Многопараметрические датчики

Многопараметрические датчики позволяют сократить затраты на покупку и установку оборудования. К тому же возрастает общая надежность системы, поскольку используется меньшее количество преобразователей. По данным опроса, в среднем 22% всех датчиков являются многопараметрическими. Например, датчик массового расхода с поддержкой шины FOUNDATION Fieldbus измеряет четыре величины: давление, перепад давления, температуру и массовый расход (рис. 35). Использование одного универсального датчика снижает степень вмешательства в процесс, сокращает затраты на оборудование и установку. Данный прибор обеспечивает полностью компенсированное измерение потока, уменьшая погрешности, характерные для классических расходомеров. Для определения массового расхода измеряются давление и температура процесса, необходимые при вычислении в реальном времени всех параметров уравнения движения потока, включая плотность, вязкость, скорость, число Рейнольдса, бета-отношение, скорость набегающего потока, коэффициент расхода и коэффициент расширения газа.

Многопараметрический датчик массового расхода

Рис. 35. Многопараметрический датчик массового расхода

Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры Micro Motion. Принцип действия кориолисовых расходомеров и плотномеров

Кориолисовые расходомеры и плотномеры предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и взвесей. Все измерения выполняются в реальном времени. Какого-либо дополнительного оборудования для измерений не требуется. Выпускается 9 серий датчиков расхода (сенсоров) и 9 моделей микропроцессорных преобразователей, функциональные возможности которых отвечают самым различным требованиям. В текущем году была расширена продуктовая линейка сенсоров серии ELITE (CMF). Краткие технические характеристики моделей, приведенные в настоящем документе, позволяют сравнить различные модели сенсоров и преобразователей между собой. Кроме высокой точности и повторяемости результатов измерений, сенсоры кориолисовых расходомеров характеризуются низкой стоимостью эксплуатации. Сенсоры не накладывают особых требований по монтажу, не требуют прямолинейных участков или специального оборудования для формирования потока, в них нет движущихся деталей. Использование сенсоров Micro Motion позволяет почувствовать все преимущества оборудования, которое совсем или почти не требует технического обслуживания. Широкий набор преобразователей включает модели, сконструированные на основе MVD™ технологии (Multi Variable Digital цифровая многопараметрическая) и предназначены для установки в опасных зонах, требующих обеспечения взрывобезопасности, а также модели, которые интегрально монтируются на сенсоре. Преобразователи поддерживают коммуникационные протоколы HART®, Modbus®, Foundation™ fieldbus и Profibus. Кориолисовые расходомеры и плотномеры позволяют увеличить производительность и эффективность производства, а также экономическую эффективность предприятия Кориолисовый расходомер состоит из датчика расхода (сенсора) и преобразователя (рис. 36 а). Сенсор напрямую измеряет расход, плотность среды и температуру сенсорных трубок. Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию в стандартные выходные сигналы [11].

а. Принцип действия кориолисовых расходомеров [11]

Рис. 36 а. Принцип действия кориолисовых расходомеров [11]

Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные половины, протекающие через каждую из сенсорных трубок. Движение задающей катушки (рис. 36 б) приводит к тому, что трубки колеблются вверх - вниз в противоположном направлении друг к другу [11].

б. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

Рис. 36 б. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

Сборки магнитов и катушек-соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках (рис. 36 в). Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой. Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы, поступающие с детекторов, находятся в одной фазе (рис. 36 г) [11].

в. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

Рис. 36 в. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

Нет расхода

_ Сигнал выходного детектора _

Рис. 36 г. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь, приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой, т.е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки. Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное [11].

Сигнал выходного _ детектора _

Рис. 36 д. К принципу действия кориолисовых расходомеров

(фазовый сдвиг) [11]

Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости.

Детекторы измеряют (рис. 36 д) при движении противоположных сторон сенсорной трубки. Как результат изгиба сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе, так как сигнал с входного детектора запаздывает по отношению к сигналу с выходного детектора. Разница во времени между сигналами (ДТ) измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу (рис. 36 е). Чем больше ДТ, тем больше массовый расход. Соотношение между массой и собственной частотой колебаний сенсорной трубки - это основной закон измерения плотности в кориолисовых расходомерах [11].

е. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

Рис. 36 е. К принципу действия кориолисовых расходомеров [11]

В рабочем режиме задающая катушка питается от преобразователя, при этом сенсорные трубки колеблются с их собственной частотой. Как только масса измеряемой среды увеличивается, собственная частота колебаний трубок уменьшается; соответственно, при уменьшении массы измеряемой среды, собственная частота колебаний трубок увеличивается. Частота колебаний трубок зависит от их геометрии, материала, конструкции и массы. Масса состоит из двух частей: массы самих трубок и массы измеряемой среды в трубках. Для конкретного типоразмера сенсора масса трубок постоянна. Поскольку масса измеряемой среды в трубках равна произведению плотности среды и внутреннего объема, а объем трубок является также постоянным для конкретного типоразмера, то частота колебаний трубок может быть привязана к плотности среды и определена путем измерения периода колебаний. Частота колебаний измеряется выходным детектором в циклах в секунду (Гц). Период колебаний, как известно, обратно пропорционален частоте. Измерить время цикла легче, чем считать количество циклов, поэтому преобразователи вычисляют плотность измеряемой жидкости, используя период колебаний трубок в микросекундах Плотность прямо пропорциональна периоду колебаний сенсорных трубок [11].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >