Yaroslav Krikun

Faculté des Technologies Informatiques et d'Automatique

Département de la technologie électronique

Spécialité: Les systèmes électroniques

Superviseur: docent, doctorat Korenev V.D.

Raison d'être et d'étudier la structure du système de mesure électronique de l'eau potable dans les grandes conduites sous pression de diamètre

Abstract

Introduction

Généralisation de l'usage inapproprié de l'eau, en apparence «inépuisables» qui a conduit à une augmentation injustifiée de la capacité des stations d'épuration et des stations de pompage pour répondre aux besoins croissants. Les acariens ont fait, et les pertes lors du transport de l'eau pour le consommateur en raison de la pipelines vieillissants. Le résultat a été la croissance du niveau de la consommation, qui prévoit des indemnités pour les fuites dans les tuyaux qui fuient et, par conséquent, la croissance des tarifs pour l'eau consommée, et de compenser ces fuites [1].

Le principal instrument pour la sauvegarde d'une telle ressource importante pour la survie des établissements humains et les entreprises que l'eau est une introduction générale de contrôle des instruments de la distribution et la consommation [1]. L'importance du soutien métrologique et, en particulier, le développement et la mise en place de la responsabilité des équipements modernes de mesure et de l'utilisation efficace des ressources en eau est évident et est très pertinent.

Objectif, les tâches

L'objectif de la thèse de maîtrise est de justifier théoriquement et d'explorer la structure des systèmes électroniques pour améliorer la précision de mesure de débit des liquides dans les conduites sous pression de grand diamètre. Pour atteindre cet objectif, les tâches suivantes qui doivent être abordées dans le processus d'écriture de l'œuvre:

• analyser la structure de débit des fluides dans les conduites sous pression;
• analyser les méthodes et les outils de mesure de débit des liquides dans les grands pipelines de pression de diamètre;
• analyser les méthodes et les moyens de mesurer la vitesse de débit des fluides;
• créer un modèle mathématique du convertisseur magnétohydrodynamique avec un champ magnétique local;
• étudier le champ magnétique du convertisseur magnétohydrodynamique avec un champ magnétique local;
• étudier l'effet du gradient de vitesse transversale sur les caractéristiques d'un écoulement magnétohydrodynamique avec le champ magnétique local;
• élaborer un schéma-bloc du système.

Examen des méthodes et des outils pour mesurer le débit et la quantité d'eau

Considérant les dispositifs qui servent à mesurer le débit de fluide, et en particulier, l'eau semble de les classer pour des motifs différents. Il semble opportun que le classement, ce qui reflète les principes de base de la plupart des types d'instruments sous-jacents de la mesure et tenir compte de la physique se produisent les mêmes phénomènes.

Compteurs tachymètre et débitmètres. Distinguer:

• wing;
• turbine;
• visser.

Voith fluide mètres appartiennent à la classe avec tachymètre transducteurs avec la turbine tangentielle (turbine), c.-à- axe de rotation du rotor de la perpendiculaire à la direction d'écoulement du fluide [2].

La différence des compteurs à la turbine du papillon est que l'axe de la turbine en rotation est situé le long de la direction de l'écoulement et que les aubes de la turbine sont faites vis [2].

Compteurs d'eau vis diffèrent des turbines par la longueur seulement une plus grande [2].

Mètres et des débitmètres vortex. Distinguer:

• avec un signal de capteur inductif;
• avec le signal de capteur électromagnétique;
• signal transducteur aux ultrasons.

Le principe de fonctionnement des débitmètres vortex avec le corps de l'écoulement est de fixer le tourbillon d'un corps placé dans le flux. La fréquence de séparation par vortex (la soi-disant «Karman») est proportionnelle au débit volumique. La fixation des tourbillons peuvent être effectués par des méthodes différentes [2].

Dans la méthode inductive dans le corps de la circulation sont les deux bobines, mais dans une cavité spéciale entre les bobines est svobodnorazmeschennaya membrane. La membrane sous l'influence des mouvements de vortex d'une bobine à l'autre, et la fréquence des bobines d'inductance est proportionnelle au débit volumique [2].

Dans le cas d'une ablation des ganglions signal électromagnétique dans l'enveloppe corporelle est un trou, et près de son corps sur les diamètres perpendiculaires sont deux aimants permanents et deux électrodes, électriquement isolées de la circulation des trous. En fait, la transformation de jauge des pulsations est un débitmètre électromagnétique petit à aimants permanents [2].

Dans le cas des capteurs aux ultrasons pour l'écoulement des flux corps rayons et tourbillons sont fixés. Électronique d'un tel débitmètre vortex est plus facile à obtenir que le compteur de débit ultrasonique TOF, alors les dispositifs obtenir moins cher [2].

Le différentiel de pression de débit

Le principe de débit basée sur la mesure de la chute de pression dans la résistance hydraulique. Le plus «ancien» méthode de mesure de débit et, jusqu'à récemment la plus courante. Pour cette méthode, développée standard «système d'assurance» (diaphragme, buse, tuyères et tubes de Venturi) dont les caractéristiques peuvent être déterminées par le calcul. Les mesures sont normalisés, il existe des programmes pour l'informatique. Le principal inconvénient de la méthode consiste en une petite gamme de la mesure: 1:3 [2].

La baisse de débit à la pression constante (rotamètres)

Le principe de la chute de pression du flux continu est basé sur le déplacement interne dans un tube de verre conique s'étendant vers le haut, le flotteur. Le changement de poids du flotteur pour atteindre de différentes gammes de la mesure pour les liquides et gaz. En plus de rotamètres de verre, produit rotamètres pneumatiques et électriques. Dans le signal de sortie électrique rotamètres sont de l'inductance de 1 à 10 mH [2].

La méthode acoustique. Débitmètres aux ultrasons

La base de la méthode de la mesure acoustique est le fait que la vitesse des ondes sonores dans un milieu en mouvement est déterminé par la somme géométrique de la vitesse du son dans le milieu de l'arrêt et la vitesse réelle du milieu [1].

La pratique la plus couramment utilisée de deux manières, de différentes directions mutuelle arrangement spatial de la vitesse du fluide et le vecteur de l'onde sonore [1].

La première méthode est basée sur la définition de la démolition de l'environnement de conduite du faisceau ultrasonore réalisé à l'angle droit le vecteur de la circulation qui est mesurée par la réduction du nombre d'énergie acoustique atteindre le récepteur, avec le débit augmente [1].

Un inconvénient de cette méthode est peu sensible, d'autant plus de faisceau est dirigé à un léger angle par rapport au diamètre du tuyau et se fait après de multiples réflexions sur les murs. Ainsi, l'augmentation de la longueur du chemin parcouru par le faisceau, ce qui augmente la sensibilité. Le manque de la mode est une forte dépendance sur le témoignage de la corrosion et le degré de contamination parois réfléchissantes. En outre, la vitesse du son dépend de la température du liquide de sa viscosité cinématique et le degré de la contamination, ce qui conduit à une augmentation des erreurs lors de modifier les propriétés physiques et chimiques du liquide [1].

Pour éliminer l'influence de cette dépendance est le débit est déterminé par la différence de la vitesse du son dans le sens de circulation, et contre, le faisceau des ultrasons dans ce cas est dirigé à un certain angle à la direction du flux. De cette façon, il existe plusieurs variétés [1].

En utilisant la méthode des impulsions de temps est mesurée pendant le pouls de l'aval et en amont. Inconvénients sont en ce que la dépendance de la vitesse des ultrasons dans le milieu. Elimine l'installation d'une paire supplémentaire des résonateurs [1].

Dans une méthode de la fréquence des impulsions chaque visiteur à l'impulsion de la radio (train d'impulsions) stimule la production d'un nouvel élan. En mesurant le taux de répétition des impulsions en aval et en amont, de calculer le débit. L'avantage de cette méthode est l'indépendance des caractéristiques de la vitesse du son [1].

Dans la méthode de la phase est mesurée par le signal de différence de phase et à contre-courant. La méthode est basée sur le fait que lorsque le signal de débit arrive au récepteur avec une phase différente. La dépendance à la vitesse du son dans les liquides est la même que dans la méthode de temps d'impulsion [1].

Un autre type de débitmètres aux ultrasons – Débitmètres Doppler. La méthode Doppler est basée sur le décalage de fréquence à la présence de signal sonore de réflexion à partir d'une particule en mouvement ou le débit des inhomogénéités, comme une bulle de gaz. L'inconvénient de la méthode – une exigence que de telles irrégularités [1].

Débitmètres électromagnétiques

Actuellement, une position ferme dans les dispositifs de mesure de l'écoulement des liquides (en particulier l'eau) qui occupent le débitmètre électromagnétique avec un champ transversal. Proportion des flux entre le nombre total des appareils utilisés plus de 43% chaque année et continue de croître rapidement. Ce type de flux le plus pleinement satisfait aux exigences pour les débitmètres pour liquides. Il a une précision assez élevé, a une large gamme dynamique linéaire. En outre, il n'a pas de pièces mécaniques en contact avec le liquide, et peut donc facilement se conformer aux exigences sanitaires [3].

Le travail électromagnétique compteurs de débit des liquides qui sont basées à la loi de Faraday. Dans l'Explorateur Windows, en traversant les lignes de champs de force, la fem induite est proportionnelle à la vitesse du conducteur. La direction du courant qui en résulte dans le chef d'orchestre, perpendiculaire à la direction du chef d'orchestre et la direction du champ magnétique. Si vous remplacez le chef d'orchestre des flux d'un liquide conducteur circulant entre les pôles d'un aimant, et de mesurer la fem induite dans le liquide par la loi de Faraday, vous pouvez obtenir le concept d'un débitmètre électromagnétique est proposé par Faraday [4]. La conception du débitmètre électromagnétique classique est illustré à la figure 1.

Figure 1 – Schéma et principe du débitmètre électromagnétique avec le champ magnétique transversal:
1 – pipeline; 2 – pôles d'un aimant; 3 – électrodes pour l'enlèvement EMF; 4 – amplificateur électronique; 5 – système de référence; 6 – aimant le pouvoir
(GIF-animation; volume: 51,5 кB; images: 6; intervalle de temps entre les images: 500 mс; répétitions: 6)

Inducative différence de potentiel entre les électrodes E 3 détermine l'équation de l'induction électromagnétique [4]:

E = - KBDv_cp, (1)

où B est l' induction magnétique dans l'écart entre les pôles d'un aimant; v_cp – antérieure vitesse du fluide; D – diamètre intérieur de la canalisation; К – facteur en fonction du type de champ magnétique.

Pour le cas d'un champ magnétique constant К = 1. Si le champ magnétique varie dans le temps t avec une fréquence f, alors K = sin2πft [4].

Le champ magnétique est généré par 6 d'alimentation de l'aimant. EMF, сprises par les électrodes, avec un amplificateur électronique 4 convertit le signal amplifié électriques enregistrées par le système de référence 5 [4].

Alors que dans l'équation (1) dont le débit moyen par le débit volumique de la moyenne, on obtient des mesures de débitmètres électromagnétiques [4]:

- dans le cas d'un champ magnétique constant

E = - (4B / πD)•Q, (2)

- dans le cas d'un champ magnétique alternatif

E = - (4B•sinπft / πD)•Q. (3)

Ainsi, les débitmètres électromagnétiques peuvent être mises en œuvre comme une constante, et avec l'environnement électromagnétique, alimenté par un courant alternatif de la fréquence f. Les débitmètres électromagnétique ont leurs avantages et leurs inconvénients, qui déterminent leur application [4].

Les débitmètres électromagnétiques ne sont pas appropriés pour mesurer le débit des gaz et des liquides avec une faible conductivité électrique, comme l'huile de la lumière, l'alcool, etc Mais l'utilisation de dispositifs spéciaux permettrait de réduire considérablement les exigences relatives à la conductivité électrique du milieu et de créer un débitmètre électromagnétique pour mesurer le débit des liquides, y compris les produits du pétrole [5].

Le manque essentiel et fondamental de l'induction de débitmètres électromagnétiques avec un électro constante, en limitant leur utilisation pour mesurer le débit d'écoulement quasi-stationnaire, est la polarisation des électrodes de mesure, accompagnée d'un changement dans la résistance du capteur, ce qui fausse la lecture. Afin de réduire la polarisation des électrodes est utilisé avec un revêtement de platine ou de tantale, ainsi que le charbon et les électrodes au calomel [6].

Lorsque vous utilisez un champ magnétique alternatif dans le mode de mesure de la vitesse moyenne de l'effet de polarisation des électrodes est considérablement réduit, puisque la fem polarisation au sein de chaque demi-cycle actuel, ses causes, en prenant des valeurs de signe contraire, n'augmente pas avec le temps et sa moyenne au cours de la période de modification du champ magnétique proche de zéro. En outre, la fem induite utiles est alternée dans le temps et la précision de sa mesure sur le fond du bruit existantes augmente considérablement [7].

Toutefois, dans les débitmètres avec un champ magnétique variable apparaît autres effets qui conduisent à une distorsion du signal.

Tout d'abord, cet effet du transformateur, lorsque le circuit formé par le liquide dans le pipeline, les électrodes, des fils de connexion et secondaire du transformateur de dispositifs fem induite, dont la source est l'enroulement primaire de l'excitation de champ magnétique. Transformer le bruit peut atteindre 20-30% du signal désiré. Pour les indemniser dans le dispositif de circuit de mesure mis en place des dispositifs spéciaux supplémentaires [4].

Deuxièmement, il ya un effet capacitif qui se produit en raison de la grande différence de potentiel entre le système d'excitation du champ magnétique et les électrodes et la capacité parasite entre eux (les fils de connexion, etc.) Moyens de lutte contre cet effet est d'une minutieuse analyse [4].

Troisièmement, il peut être l'effet des changements dans le système de la fréquence d'alimentation de puissance de l'excitation du champ magnétique actuel. Compenser l'effet de l'installation de dispositifs spéciaux de la stabilisation, ce qui complique le circuit de mesure et réduit la fiabilité des appareils [4].

Néanmoins, les débitmètres électromagnétiques présentent plusieurs avantages qui conduisent à l'utilisation généralisée de cette classe d'appareils.

Un avantage important de débitmètres électromagnétiques, c'est que le principe de leur travail et contrôler le signal est électrique. Elles peuvent être sans convertisseurs supplémentaires pour se connecter à des systèmes électriques destinés à la mesure et de contrôle automatique. Pour cette raison, débitmètres électromagnétiques sont appropriés pour la détection du signal de télécommande (bien que dans le cas de la longueur de liquides à faible conductivité des conducteurs reliant le compteur avec un appareil de mesure doit être limitée) [8].

Les débitmètres électromagnétiques, car elles sont fondées sur des phénomènes électriques, à faible inertie, et nous permettent d'étudier l'écoulement non permanent, même à très hautes fréquences, modifier la vitesse [8].

L'universalité de la méthode électromagnétique de mesure est due également des fonctions étendues qui permettent une jauge sans masse avec une caractéristique linéaire classés, dont la nature ne dépend pas des propriétés physiques et chimiques du milieu [9].

La majorité des débitmètres électromagnétiques aux canaux pour assurer la libre circulation de liquide. Dans les débitmètres électromagnétiques sont pas de drainage ou autres ouvertures qui pourraient se retrouver avec une substance solide qui conduirait à des difficultés supplémentaires liées à l'assainissement. En débit de section circulaire avec un champ magnétique transverse d'un dépôt de matières solides concentriques sur les murs n'affecte pas les lectures par an, à moins que les solides et liquides ont la même conductivité électrique [8].

Les avantages déclarés et a fourni une distribution assez large des débitmètres électromagnétiques, en dépit de leur relative complexité structurelle et la nécessité d'un entretien minutieux techniques quotidiennes (zéro réajustement, l'ajustement de, etc.) [4].

Il convient de garder à l'esprit que la meilleure précision de mesure du débit avec le champ magnétique transverse est limitée pour plusieurs raisons. La précision de mesure premières influences grandement la distribution des espèces de vitesses d'écoulement dans la section transversale du flux de pipeline. Mise en place d'une distribution spéciale du champ magnétique conduit à un alourdissement considérable des flux de conception, une augmentation de l'encombrement et le coût accrue du marché de l'appareil. système de débitmètre magnétique doit avoir une taille importante pour éliminer l'influence des effets de bord. Le flot de conception avec un champ transversal doit être effectuée avec une grande précision, car les défauts tels que l'aplatissement de la chaîne peut entraîner des erreurs considérables. Un autre point important est la précision de la fixation des électrodes de mesure, qui détermine également la stabilité et la précision du témoignage de l'appareil. Le principe de mesure nécessite un matériel non magnétique non conducteur spécial pour l'écoulement du tuyau [3].

Pour des tuyaux de grand diamètre sont conçus avec des capteurs de vitesse de flux électromagnétiques [10]. Ils ont élevé les caractéristiques métrologiques et un faible coût par rapport aux classiques débitmètres électromagnétiques, qui devient plus sensible avec diamètre du tube augmente le débit, qui est mesurée, et ils n'ont pas de pièces mécaniques en mouvement que ce qui est causée par la haute fiabilité de l'appareil.

Dans le pipeline à l'endroit de la vitesse moyenne est introduite carénage creux, qui abrite le bobinage d'excitation du champ magnétique et les électrodes [10]. Lorsque vous utilisez une sonde de mesure de la vitesse d'écoulement local à un point 0,777R₀, dans laquelle le taux égal à la moyenne des tubes de section. L'utilisation de trois sondes de vitesse est mesurée par la méthode de «zone de vitesse-gradient» et atteint des taux d'erreur inférieur de l'écoulement. Précision de la transition de sonde est généralement de ± (1,5-4,0)%.

Conclusion

L'enquête, installations et équipements et des méthodes pour mesurer le débit et la quantité d'eau peut tirer les conclusions suivantes:

1. La présence de parties mobiles se déplaçant dans la débitmètres tachymètre – inconvénient majeur, ce qui leurs ressources limitées.

2. Le débitmètres vortex sont un obstacle à la circulation et une baisse significative de la pression, sont sensibles à des distorsions des courbes de vitesse de l'écoulement.

3. Les inconvénients de dispositifs de chute de pression variable – l'inertie de l'instrument en raison de la présence de lignes de raccordement, qui violent l'intégrité de la tuyauterie d'installation dans les dispositifs de rétrécissement [11], une perte irréversible de la pression dans le dispositif de constriction, la dépendance du débitmètre de courbes vitesse d'écoulement [12]. Les inconvénients de rotamètres sont la nécessité de les installer sur conduites verticales, impropres pour les environnements de mesure du débit avec une pression artérielle élevée, la nécessité de diviser le pipeline pour l'installation d'un tube conique [11], la fiabilité faible en raison d'un mauvais fonctionnement de différentes parties du rotamètres [12].

4. Les nconvénients des débitmètres à ultrasons (la nécessité pour l'étalonnage individuel, la dépendance du profil de vitesse, qui varie avec le débit, l'effet de la preuve de l'évolution des propriétés physiques et chimiques de la matière et sa température, qui dépend de la vitesse des ultrasons [11]) provoquer l'erreur de débit à 3-4 % en l'absence de correction de changer la vitesse du son.

5. Les transducteurs traditionnels électromagnétique de grande calibres sont assez lourd – mesurer le poids transducteur de débit de diamètre 2,4 m jusqu'à 2000 kg, et ils ont un coût élevé et la capacité d'énergie à grande. La précision des dispositifs décrits de gros calibre de 2-3%. Par conséquent, l'application du débitmètre électromagnétique avec un champ magnétique uniforme transverse pour mesurer le débit dans les tuyaux de grand diamètre n'est pas toujours économiquement réalisable et à la pratique à utiliser. La pratique montre que le problème de la mesure du débit se produit et les pipelines d'un diamètre sensiblement supérieures à 1000 mm, mais le même poids et la taille des débitmètres électromagnétiques classiques l'augmentation de sorte que leur utilisation la pratique devient problématique. Dans de nombreux cas il s'agit d'un obstacle insurmontable à l'utilisation de ces dispositifs [13].

Ainsi, une très prometteuse est la création d'compact, les maindres métalliques débitmètres électromagnétiques avec faible consommation d'énergie, fournissant la mesure du débit avec les erreurs normalisées dans les tuyaux de grand diamètre remplie basée à la mesure du débit par la «zone de vitesse» basée sur la détermination du débit volumique de fluide à l'écoulement dans un point (moyenne pondérée) section transversale de la canalisation et la seconde, selon la norme ISO 7145 et 8.361 au 79 GOST [13].

En ce qui concerne la création de tels dispositifs de mesure est l'utilisation préférée de la sonde des transducteurs électromagnétiques avec le champ magnétique local, c'est à dire le champ produit par le système magnétique du convertisseur dans une certaine région du flux mesuré. Ces dispositifs de mesure, avec tous les avantages des traditionnels débitmètres électromagnétiques présentent plusieurs avantages: ils sont technologiques, ont une consommation peu élevé des métaux, la consommation d'énergie et de coût, que l'assemblage a lieu sans interruption de l'approvisionnement en eau, la capacité de travailler hors connexion, ne dépend pas du diamètre du tuyau [13].

Littérature

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2. ООО «Компания ТЕХНОЛАЙН». Расходомеры и счетчики количества жидкости. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.technoline.ru/articles/view/4

3. Пугач Е.Е. Разработка высокоточного электромагнитного расходомера жидкостей для сельскохозяйственного производства: Автореф. дисс. канд. техн. наук. – М., 1997. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.rgazu.ru/db/avtoref/pugach.htm

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5. Корсунский Л.М. Электромагнитные гидрометрические приборы. – М.: Стандартгиз, 1964. – 180с.

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9. Марфенко И.В. Электромагнитный расходомер для трубопроводов больших диаметров: Автореф. дисс. канд. техн. наук. – Харьков: ХГПИ, 2000. – 20 с.

10. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под. общ. ред. Е.А. Шорникова . – [5-е изд.] – СПб.: Политехника, 2004. – 412 с.

11. ООО «Ротаметр». Приборы для измерения расхода газа и жидкости. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ooorotametr.ru/articles/index.php?ELEMENT_ID=350

12. Ромадов В. Промышленные счетчики воды. Обзор (окончание) // Строительный инжиниринг. – 2007. – №10. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.teplocom.msk.ru/data/support/articles/psv_2.pdf

13. Горбылёв В.В. Повышение точности измерений зондовым электромагнитным преобразователем скорости потока для учета расхода электропроводящей жидкости в трубопроводах большого диаметра. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2005/kita/gorbylev/diss/index.html

Important!

Actuellement, les travaux de maîtrise n'est pas terminée. Achèvement des travaux et de sa défense est prévue pour Décembre 2010.