Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Практически во всех жилых, коммерческих, складских и других видах помещений установлены счетчики, фиксирующие расход воды в них. Однако, то, что владелец помещения, либо уполномоченные им лица, периодически снимают со счетчиков текущие показания, отнюдь не всё...

Эти приборы учета нуждаются в периодической проверке, которую выполняют соответствующие специалисты, обладающие должной аккредитацией и специальным оборудованием. Какие же сегодня существуют варианты для проведения поверки счетчика, которая по нормативу, должна проходить раз в 4 года для счетчиков горячей воды и единожды на 6 лет для счетчиков на холодную воду?

Вариант первый, провести проверку непосредственно на месте расположения прибора учета, переносной поверочной установкой, в нынешних реалиях не самый точный вариант;

Второй способ, сдать на поверку представителю ЖКХ, где его проверят на стационарных стендах и если ваш счетчик проблематично функционирует, вы своевременно будете оповещены об этом в письменном виде, в таком случае его необходимо починить или сразу заменить и поставить новый на учет в присутствии представителя ЖКХ;

Третьим способ, является не совсем оптимальный способ, при котором, вы можете не выполнять поверку счетчика и просто платить в несколько раз дороже за потребляемую воду, так как платить вы будете не за то сколько вы потратили, а за то сколько вам предписано.

Следовательно, можем сделать вывод, что наиболее рациональным будет платить по исправному и поверенному счётчику, а также обращение в службу ЖКХ при необходимости поверки, в таком случае, оплата будет происходить по количеству затраченной воды и никто не будет переплачивать или оставаться в убытке, из-за неисправного счётчика.

Поверочные стенды, являются прецизионными измерительными приборами и гарантируют максимальную погрешность в 5%, их разработка и обслуживание сложный и очень ответственный процесс, поэтому этим занимаются специализированные компании.

1. Актуальность темы

С каждым годом количество бытовых расходомеров, как горячей так и холодной воды, неизменно растёт. Как и все измерительные приборы, расходомеры требуют поверки, так как со временем их показания могут и будут отличаться от верных. Также с каждым годом и электроника не стоит на месте, а человеческий ресурс ограничен, таким образом имеется необходимость в удешевлении и автоматизации процесса поверки расходомеров не теряя в точности поверки.

2. Цель и задачи работы

Цель работы: исследование работы стендов для поверки бытовых расходомеров и на основании исследования обоснование и разработка структуры электронной системы стенда для поверки бытовых счётчиков воды.

Основные задачи исследования:

  1. Выполнить обзор методов и средств контроля и анализа поверки бытовых расходомеров.
  2. Сформулировать технические требования на разработку структуры ЭС стенда.
  3. Разработать структурную схему и алгоритм функционирования стенда.
  4. Разработать принципиальную схему стенда.
  5. Выбрать и обосновать элементную базу удовлетворяющую поверочному ГОСТу-8.156-86.
  6. Выполнить расчет экономической эффективности проекта.
  7. Проработать вопросы безопасности производства и охраны труда.

Объект исследования: поверочный стенд бытовых расходомеров воды.

Предмет исследования: уменьшение аппаратурных и финансовых затрат при реализации стенда на базе контроллера ATmega.

3. Требования к поверочным стендам по ГОСТу 8.156-86

3.1 Описание требований для поверки методом проточного прецизионного расходомера

Структурная схема автоматизированной поверочной установки

Рисунок 1 – Структурная схема автоматизированной поверочной установки

Поверочная установка должна состоять из элементов, указанных на схеме:

- устройства заправки и хранения воды (насос, фильтры и резервуар для воды);

- устройства создания и стабилизации расхода (насос, гаситель пульсаций и регулировочное устройство);

- запорного устройства (задвижка, вентиль с ручным, пневматическим или электрическим приводом). При применении запорных устройств с электропневмоприводом их открывание и закрывание осуществляют автоматически по наполнению образцовой меры до уровня заданного объема;

- испытательного участка, предназначенного для установки счетчиков в линию поверочной установки (компенсаторы длины трубопровода, прямые участки труб, входных и выходных патрубков, обеспечивающих герметичное подсоединение ручным или любым механизированным способом). Длина прямого участка перед первым счетчиком не менее 5 диаметров условного прохода и одного - после каждого;

- образцового средства измерения объема воды. В его состав могут входить металлические технические мерники 1-го класса по ГОСТ 13844 -68, металлические образцовые мерники 2-го разряда по ГОСТ 8.400 -80 весы или образцовые счетчики жидкости;

- оптоэлектронного узла съёма сигналов, который вырабатывает импульсы, соответствующие индикатору вращения. Они поступают в устройство нормирования сигналов измерительной информации;

- устройства нормирования измерительной информации, осуществляющего запуск счета сигналов измерительной информации одновременно с началом измерения образцовой мерой, прошедшей через поверяемый счетчик, и остановку счета по окончании измерения;

- блока управления, предназначенного для обеспечения выполнения необходимой последовательности операций и формирования сигналов измерительной информации в форму, удобную для снятия показаний и сравнения с показаниями образцовой меры;

- узла регулирования и измерения расхода, состоящего из устройства, обеспечивающего плавное регулирование расхода (при необходимости в двух или нескольких взаимно перекрывающихся диапазонах) и средств измерения расхода во всем диапазоне поверочных расходов. В частности, рекомендуется применять ротаметры, дифманометры-расходомеры, электромагнитные расходомеры, шариковые расходомеры по ГОСТ 28723-90.

3.2 Основные требования, предъявляемые к установкам для поверки счётчиков методом измерения массы

Принципиальная схема установки для поверки счётчиков методом измерения массы

Рисунок 2 – Принципиальная схема установки для поверки счётчиков методом измерения массы

  1. устройство для измерения массы;
  2. тара;
  3. крышка тары;
  4. струегаситель;
  5. воздухоотводящий кран;
  6. смотровой глазок;
  7. насадочный кран;
  8. смотровое стекло;
  9. расходомер;
  10. подводящий трубопровод;
  11. регулировочный кран;
  12. сливной кран;
  13. устройство для подсоединения счетчиков;
  14. счетчики;
  15. сливной кран;
  16. стенд;
  17. сливной трубопровод;
  18. запорная задвижка (вентиль).

В качестве устройства для измерения массы принимают весы, относительная погрешность которых должна находиться в пределах ±0,5% для поверки счетчиков при 1 и 2-м поверочных расходах и +1% - для поверки счетчиков при 3-м поверочном расходе.

Предельная нагрузка весов должна быть на 20% больше массы тары, заполненной водой, включая массу всех соединительных устройств.

Установка, независимо от места ее расположения, должна быть защищена от воздействия атмосферных осадков и воздушных потоков.

Вместимость тары, установленной на весах, должна быть не менее чем на 10% больше объема воды, прошедшего через счетчик при его поверке, в зависимости от диаметра условного прохода и устанавливаемого расхода.

Все гибкие соединения трубопроводов должны быть выполнены так, чтобы их влияние на чувствительность весов было наименьшим.

Трубопроводы присоединяют к таре с одной стороны и крепят к кронштейну, не связанному с весами.

Примечание. При поверке счетчиков на поверочной установке, в которой в качестве образцового средства используют весы, допускается до температуры 15°С полученное значение массы считать равным измеренному объему, а при температурах более 15°С полученное значение массы умножают на поправочный коэффициент, учитывающий отклонения плотности воды на каждые 5°С и потерю массы жидкости в воздухе, по формуле:


Vобр=G*С,

где G - значение массы, т,

C - поправочный коэффициент, учитывающий изменение плотности от температуры, м /т (см. в таблице 1).


Таблица 1 – Таблица поправочных коэффициентов, учитывающая отклонения плотности воды на каждые 5°С.
T,°C 20 25 30 35 40
C 1.003 1.004 1.005 1.006 1.007

4. Исследуемые счётчики воды

Для учета потребления горячей или холодной воды применяются специальные расходомеры. Представителем которых выступит счетчик СВУ 15.

Он относится к категории устройств высокого класса точности измерений. По этой причине прибор допущен к эксплуатации в частных домах или квартирах, где осуществляется централизованная подача горячей или холодной жидкости.

Благодаря использованию водомера этого типа экономным людям удаётся максимально снизить расходы на оплату коммунальных платежей.

Водяной расходомер СВУ 15 представляет собой одноструйный сухоходный прибор учёта потребления воды. Такое устройство состоит из металлического корпуса, в котором надёжно разделены между собой измерительная камера и счётный механизм. В измерительной камере устанавливается крыльчатый барабан, который под напором воды начинает вращаться.

Вал крутится, и движение через редуктор передаётся на счётный механизм. Если прибор оснащается импульсным выходом, то кроме механического подсчёта расхода возможна дистанционная передача сигнала со счетчика на принимающее устройство.

Счётчик воды, модель СВУ 15

Рисунок 3 – Счётчик воды, модель СВУ 15

5. Система-прототип

Рассмотрим имеющийся прототип на примере автоматизированной установки для поверки счётчиков воды АУПВ-15/20.

Работа стенда

Рисунок 4 – Работа стенда
(анимация: 32 кадров, повторение циклично, 77.5 килобайт)

5.1 Назначение и область применения

Автоматизированная установка для поверки счетчиков воды АУПВ-15/20 предназначенная для одновременной поверки до десяти крыльчатых водомеров диаметром условного прохода 15 мм и до восьми водомеров диаметром условного прохода 20 мм методом измерения массы пролитой через водомеры воды и автоматическим формированием отчетов и паспортов о поверке водомеров.

Стенд позволяет осуществлять поверку водомеров, задавая расход и объем в диапазонах, требуемых ГОСТом 8.156-88 Для настройки и считывания импульсов водомеров стенд оборудован узлами оптического съема информации. Отображение данных, считываемых с водомеров: текущий расход, оценочная погрешность, критерии настройки и экран цифрового осциллографа узла оптического съема информации; производиться на экран монитора.

Стенд не требует подвода сетей водоснабжения и водоотведения.

Стенд позволяет проводить поверку, как в автоматическом, так и в ручном режимах.

По условиям эксплуатации стенд соответствует исполнению УХЛ 3.1 по ГОСТ 15150, предназначен для эксплуатации при температуре окружающей среды от +10°С до +40°C и относительной влажности от 20% до 80%.

5.2 Технические характеристики

  1. Стенд одновременно поверяет до 10 водомеров.
  2. Диаметр условного прохода поверяемых водомеров 15 мм, 20 мм.
  3. Диапазон задаваемых расходов от 28 л/ч до 2500 л/ч.
  4. Предел допустимой погрешности при поддержании 1-го поверяемого расхода не более ±2%.
  5. Предел допустимой погрешности при поддержании 2-го и 3-го поверяемых расходов не более ±2%.
  6. Объем измерительной емкости 72 л.
  7. Объем емкости для хранения воды 130л.
  8. Время срабатывания распределителя потока воды не более 0,1 сек.
  9. Предел допустимой погрешности весов не более 0,2%.
  10. Питание стенда осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380В ±10% и частотой (50±1) Гц.
  11. Потребляемая мощность стенда не превышает 1500 Вт.
  12. Масса стенда не более 300 кг.
  13. Габаритные размеры не более 3100х820х1560 мм.

5.3 Состав, устройство и работа

Стенд состоит из следующих узлов:

Общая схема стенда

Рисунок 5 – Общая схема стенда

  1. водомеры;
  2. монитор;
  3. испытательный участок;
  4. зажимной механизм;
  5. шкаф питания и управления;
  6. тумблер вкл./выкл. стенда;
  7. шаровой кран
  8. электромагнитный расходомер с частотным выходом;
  9. шаровой кран с электроприводом;
  10. емкость для взвешивания;
  11. весы;
  12. распределитель потока воды;

Также в состав стенда входит: узлы оптического съема информации, персональный компьютер и принтер. Узел оптического съема информации состоит из следующих элементов:

Узел оптического съема информации

Рисунок 6 – Узел оптического съема информации

  1. - ИК-светодиод;
  2. - фотодиод;
  3. - узел оптического приема импульсов водомера («Карандаш»);

Автоматизированная установка для поверки счетчиков воды (далее стенд) может работать в 5 режимах:

1) поверка водомеров методом измерения массы, пролитой через водомеры воды;

2) проверка в ручном режиме методом сличения показаний счетного механизма водомера и объема воды, рассчитанного по массе;

3) калибровка эталонного расходомера методом измерения массы, пролитой через него воды;

4) поверка эталонного расходомера методом измерения массы, пролитой через него воды;

5) поверка узлов оптического съема информации методом сличения с показаниями счетного механизма.

Стенд устанавливает и поддерживает расход воды во время поверки автоматически. Величина текущего расхода определяется системой по цифровому интерфейсу электромагнитного расходомера. Программное обеспечение StandWDK (далее ПО) сравнивает текущий расход с заданным (поверочным) и определяет ошибку установки расхода. По ошибке определяется частота вращения вала двигателя насоса. Частота вала двигателя прямо пропорциональна частоте питания трехфазного асинхронного двигателя.

Автоматизированная установка для поверки счетчиков воды имеет замкнутый цикл оборота воды. Насосным агрегатом вода подается через систему гибких шлангов к испытательному участку со счетчиками воды. На испытательном участке может поверяться до 10 счетчиков воды диаметром 15мм и до 8 счетчиков воды диаметром 20 мм. При поверке меньшего количества водомеров используются промежуточные вставки с Ду = 15 мм. При поверке счетчиков с Ду 15 мм, на входе и выходе испытательного участка ставятся переходники Ду 20/15.

На звездочку каждого водомера устанавливается инфракрасный датчик(ИД) узла оптического съема информации, который вырабатывает импульсы частотой пропорциональной скорости вращения звездочки. УОСИ анализирует частоту следования и пропуски импульсов. Пропуск импульсов может возникать вследствие препятствия на пути луча датчика УОСИ, поврежденной звездочки водомера, поврежденной механики водомера или не оптимальной установки ИД. УОСИ имеет встроенный регулятор коэффициента усиления сигнала с инфракрасного датчика для компенсации отличий отражающих поверхностей различных водомеров.

На выходе испытательного участка находиться манометр, вентиль и обратный клапан. Манометр предназначен для отображения давления при проверке гидравлической герметичности водомеров на испытательном участке. За вентилем расположен обратный клапан и электромагнитный расходомер «Взлет» с частотным выходом. Обратный клапан необходим для обеспечения бесперебойной работы расходомера. Расходомер «Взлет» используется как прибор для определения и задания расхода поверки. Для подключения расходомера к стенду используется частотный выход и цифровой интерфейс. По частотному сигналу расходомера определяется кол-во воды, пролитой за время одного пролива с точностью 1/1600 л. По цифровому интерфейсу считывается текущий расход, необходимый для регулятора поддержания расхода.

За стендом в правой стороне находиться стойка с весами. Весы оборудованы индикацией и клавиатурой. Информация о весе поступает в персональный компьютер по RS-232. На весах находиться бак для воды емкостью 72 литра. Бак имеет слив и перелив на отметке 73 литра. На сливе находится шаровой кран с электроприводом, управляемый ПО. На стойке с весами над баком установлен РПВ. Одно направление потока - в емкость для взвешивания воды, второе - в емкость для хранения воды. Команды управления поступают от ПК в устройство управления автоматикой стенда, которое управляет приводом РПВ. Привод распределителя потока воды имеет линейную зависимость перемещения от времени и перенаправляет поток за время меньшее, чем 100 мс. Для фиксации лотка РПВ в крайних положениях используется механический пружинный фиксатор.

B емкость для взвешивания воды встроен цифровой датчик температуры для пересчета массы воды в объем.

На входе испытательного участка после шарового крана 1 подключена система проверки герметичности водомеров (СПГВ). СПГВ создает давление до 30 атм.

Регулирование расхода осуществляется методом частотного управления двигателем насосного агрегата. Частотный преобразователь формирует 3-х фазное питание насосу с задаваемой регулятором частотой. Частота вращения вала насоса прямо пропорциональна частоте питающего напряжения. Расчет частоты производится регулятором расхода по пропорционально-интегральному закону управления:

Формула расхода

где ΔR=Rуст-Rтек;

Δt - период расчета частоты насоса (0,25сек);

kp - пропорциональная составляющая закона управления;

tu - интегральная составляющая закона управления;

Rуст - установка расхода. Задается регулятору расхода оператором/программой;

Rтек - текущее значение расхода. Определяется по интерфейсному выходу электромагнитного расходомера.

6. Выбор расходомера

Удовлетворяющим нас расходомером будет «Взлёт ЭР-У».

Расходомер-счетчик электромагнитный «ВЗЛЕТ ЭР» предназначен для измерения среднего объемного расхода и объема горячей и холодной воды, бытовых стоков, а также других не агрессивных электропроводящих жидкостей в широких диапазонах температур и проводимостей.

Основная сфера применения расходомеров «ВЗЛЕТ ЭР» в составе теплосчетчиков, измерительных систем, автоматизированных систем управления технологическими процессами в энергетике, коммунальном хозяйстве и т.д.

Расходомеры могут устанавливаться как в металлические, так и в пластиковые (металлопластиковые) трубопроводы. По заказу расходомеры могут быть настроены для измерения параметров реверсивного потока с выдачей сигнала направления потока.

Пределы допускаемой относительной погрешности расходомера при измерении, индикации, регистрации, хранении и передаче результатов измерения среднего объемного расхода, объема различных жидкостей для расходомеров при любом направлении потока в диапазоне расходов от 0,0067*Qнаиб до Qнаиб (коэффициент перекрытия диапазона 1:150) определяются по формуле:


𝛿 = ±(0.9+0.15/v),%

где 𝛿 – пределы допускаемой относительной погрешности;

v – скорость потока в трубопроводе, м/с.

Связь между скоростью потока v и расходом в трубопроводе Q определяется зависимостью:


v = Q/(2.83*10-3*Dy2)

где Q – средний объемный расход, м3/ч;

Dy – диаметр условного прохода, мм.

Для расходомеров пределы допускаемой относительной погрешности при любом направлении потока - 𝛿 = ± 2,0%.

Выводы

В рамках работы были рассмотрены принципиальные схемы стендов для поверки счётчиков воды.

Детально изучено строение стенда аналога на примере автоматизированной установки для поверки счётчиков воды АУПВ-15/20.

Выбран расходомер, не уступающий в погрешностях измерений стенду АУПВ-15/20 и соответствующий ГОСТу 8.156-86.

Магистерская работа посвящена актуальной научной задаче автоматизации и оптимизации получения данных при поверке бытовых счётчиков.

В рамках проведенных исследований выполнено:

  1. Выполнен обзор методов и средств контроля и анализа поверки бытовых расходомеров.
  2. Сформулированы технические требования на разработку структуры ЭС стенда.
  3. Разработана структурная схема и алгоритм функционирования стенда.
  4. Разработана принципиальная схема стенда.

Дальнейшие работа направлена на решение следующих задач:

  1. Расчитать возможные погрешности при считывании сигналов и предпринять возможные меры по их устранению.
  2. Разработка структурной и принципиальной электронной схемы для стенда.
  3. Обоснование и выбор элементной базы удовлетворяющей поверочному ГОСТу-8.156-86.
  4. Выполнение расчета экономической эффективности проекта.
  5. Проработать вопросы безопасности производства и охраны труда.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2023 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. ВИАД 2.833.002 ТУ. Счетчики холодной воды СХВ (СХВ-15, СХВ-15Д, СХВ-20, СХВ-20Д) и счетчики горячей воды СГВ (СГВ-15, СГВ-15Д, СГВ-20, СГВ-20Д). Технические условия.
  2. ГОСТ 2.729-68. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Приборы электроизмерительные.
  3. ГОСТ 2.770-68. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики.
  4. ГОСТ 50601-93. Счетчики питьевой воды крыльчатые. Общие технические условия.
  5. ГОСТ 8.156-83. Счётчики холодной воды. Методы и средства поверки.
  6. МП 4213-200-18151455-2001. Счётчики холодной и горячей воды ВСХ, ВСХд, ВСГ, ВСГд, ВСТ.
  7. Расходомер-счётчик электромагнитный «ВЗЛЁТ ЭР-У».
  8. Руководство по эксплуатации автоматизированной установки для поверки счётчиков воды АУПВ-15/20.
  9. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.