АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
РАСХОДА 9
1.1 Анализ технического задания 9
1.2 Обзор аналогов 9
1.3 Обзор патентов 14
1.4 Описание принципа действия ультразвуковых преобразователей расхода 15
2 ВЫВОД МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ РАСХОДА 17
2.1 Принципиальная схема преобразователя расхода 17
2.2 Функциональная схема преобразователя расхода 18
2.3 Уравнения измерения преобразователя расхода с точки зрения
принципиальной схемы 19
2.4 Уравнения измерения преобразователя расхода с точки зрения
функциональной схемы 24
2.5 Модели погрешностей и их анализ 26
3 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ РАСХОДА 32
3.1 Акустическая камера: основные положения 32
3.2 Оценка чувствительности и диапазона измерения 40
3.3 Расчет конструкции проточной части преобразователя 45
4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
РАСХОДА 65
4.1 Акустическая камера 65
4.2 Мерный участок 67
4.3 Электронно-измерительный блок 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 74
ПРИЛОЖЕНИЯ
В современной промышленности для управления техническими процессами необходимо контролировать расход различных жидкостей. Для этого достаточно часто используются ультразвуковые расходомеры. В основном, они применяются для измерения расхода неэлектропроводных жидкостей и, прежде всего, нефтепродуктов, а также для измерения агрессивных сред. В ряде случае ультразвуковой метод измерения расхода является практически единственно возможным.
Развитие методов бесконтактного измерения расхода жидкости и газа обладает высокой значимостью в сфере производства, поэтому вопросы о повышении точности измерений также имеют достаточную актуальность на сегодняшний день. Точность можно повысить различными способами, одним из которых является внесение изменений в конструкцию расходомера, в частности изменение угла, под которым устанавливается преобразователь относительно мерного участка.
Целью работы является разработка конструкции акустической камеры и мерного участка ультразвукового расходомера.
Задачами работы являются:
• описание принципа действия ультразвуковых преобразователей расхода;
• вывод математической модели преобразователя, вывод уравнения измерений, модели погрешностей и их анализ;
• расчет основных элементов конструкции проточной части преобразователя расхода;
• разработка конструкции проточной части преобразователя расхода.
В результате анализа технического задания выбрана конструкция проточной части преобразователя для дальнейшего проектирования. В рассмотренных аналогах и патентах выявлены значительные недостатки, решение которых легло в основу дальнейших расчетов и конструирования. Изучен основной принцип действия ультразвуковых преобразователей расхода и их основные элементы.
На основе принципиальной и функциональной схем преобразователя расхода выведена математическая модель преобразователя расхода, а также уравнения измерений расхода газа. Приведена и проанализирована модель погрешностей измерений преобразователя расхода.
Изучены основные положения для конструкции акустической камеры, построена ее SD-модель и проведены статические исследования по влиянию факторов измеряемой среды на компоненты камеры.
Проведены оценки чувствительности и диапазона измерения преобразователя расхода. Дана оценка погрешности измерений преобразователя расхода, величина которой равна 0,211 %.
Проведен расчет основных элементов конструкции проточной части преобразователя расхода с установлением технических требований на особо ответственные компоненты, в частности акустическую камеру и мерный участок.
Проведены сравнительные аналитические расчеты параметров конструкции проточной части преобразователя с подтверждением оптимальности выбранных элементов. Также проведены сравнительные динамические исследования для течения измеряемой среды в трубопроводе, в результате которых было доказано уменьшение перепада скоростей примерно в три раза при использовании разрабатываемого мерного участка.
Была спроектирована конструкция проточной части преобразователя расхода газа. Разработаны и спроектированы такие составляющие ее части, как акустическая камера и мерный участок.
