книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

осуществлено с помощью автоматических преобразователей плотности газа различных систем и конструкций.

Для измерения плотности природного газа в основном ис­ пользуются преобразователи с ареометрическим телом (рис. 36) и с тонкостенным вибрирующим элементом (рис. 37). Ниже рассматриваются различные схемы преобразователей плотно­ сти газа.

Преобразователи плотности газа с ареометрическим телом.

Принципиальная схема преобразователя плотности с ареомет­ рическим телом и выходным токовым сигналом приведена на рис. 36. Принцип действия такого преобразователя основан на изменении выталкивающей силы, действующей на ареометрическое тело, при изменении плотности газа, в котором это тело расположено, и преобразовании этой силы в пропорциональ­ ное изменение выходного тока, необходимого для уравновеши­ вания системы.

Преобразователь содержит корпус 1, ареометрическое тело 2 в виде пустотелого шара, изготовленного из кварцевого стекла или металла и закрепленного на рычаге 3, узел сравне­ ния 4, усилитель 5 и компенсирующую катушку 6 для силовой компенсации. Рычаг 3 подвешен на пружинном подвесе 7.

При изменении плотности газа изменяется выталкивающая сила F, действующая на ареометрическое тело 2. По силе тока, подводимого к катушке 6 и необходимого -для уравновешива­ ния рычажной системы, можно судить о плотности газа.

101

Выходная характеристика рассматриваемого преобразова­ теля определяется равенством моментов сил М\ и M2t дейст­ вующих на плечи рычага 3, т. е.

компенсирующего усилия F; i — выходной ток преобразователя;

ного падения; р — плотность газа. Как видно из формулы (150), зависимость выходного тока i от плотности газа р линейна и проходит через начало координат.

Преобразователи плотности с ареометрическим телом имеют высокую чувствительность и точность. Недостатком этих пре­ образователей является необходимость их защиты от внешней вибрации и от загрязнения ареометрического тела.

Класс точности ареометрических преобразователей плотно­ сти лежит в пределах от 0,2 до 1 %.

Вибрационно-частотные преобразователи плотности. Высо­ кой надежностью и точностью обладают вибрационно-частот­ ные преобразователи плотности газа с тонкостенными цилинд­ рическими чувствительными элементами (рис. 37). Принцип действия этих преобразователей основан на зависимости соб­ ственных колебаний тонкостенного цилиндрического вибриру­ ющего элемента от плотности окружающего этот цилиндр газа.

Принципиальная схема вибрационно-частотного преобразо­ вателя плотности приведена на рис. 37, а. В сосуде 3 о газом, плотность которого необходимо измерить, помещен тонкостен­ ный цилиндр 4 из специального сплава. Внутри цилиндра 4 размещены катушки 1 и 2 , намотанные на магнитных стерж­ нях. Катушка возбуждения 1 служит для возбуждения меха­ нических колебаний стенок цилиндра 4. Механические колеба­ ния стенок цилиндра 4 изменяют магнитный поток приемной катушки 2 , в результате чего в ней наводится переменное на­ пряжение той же частоты, что и частота колебаний стенок ци­ линдра. Колебания стенок цилиндра 4 захватывают прилегаю­ щий слой газа, и, поскольку этот слой обладает определенной массой, частота механического резонанса при увеличении плот­ ности газа уменьшается. Таким образом, частота колебаний стенок цилиндра, а следовательно, и частота напряжения, по-

102

Рис. 37. Вибрационно-частотный преобразователь плотности газа.

а — структурная схема; б — зависимость выходной частоты от плотности газа.

ступающего на вход усилителя 5, характеризует плотность газа, окружающего чувствительный элемент.

Зависимость между плотностью газа р и выходной частотой fвых определяется формулой

разователя.

Выходное напряжение преобразователя, снимаемое с прием­ ной катушки 2, усиливается усилителем 5 и подается на ка­ тушку возбуждения 1 и на выход преобразователя по коак­ сиальному кабелю. Поскольку кагушка возбуждения / раска­ чивает чувствительный элемент на резонансной частоте, коле­ бания его стенок становятся незатухающими. В блоке выде­ ления сигналов 6 происходит выделение выходного напряже­ ния, так как напряжение питания подводится к преобразова­ телю по одному кабелю с выходным сигналом. Питание преоб­ разователя осуществляется от блока питания 7. Зависимость частоты выходного сигнала преобразователя от плотности газа показана на рис. 37, б.

Конструкция вибрационно-частотного преобразователя плот­ ности газа с цилиндрическим чувствительным элементом при­ ведена на рис. 38.

Преобразователь содержит цилиндрический чувствительный элемент 8 , электромагнитную систему 9 с катушкой возбужде­ ния 11 и приемной катушкой 10, корпус 7, фланец 5, обратный клапан 12 с шариком 13, магнитный фильтр 14, электронный блок 6 , вентиль 2, а также крышки 3 и 4.

103

Рис. 38. Конструкция вибрационно-частотного преобразователя плотности газа.

104

Глава 4

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ГАЗА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОБРАБОТКИ ДИАГРАММ РАСХОДОМЕРОВ

4.1. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДИАГРАММ

САМОПИШУЩИХ ПРИБОРОВ

При записи мгновенных расходов, давления и температуры газа на ленточных или круговых диаграммах как функций вре­ мени объем прошедшего через сужающее устройство газа или средние значения давления и температуры на заданное время могут быть определены путем планиметрирования указанных диаграмм.

При записи расхода газа или перепада давления на лен­ точной диаграмме в прямоугольных координатах (рис. 39, а) объем газа, прошедший через сужающее устройство за время t= t2—tu равный интегралу расхода за указанное время, про­ порционален площади фигуры ABCD, заключенной между кри­ вой расхода 1 , осью времени t и перпендикулярами к этой оси в точках, соответствующих времени ^ и t2 начала и конца цикла измерения.

(Tlpu записи расхода или перепада давления на круговой диаграмме в полярных криволинейных координатах объем га­ за, прошедший через сужающее устройство за время t, про­ порционален площади фигуры АтВСпА (рис. 39, б), заключен­ ной между кривой расхода 1, дугами времени 3 и 4 и окруж­ ностью 2 начального радиуса R0~)B случае, если кривая расхода замкнута (рис. 39, в), площадь кривой ограничивается общей дугой времени 2 .

Для нахождения площадей, ограниченных кривыми расхода, перепада давления, давления или температуры газа, записан­ ных в полярных или прямоугольных координатах, использу­ ются полярные планиметры с фрикционным интегрирующим роликом?) Указанные планиметры обеспечивают нахождение площади фигуры, ограниченной регистрируемой кривой, про­ порциональной интегралу записанного параметра по времени только при обводе полного периметра искомой площади. При записи параметра в прямоугольных координатах этот контур представляет периметр фигуры ABCDA, а для дисковых диа­ грамм—периметр фигуры АтВСпА.

Основные элементы планиметров. Основным элементом большинства планиметров является свободно вращающийся интегрирующий фрикционный ролик, перемещаемый по плоско­ сти, на которой укрепляется диаграмма с записанной кривой (рис. 40).

106

Рис. 39. Виды записей расхода на диаграммах.

а — на ленточных диаграммах в прямоугольных координатах; б и в — на дисковых диаграммах в полярных координатах.

Движение ролика вдоль интегрируемой кривой, как пока­ зано на рис. 40, а, можно представить как скольжение вдоль оси ролика О—0 { и качение его в направлении, перпендикуляр­ ном к этой оси. При движении вдоль оси О—Ot ролик не вра­ щается, а при движении перпендикулярно к оси — поворачи­ вается на угол <р, пропорциональный смещению ролика в этом направлении. Угол Лр поворота ролика вокруг оси О—Ох при движении ролика в направлении, образующем угол у с осью

угол у, то ролик повернется вокруг своей оси на долю оборота,

где D —диаметр ролика.

Выбрав для движения ролика механизм с двумя степенями

Для полярных координат, когда угол у и смещение роли­ ка I зависят от радиуса-вектора р и угла наклона радиуса-век­ тора а, имеем

где v — некоторая функция от р.

107

Таким образом, механизм ролика с двумя степенями сво­ боды обеспечивает нахождение интеграла некоторой функции записанной величины и, следовательно, позволяет определять площадь, ограниченную записанной кривой в прямоугольных или полярных координатах.

Интегрирующий ролик выполняется обычно в виде пло­ ского диска 1 (рис. 40, б), укрепленного на оси 2.

Ось 2 устанавливается в опорах вращения 3. Ролик имеет цилиндрическую кромку шириной A = 0,3-i-l,0 мм и закругления с обеих сторон радиусом /-К= 0,5-М,0 мм. Эта кромка необхо­ дима для предотвращения быстрого уменьшения диаметра ро­ лика вследствие износа. Закругления препятствуют поврежде­ нию плоскости, по которой скользит ролик.

В процессе интегрирования ролик обычно делает несколько оборотов. Для определения суммарного угла поворота, пропор­ ционального интегралу графически заданной величины, ролик снабжается счетным механизмом (рис. 40, в). Он содержит ролик 1, барабан 2, укрепленный на ролике, нониус 3, червяч­ ную передачу 5 и лимб 4. Барабан 2 имеет 100 делений, а но­ ниус— 10. Нониус позволяет определять тысячные доли обо­ рота. Лимб связан с осью ролика червячной передачей, имею­ щей передаточное отношение 1: 10. Диск лимба разделен на 10 частей. Таким образом, счетный механизм позволяет опре­ делять1 число оборотов ролика от 0 до 10 с погрешностью 1/1000 оборота.

108

4.2. ПОЛЯРНЫЕ ПЛАНИМЕТРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЛЕНТОЧНЫХ И ДИСКОВЫХ ДИАГРАММ

Принципиальная схема полярного линейного планиметра с интегрирующим роликом для обработки ленточных диаграмм, записанных в прямоугольных координатах, показана на рис. 41, а.

Такой планиметр содержит полюсную иглу 1, закрепляемую на плоскости в произвольной точке 0 и служащую центром вра­ щения полюсного рычага 3. Перпендикулярность иглы 1 к плоскости и устойчивость ее положения при работе обеспе­ чиваются с помощью полюсной шайбы 2. Противоположный

низм 5 и визир 7. Счетный механизм 5 с интегрирующим ро­ ликом 4 может перемещаться при настройке вдоль обводного рычага 6 . При работе он жестко закреплен на рычаге в выбран­ ном положения.

При обводе визиром 7 замкнутого контура MBDCM пока­ зания планиметра будут пропорциональны площади, ограни­ ченной контуром MBDCM, т. е. количеству газа, прошедшего через расходомер за время измерения.

Описанный принцип использован в отечественных полярных планиметрах типа ПП-2к, служащих для планиметрирования ленточных диаграмм, записанных в прямоугольных коорди­ натах.

При обработке дисковых диаграмм, применяемых для запи­ си перепада давления, давления и температуры газа, широкое применение нашли радиальные планиметры (рис. 41, б и в). Они обеспечивают нахождение площадей кривых, записанных на дисковых диаграммах в полярных координатах, определяе­ мых радиусом р и углом а. Для обработки диаграмм давления и температуры используются линейные планиметры, а для об­ работки диаграмм с записью перепада давления— корнеизвле­ кающие планиметры.

Линейный планиметр для обработки дисковых диаграмм (рис. 41, б) содержит обводный рычаг 2 с продольным пазом 3, счетный механизм 6 с интегрирующим роликом 5 и визир 4. Диаграмма накладывается на поворотный столик, в центре которого установлен штифт 1. В результате обвода кривой угол поворота ролика 5 вокруг его оси, отсчитываемый счетным ме­ ханизмом, пропорционален произведению ра. Движение ро­ лика 5 при перемещении визира вдоль графика функции p=f(a) можно представить как вращение по дуге МА и посту­ пательное движение из точки А в точку Мх.

Поскольку ось ролика 5 параллельна радиусу-вектору р, то при движении визира 4 из точки М в точку А ролик вра­ щается без проскальзывания, а при движении из точки А в точ-

109