.
1. Основные составные части счётчика:
ПИ;
ПР;
Кабель РК 50-2-11 , 2 ? 150 м, не более, ( длина кабеля устанавливается по согласованию с заказчиком ).
2. Основные составные части ПИ:
ППИ;
ПВИА;
плата стабилизаторов;
плата выпрямителей;
трансформатор;
УИ-2 шт.;
блок масштабирования ;
плата масштабирования;
индикатор мгновенного расхода - микроамперметр типа М2027;
счётчик суммарного расхода - счётчик электромеханический типа СИ 206.
3.Основные составные части ПР:
патрубок ( обозначение см. табл.1 );
ППЭ (2 штуки ).
Анализ работы счетчика по структурной схеме.
1. В основе принципа действия счётчика объёма Vс измеряемой жидкости лежит измерение средней скорости с этой жидкости,протекающей через известное сечение трубопровода S за время Т.
Счётчик выполнен по одноканальной частотно- импульсной схеме прямого преобразования средней скорости жидкости в измеряемую частоту. Схема структурная приведена на рис. 1.
Контур преобразования скорости жидкости в измеряемую разностную частоту (электронно -акустический тракт ) включает в себя ППИ,первую линию связи (кабель радиочастотный ),излучающий ППЭ В1 ( В2),измеряемый продукт ,приёмный ППЭ В2(В1),вторую линию связи и снова ППИ.
Одно синхрокольцо (контур) ППИ работает по потоку ,второе синхрокольцо(контур)-против потока жидкости с исключением моментов совпадения во времени импульсов автоциркуляции этих синхроколец.
Периоды автоциркуляции по потоку (Т1) и против потока (Т2) определяются по формулам:
где L- расстояние между зеркалами ППЭ В1,В2 в акустическом канале ПР;
с- скорость ультразвука в продукте ;
- угол между осью акустического канала и осью ПР;
t1(t2) - время задержки сигнала в электронно-акустическом тракте (контуре) по потоку (против потока ), не связанное со временем прохождения сигнала в измеряемой жидкости.
где ri- величина смещения оси акустического канала от оси ПР (ri0 - ).
Величина ,обратная значению T1(T2),является частотой автоциркуляции синхроколец f1(f2).
Разность этих частот определяет истинное значение измеряемой частоты,пропорциональной средней скорости измеряемой жидкости:
В описываемом счетчике составляющая погрешности, определяемая наличием времени задержки «t» (см. формулу 11) и влиянием изменяющейся в зависимости от температуры продукта величины «c» значительно уменьшена.
Исключением моментов совпадения во времени импульсов автоциркуляции синхроколец по потоку и против потока обеспечивается переносом импульса зондирования относительно момента приёма ультразвукового сигнала в одном синхрокольце на определённое время.
Повышение точности измерения счётчика тем, что при i-ом сближении во времени импульсов двух синхроколец в синхрокольце, работающем против потока ,зондирование производят через время (Ti+t0) после поступления приёмного импульса, а при (i+1) -ом сближении во времени импульсов синхроколец в синхрокольце, работающем против потока, зондирование производится через время (Т2-Ti+t0) после поступления приёмного импульса, где Ti-часть периода Т2,t0 определяют из выражения:
При наличии расхода измеряемой жидкости Т1T2 .Поэтому с окончанием каждого из периодов автоциркуляции будет происходить схождение импульсов автоциркуляции встречных синхроколец на величину (шаг) Т2-Т1.Период схождения можно представить как:
где- количество шагов между схождениями.
В описываемом счётчике импульс автоциркуляции с периодом Т2 (против тока) за два соседних схождения переносится дважды с общим временем:
Задержка to, вводимая в работу схемы, должна нейтрализовать действие составляющей «t» в выражениях (10), (11) и поэтому удовлетворять условию:
3. Анализ электрической принципиальной схема.
С выхода запоминающего устройства постоянное напряжение, пропорционально мгновенному расходу, через резистор R54 и потенциометр R60 поступает на стрелочный индикатор PA, с движка потенциометра R61 постоянное напряжение поступает на вход 10 ОУ А7 (РСТ). Другой вход 9 ОУ А7 подключён к движку потенциометра R 48. При изменении нагрузки РСТ , ток через нагрузку остаётся постоянным, так как при любом изменении тока через нагрузку изменяется напряжение на выходе 5 ОУ А7 , которое подается на УПТ на транзисторе V31, что приводит к изменению тока в коллекторной цепи V31. Это в свою очередь приводит к изменению напряжения на базе регулирующего транзистора V37. Сопротивление перехода эмиттер-коллектор транзистора V37 меняется таким образом, что величена тока через новую нагрузку РСТ восстанавливается до прежней величены. Величена тока через нагрузку устанавливается потенциометром R48.
Стабилитрон
Стабилитрон кремниевый, диффузионно-сплавной, малой мощности, прецизионный. Предназначен для стабилизации номинального напряжения 9В в диапазоне токов стабилизации 3…3,3 мА с высокими требованиями к стабильности напряжений в диапазоне температур -60…+125 С. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Тип приводится на корпусе. Корпус в рабочем состоянии служит положительным электродом.
Масса не более 1г.
Электрические параметры.
Напряжение стабилизации при Iст=10мА:
при Т=+25 С9,00…10,35 мА
при Т=+60 С8,82…10,35 мА
при Т=+125 С 9,00…10,58 мА
Температурный коэффициент напряжения стабилизации в диапазоне температур -60…+125 С при Iс=10 мА… 0…0,020 %/С
Уход напряжения стабилизации в диапазоне температур -60…125 С при Iст=10 мА.0…320 мВ
Временная нестабильность напряжения стабилизации при Iст=10мА.?0,11 %
Дифференциальное сопротивление , не более:
при Iст=10мА, Т=-60 С и +25 С 18 Ом
при Iст=10мА, Т=+125 С 25 Ом
при Iст=3мА,Т=+25 С70 Ом
Предельные эксплуатационный данные
Минимальный ток стабилизации 3 мА
Максимальный ток стабилизации:
при Т?+50 С33 мА
при Т=+125 С 11 мА
Рассеиваемая мощность:
при Т?+50 С300 мВт
при Т=+125 С100 мВт
Температура окружающей среды -60…+125 С
Эксплуатация стабилитрона на прямой ветви не допускается.
РЕЗИСТОРЫ.
Описание.
Резистор С2-23
Резисторы с металлодиэлектрическим проводящим слоем, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.
Данный резистор изолирован. В зависимости от мощности рассеяния резисторы выпускают шести видов.
Технические данные.
Температура окружающей среды -60…+155 С
Диапазон частот1-5000 Гц
Ускорение , g 40
Линейные нагрузки с ускорением 200
Предельные рабочие напряжения.
Номинальная мощность, Вт 0,62
Предельное рабочее напряжение 150В
Температурный коэффициент сопротивлений.
Пределы номинальных сопротивлений :
при Т=?300 10..1*10
при Т=?500 10..1*10
при Т=?800 10..1*10
при Т=?1200 510*10и выше
Минимальная наработка для резисторов 15000 ч.
Изменение сопротивления в течении минимальной наработки для резисторов, не более?15%
Резистор СП5-2ВБ.
Резисторы подстроечные предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока частотой до 10000 Гц. Конструкция резистора плоская квадратная, для навесного и печатного монтажа. Поворот подвижного контакта в пределах рабочего угла осуществляется за 40 полных поворотов червячного винта.
Расчет каскада по постоянному току.
Расчет каскада по постоянному току производится после некоторого анализа схемы. При этом из схемы убираются элементы, не работающие в режиме постоянного тока. К таким элементам относятся конденсаторы, индуктивности. При этомконденсатор рассматривается как разрыв, а индуктивности как перемычка или сопротивление. Также преобразуется и диод, он заменяется в схеме на дифференциальное сопротивление и источник ЭДС. Есть два способа расчета схем по постоянному току:
1) Известны I, U, типы активных элементов. Необходимо найти значения сопротивлений при которых схема будет работать в необходимом режиме.
2) Известны Eпит, R, тип активных элементов ? и ?. Необходимо рассчитать токи.
В нашем расчете мы пользуемся вторым методом. Также нам необходимо рассчитать выделяемую на каждом элементе мощность.
При расчете каскада по постоянному току пользуемся справочными данными. Также при необходимости упрощаем схему для большей удобочитаемости, при этом убирая ветви с емкостями.
Обозначение.
Конденсаторы.
Условное обозначение конденсаторов может быть полным и сокращенным.
В соответствии с действующей системой сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр. Первый элемент - буква или сочетание букв, обозначающие подкласс конденсатора:
К- постоянной емкости,
КТ -подстроечные,
КП - переменной емкости.
Второй элемент- обозначение группы конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика
Подкласс конденсаторов
Группа конденсаторов
Обозначение группы
Конденсаторы постоянной емкости
Керамические на номинальное напряжение ниже 1600В
Керамические на номинальное напряжение 1600В и выше
Стеклянные
Стеклокерамические
Тонкопленочные с неорганическим диэлектриком
Слюдяные малой мощности
Слюдяные большой мощности
Бумажные на номинальное напряжение ниже 3 кВ, фольговые
Бумажные металлиризированные
Оксидно-электролитические танталовые, ниобиевые
Объемно-пористые
Оксидно-полупроводниковые
С воздушным диэлектриком
Вакуумные
Полистирольные
Комбинированные
Третий номер - пишется через дефис и обозначает регистрационный номер конкретного типа конденсатора. В состав третьего элемента может входить также буквенное обозначение.
олное условное обозначение конденсатора состоит из сокращенного обозначения, обозначения и величены основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи в конструкторской документации, обозначение климатического обозначения и документа на поставку.
араметры и характеристики полного обозначения, указываются в следующем последовательности:
обозначение конструктивного исполнения
номинальное напряжение
номинальная емкость
допускаемое отклонение емкости
группа и класс по температурной стабильности емкости
номинальная реактивная мощность
Маркировка на конденсаторах буквенно-цифровая. Она содержит: сокращенное обозначение конденсатора, номинальное напряжение, номинальное значение емкости, допуск, обозначение климатического исполнения и дату изготовления.
Емкость величиной от 1 до 10000 пф обозначается числом без указания единиц измерения. Емкость более 10000 пф обозначается в микрофарадах и тоже без обозначения единиц измерения. Если емкость равна целом числу микрофарад, то после значения емкости ставится запятая и нуль. Емкость, составляющая число с долями или только доли микрофарады, обозначается а микрофарадах с указанием единиц измерения. У конденсаторов переменной емкости, а также у подстроечных конденсаторов указывается минимальная и максимальная емкости. Действительное значение емкости может отличаться от значений, указанного на ней, в допустимых пределах.
класс 1 - с допустимым отклонением ±5%;
класс 2 - с допустимым отклонением ±10%;
класс 3 - с допустимым отклонением ±20%.
Резисторы.
Резисторы, рассчитанные на сопротивление от 1 до 1000 Ом, обозначаются целыми числами без указания единиц измерения, резисторы, рассчитанные на сопротивление от 1 до 1000 кОм, обозначаются числом килоом с прибавлением строчной буквы «к». Резисторы от 0,1 Мом и выше обозначаются в мегомах без указания единиц измерения, причем если величена сопротивления равна целому числу мегом, то после значения величены ставится запятая и 0. Если величена сопротивления должна уточнятся при настройке, то на резисторе это указывается звездочкой.
Величины сопротивлений резисторов, изготовляемой промышленностью, соответствуют стандартной шкале номинальных величин сопротивлений, при этом действительная величена сопротивления резистора может отклоняться от номинальной, указанной на резисторе. Резисторы 1 класса характеризуют допустимым отклонением 5%, 2 класса - 10%, 3 класса - 20%.
Номинальной мощностью резистора называется наибольшая мощность, которую длительное время может рассеивать резистор без существенных изменений своей величены.
Транзисторы.
Классификация транзисторов отражена в их условном обозначении и содержит определенную информацию об их свойствах. В зависимости от назначения и использовании при изготовлении транзистора полупроводникового материала в его обозначении указывается соответствующая буква или цифра - первый элемент.
Второй элемент обозначения (Т или П) определяет принадлежность транзистора соответственно к биполярным или к полевым транзисторам.
Третий элемент обозначения определяет назначение транзистора с точки зрения частотных характеристик мощностных свойств (табл.2).
Четвертый и пятый элемент обозначения указывают на порядковый номер разработки данного типа транзистора и обозначаются цифрами от 01 до 99.
Шестой элемент обозначения (от А до Я) показывает разделение транзисторов данного типа на группы по классификационным параметрам.
Диоды.
У диодов с 1973 г. присваивается обозначение в соответствии с ГОСТ 10862-72. Обозначения состоят из четырех элементов.
Первый элемент - буква или цифра - обозначение материала:
1 или Г - германий или его соединения,
2 или К - кремний или его соединения,
3 или А - соединения галлия.
Второй элемент - буква, указывающая подкласс прибора:
Д - диоды, Ц - выпрямительные столбы и блоки, А - диоды СВЧ, В - варикапы, И - диоды туннельные и обращенные, С - стабилитроны и стабисторы, Л - излучатели.
Третий элемент - число, указывающее назначение и качественные свойства прибора, а также порядковый номер разработки.
Диоды:
От 101 до 199 - выпрямит. малой мощности (Iпр,ст<0,3 А),
От 201 до 299 - выпрямительные средней мощности,
От 401 до 499 - универсальные (f < 1 ГГц),
От 601 до 699 - импульсные (30 нс
Оформление.
Схема - это конструкторский документ, на котором с помощью условных графических обозначений (УГО) с определенной степенью подробности раскрывается состав, внутренние связи и взаимодействие отдельных узлов, блоков и элементов изделия. Схема с разной степенью подробности или детализации входят в состав конструкторской документации.
В соответствии с ГОСТ 2.701 - 804 схемы делятся по видам и типам с присвоением им соответствующего кода.
Код состоит из символов вида и типа. Код схемы записывают в основной надписи после цифры предприятия, децимального номера изделия и порядкового регистрационного номера документа с его буквенным кодом подобно обозначению сборочных чертежей, а также в графе 26 формата с поворотом на 180 градусов.
ГОСТ 2.701-84 дает следующее определения схем.
СХЕМА СТРУКТУРНАЯ - схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначения и взаимосвязи;
СХЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ - схема, разъясняющая определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом;
СХЕМА ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ (ПОЛНАЯ) - схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая представление о принципах работы изделия;
СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ - схема, показывающая соединения составных частей изделия и определяющая проводы, жгуты, кабели, которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединения и ввода.
Схемы выполняют без соблюдения масштаба и реального пространственного расположения элементов. Но, для изображения отдельных элементов существуют УГО, размеры которых рекомендуется соблюдать. На структурных и функциональных схемах отдельные блоки и узлы изображают в виде прямоугольников. Наименование блоков вписывают в эти прямоугольники.
Условные графические обозначения радиоэлектронных элементов принципиальных схем.
Полный перечень всех УГО электрических, радиоэлектронных, вычислительных, принципиальных схем составляет большой объем. Они установлены государственными стандартами от 2.701-74 до 2.766-88.
Составление перечня элементов.
На учебных схемах, поясняющих принцип работу, часто не указывают типы и номиналы элементов, а дают буквенно-цифровые обозначения: R1, R2, R3... или С1, С2, ... причем принята последовательность нумерации сверху в низ, слева направо, т.е. нумеруют по условным столбцам, переходя последовательно от левого к правому.
При выполнение комплекта конструкторской документации на принципиальных схемах дают буквенно-цифровое обозначение элементов, а их номиналы, мощности, рабочее напряжение, точность соответствия номиналам, а также ГОСТы, ОСТы или ТУ даются в перечне элементов, там же дается форма и расположение перечня элементов.
Порядок записи обозначения конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов.
В перечне элементов после КОНДЕНСАТОР указывается: тип, вариант, крепления, группа по ТКЕ, номинальное напряжение, номинальная емкость, допускаемое отклонение от номинальное емкости в процентах или класс точности, группа по интервалу рабочих температур, номер ТУ или ГОСТа. Некоторые параметры часто не указывают (тип крепления, группа по материалу рабочих температур).
ТКЕ - температурный коэффициент емкости, характеризующий изменение величены емкости конденсатора при изменение температуры на 1 град. К.
В конструкторской документации при обозначении резисторов указываются: тип резистора, номинальная мощность, номинальное сопротивление, класс точности, номер ТУ или ГОСТа.
Для переменных резисторов указывается функциональная характеристика изменения величены сопротивления в зависимости от угла поворота оси: А - линейная, Б - логарифмическая, В - обратная логарифмическая.
Список литературы.
1. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочник /Под ред. Э.Т. Романичевой. И. Радио и связь. 1989. 448 с.
2. Справочник радиолюбителя М., «Просвещение»,1970
3. Расходомеры и счетчики количества Л., Машиностроение.
4. Справочник «Резисторы» М., «Просвещение».
5. Справочник «Конденсаторы» М., «Просвещение».