Instalatii Volumetrice Si Gravimetrice Pentru Verificarea Contoarelor Si Debitmetrelor

C U P R I N S

1. Structura sistemelor de măsurare

1.1. Principiile structurale ale sistemelor de măsură

1.2. Structura de principiu a sistemelor de testare metrologică a debitmetrelor

2. Gama sortimentală de debitmetre testate

2.1. Aparate de măsurarea debitului

2.2. Aparate de măsurarea volumelor

2.3. Concluzii

3. Instalații volumetrice și gravimetrice pentru verificarea contoarelor și debitmetrelor

3.1. Considerații teoretice

3.2. Variante constructive ale instalațiilor pentru verificare metrologică și etalonarea debitmetrelor

3.3. Instalații volumetrice

3.4. Instalații gravimetrice

4. Sisteme de măsură adecvate testării debitmetrelor

4.1. Metode de măsură pentru nivele

4.2. Traductorul de nivel cu mercur

4.3. Prezentarea soluției

4.4. Memoriu de calcul

4.5. Detalii de proiectare și construcție

4.6. Cuprins planșe de proiectare și execuție

5. Metode de conducere cu calculatorul

5.1 Norme metrologice de verificare a aparaturii de măsurare debite și volume

5.2. Principiul metodei

5.3. Programe folosite în sistemele de testare a debitmetrelor

5.4. Comanda elementelor hidro-mecanice din cadrul sistemelor de testare

5.5. Achiziția și prelucrarea datelor achiziționate de la debitmetre

5.6. Utilizarea produselor software pentru testarea debitmetrelor

C A P I T O L U L 1

1. STRUCTURA SISTEMELOR DE MĂSURARE

Pentru asigurarea caracteristicilor de transfer ale instalațiilor de măsurare este importantă structura interconectării blocurilor de măsurare componente. Calitatea sistemelor de măsură depinde de calitatea prelucrării semnalului de măsurare și este determinată de tipul structural adoptat.

1.1. Principiile structurale ale sistemelor de măsură analogice

Principiul diferențial (structura paralelă) constă în utilizarea a doi receptori ai mărimii de intrare Xi (doi senzori), modulați în sens contrar în jurul unei valori a mărimii de intrare xio (punct de lucru).

Prin scăderea semnalelor de ieșire ale celor doi receptori xe1, xe2 caracteristica de transfer xe = f(xj) suferă următoarele transformări:

caracteristica de transfer este liniarizată.

sensibilitatea crește

influența perturbațiilor este redusă (mărimile de influență se presupune că acționează constant).

Materializarea principiului diferențial este structura paralelă în care doi receptori sunt legați în paralel; dacă funcția de transfer este: xe(xi) = f(ξ) + φ(Up) componenta perturbatoare atunci din cei doi receptori pentru ξ vom avea valorile:

ξ1= xio-xi pentru care xe1=f(xio-xi)+ φ(Up)

ξ2= xio-xi xe2=f(xio-xi)+ φ(Up)

scăzând xe2 – xe1 = f(xio + xi) – f(xio – xi)

în care componenta perturbatoare nu mai este prezentă.

În cazul particular al unui sistem cu funcție de transfer de ordin 2 (răspândit la sistemele electromagnetice) cu punct de lucru (xio) se poate scrie succesiv:

xe (ξ)=a0+a1ξ+a2 ξ2+ φ(Up)

cei doi receptori (senzori sau blocuri de măsurare) sunt modulați cu semnalele ξ1=xio- xi și ξ=xio+ xi cu xio+ct.

Mărimile de ieșire corespunzătoare sunt:

xe1 = a0 + a1 (xio – xi) + a2 (xio – xi)2 + φ (Up)

xe2 = x0 + a1 (xi0 – xi) + a2 (xio – xi)2 + φ (Up)

Semnalul diferență este:

xetot = xe2 – xe1 = 2(a1 + 2a2 xio) xi

care este funcție liniară și elimină componenta perturbatoare.

Graficul din Fig. 1.2 ilustrează evoluția semnalelor de ieșire înainte și după diferențiere.

Sensibilitatea individuală a receptorilor este în punctul de lucru:

ξ = xio

Sensibilitatea totală a sistemului de receptori:

care este dublul sensibilităților individuale.

Principiul compensării reactive (structură în buclă) constă în modularea și transmisia mărimii de ieșire xe dintr-un receptor și dirijarea în sens invers (față de sensul marimii de intrare xi), printr-un element de comparație ca variația mărimii de intrare xi să nu înceteze decât când |xe-xi|=0.

Principiul compensării reactive este materializat de structura de buclă (Fig. 1.3).

Ad factorul de amplificare al căii directe

Ai factorul de amplificare al căii inverse

Xk mărimea de ieșire din blocul de măsurare

Factorul de transfer global se calculează din ecuația

xe = Ad(xi – xk) dar xk = Ai xe

rezultă:

Dacă factorii de amplificare sunt mari atunci Ai » în final factorul de transfer devine liniar:

Aplicațiile directe sunt metodele de măsurare și amplificare directă cu compensarea manuală, cu compensare cu servomotor și cu compensare reactivă folosită în sistemele de măsură.

Principiul modulației (structrua în lanț) constă în transferarea unui semnal într-un domeniu de frecvență ωp în care perturbațiile nu îl mai influențează alterând măsurătoarea. Domeniul de transfer (adică frecvența purtătoare ωp) trebuie să îndeplinească condițiile:

să fie mult superioară armonicelor perturbatoare (ω)

să fie sub frecvențele radio (ωR)

ω « ωp < ωR

Fig. 1.4

Ad factor amplificare directă

ω frecvență inițială

ω p frecvență purtătoare

Fig. 1.4 prezintă schema echivalentă care ilustrează principiul modulației.

La punțile de măsurare – alimentare cu frecvența purtătoare se realizează o conversie a variațiilor de rezistență, de capacitate sau inductanță cu amplitudine modulată, după construcția acesteia.

Spre exemplificare se redă sistemul de conversie al variațiilor de rezistență (Fig.1.5).

Uo cos ωpt = tensiunea de alimentare

ωp = frecvența purtătoare

ωo=maximul tensiunii de alimentare

Ro = rezistența corespunzătoare tensiunii maxime

∆R = variația rezistenței

U = tensiunea de ieșire

Domeniul ales pentru frecvența purtătoare ω= 5*102 ..5*105Hz. Spre exemplificare se redă sistemul de conversie al variațiilor de rezistență.

Structura de lanț. Are specific că mărimea de intrare într-un element este mărimea de ieșire pentru elementul ce îl succede (Fig. 1.6).

Fig. 1.6

xi mărimea de intrare în lanț

xe mărimea de ieșire din lanț

Dacă elementele au caracteristică de transfer liniară, o caracteristică oarecare:

(xe)j = Cj + εj(xi)j j = l,2,…n

j=1,2,…n

iar sensibilitatea lanțului este:

j = 1.2,…n

Structura de sistem numeric. Se caracterizează prin faptul că poate conține elemente „inteligente", descentralizate, comunicând printr-o magistrală comună iar elementele periferice înserează un microcalculator de prelucrare a semnalelor.

Fig.1.7 arata succesiv evolutia unui senzor “inteligent”

(a) reprezintă variația analogică adaptată la cea numerică în care toate componentele funcționale, senzorul, prelucrarea, convertorul și microcalculatorul sunt dispersate

(b)și (c) reprezintă variante intermediare de integrare a componentelor în care microcalculatorul este distinct

(d) reprezintă varianta de integrare maximă a căror componente funcționale sunt reunite în sensul „inteligent".

Numărul valorilor de intrare DECELABILE cu un senzor și care determină un interval de variație indiferent dacă caracteristica este sau NU liniară. La o caracteristică liniară în care este determinată o eroare relativă erel, numărul valorilor de intrare (n) este:

Conținutul de informație utilă pentru o caracteristică liniară este dat de relația:

Exemplu: Pentru un senzor de presiune Hn are valorile:

4…6 bit fără corecția influenței de temperatură

8… 12 bit cu corecția de temperatură

Structura sistemelor numerice (fig. 1.8) face legătura între procesul de măsurare, microelectronică și operatorul uman determinând prelucrarea antropospecifică a semnalului:

Fig. 1.9 prezintă structura unui sistem microelectronic în care notațiile au următoarele semnificații:

S: senzor

UI: unitate de intervenție

PA: prelucarea analogică a semnalului

UE: unitate de ieșire

UI: unitate de intrare

C:calculator de conducere proces

mC: microcalculator

Datele procesului sunt captate prin senzori (S) și reglate prin regulatoare (UI) sunt prelucrare prin convertoare (A/N) și microcalculatoare (mC), după care sunt livrate în magistrala sistemului:

Operatorului uman îi sunt livrate după ce au fost prelucrate date prin display și afișate datele (UE) iar operatorul uman ajustează procesul prin reglaje analogice (UI).

Calculatorul de conducere al procesului (C) primește, analizează și operează cele două categorii de date.

1.2. Structura de principiu a sistemelor de testare metrologica a debitmetreior

Structura constructivă

Necesitățile de testare metroloică a debitmetrelor determină asocierea unor elemente de hard și soft pe principalele categorii de funcțiuni și care se constituie în final într-un stand de probă. Fig. 1.10 redă schema bloc a unui asemenea sistem în care se deosebesc subsistemele :

spațiu de montaj al probelor compus din:
M: obiectul de probă

E: etalonul de probă

F: sistemul de conectare hidraulică și mecanică al probei

sistemul de corecție periodică al etalonului C care conține sistemul electronic de măsurare volumetrică

sistemul electronic de prelucrare analogică convertire analogic – numeric compus din:

B.M: Blocul de prelucrare al măsurandului

B.E: Blocul de prelucrare a corecției periodice a etalonului

sistemul electronic de prelucrare numerică

PA: sistemul de achiziție de date

PC: calculatorul central

Imp: sistemul de editare al rezultatelor

sistemul auxiliar de circulare a fluidului de lucru compus din:
P: sistem pompare

Ri: rezervor măsurare volumetrică

RA: rezervorul de aspirație

Rq: rezervor de alimentare cu nivel constant

Dq: sistemul electrohidraulic de reglare proporțională a debitului

DEI: sistem vane comunicative comandate electric

Modul de circulație al informației

În principiu mărimea de intrare a sistemului este debitul Q = ct, asigurat de camera de nivel constant RQ, care este reglat de către DQ astfel ca să corespundă debitului de probă al obiectului de probă M;

Debitul Q străbate fără pierderi proba, etalonul și corectorul determinând trei semnale diferite

xM și xE sunt semnalele curent operaționale a căror diferență dă eroarea măsurandului | xE – xM |

xC este corecția etalonului iar diferența |xe – xC| dă corecția periodică a etalonului

Transmisia erorii în sistemul de achiziție permite comparația dintre eroarea curentă (i) și cea maximă admisibilă caracterizată de relația:

| xE – xM |i < | xFj – xM | admisă

Mărimea de ieșire (xi) este în principiu valoarea masurandului curent dar care funcție de variația mărimilor de influență poate fi asociată cu corecția de etalonare.

Cuplul elementelor de probă

Un tip de element de probă (M) dintr-o clasă de precizie eM determină

Un nivel al debitului de testare (Q)

Un tip de element etalon (E) care receptează debitul (Q) și are precizia:

εE < εM (M,Q,E)

Gradul de automatizare al sistemului de testare

Funcțiunile necesare testării probelor M în ansamblul sistemului:

Alimentarea cu probe și așezarea în poziție de montaj ale acestora f1

Fixarea și conectarea probelor f2

Setarea fazelor f3

controlul realizării condițiilor inițiale f31

reglajul debitului f32

controlul conformității datelor momentane cu cele rezultate de corecția periodică f33

Inițierea fazelor de testare f4

Stop testare f5

Printarea rezultatelor f6

Reluarea ciclului f7

Funcție de realizarea automată sau NU a unor funcțiuni se poate caracteriza gradul de automatizare al testării

Tip A: manual

Tip B: semiautomat în două variante principale

Tip C: automat

În tabelul 1.11 este redat corespondența dintre gradul de automatizare și funcțuini

Tabelul 1.11

– Realizarea fazelor f1 și f2 presupune asocierea sistemului de testare cu manipulatoare și sortatoare de elemente de probă, nejustificate în general chiar și la producția de masă. Existența fazelor f1 și f2 impune existența lui f7.

– În cazul testării în condiții de laborator varianta A este satisfăcătoare

– În cazul testării industriale poate fi adoptată una din variantele B cu preferința pentru semiautomat I.

C A P I T O L U L 2

GAMA SORTIMENTALĂ DE DEBITMETRE TESTATE

Din cupent etalon (E) care receptează debitul (Q) și are precizia:

εE < εM (M,Q,E)

Gradul de automatizare al sistemului de testare

Funcțiunile necesare testării probelor M în ansamblul sistemului:

Alimentarea cu probe și așezarea în poziție de montaj ale acestora f1

Fixarea și conectarea probelor f2

Setarea fazelor f3

controlul realizării condițiilor inițiale f31

reglajul debitului f32

controlul conformității datelor momentane cu cele rezultate de corecția periodică f33

Inițierea fazelor de testare f4

Stop testare f5

Printarea rezultatelor f6

Reluarea ciclului f7

Funcție de realizarea automată sau NU a unor funcțiuni se poate caracteriza gradul de automatizare al testării

Tip A: manual

Tip B: semiautomat în două variante principale

Tip C: automat

În tabelul 1.11 este redat corespondența dintre gradul de automatizare și funcțuini

Tabelul 1.11

– Realizarea fazelor f1 și f2 presupune asocierea sistemului de testare cu manipulatoare și sortatoare de elemente de probă, nejustificate în general chiar și la producția de masă. Existența fazelor f1 și f2 impune existența lui f7.

– În cazul testării în condiții de laborator varianta A este satisfăcătoare

– În cazul testării industriale poate fi adoptată una din variantele B cu preferința pentru semiautomat I.

C A P I T O L U L 2

GAMA SORTIMENTALĂ DE DEBITMETRE TESTATE

Din cuplul elementelor de probă (pct. 1.2.3) codificat cu „M" în schema bloc din Fig. 1.10, (componenta probată), este emitenta măsurandului xM care trebuie comparat cu mărimea emisă de etalonul de probă „E" care dă semnalul de ieșire xe.

2.1. Aparate de măsurarea debitului

A.Debitmetre electromagnetice

Al. Caracteristici generale

Seria MEIMAG fabricație MEINECKE, Fig. 2.1 funcționând pe principiul descris la paragraful 3.2.3 cap. 3, care are următoarele caracteristici:

– deschideri nominale: 25 la 1200 mm

– temperatură maximă a fluidului +95°C

– medii de lucru: – apă

– medii agresive

– precizie 0,5%
A2. Componență și construcție:

A.2.1. Senzorul (fig. 2.1a) tip MAG 3100 W este constituit din următoarele componente:

– electrozi tip AISI 316 Ti

– flanse de conexiune hidraulică DIN 2501

– căptușeala interioară: standard din neopren

– specială din EPDM (plastic de mare densitate)

A.2.2. Convertorul (Fig. 2.2b)

Este conceput în două mărimi și două variante de alimentare redate de Tabelul 2.3

Tabelul 2.3

A3. Variația erorii de măsurare cu viteza de curgere (Fig. 2.2)

În domeniul 0,1 …0,5 m/s eroarea de măsură se exprimă prin relația:

0,25 constantă de calibrare în procente

v viteza de curgere în m/s

dacă v = 0,1 m/s, 8 = 2,5%, iar dacă v = 0,5; 8 = 0,5%

În domeniul v0,5 eroarea de măsurare este .

În consecință domeniul de măsură al debitelor trebuie să fie cel superior vitezei de 0,5 m/s.

A4. Variația debitului (Q) cu viteza de curgere în debitmetru la deschiderile nominale între 25 și 1200 mm este redată de Fig. 2.3.

Curbele prezintă o pantă „m" de 318 • [mm2] secțiune echivalentă cu secțiunea corespunzătoare DN = 63 mm

A5. Condițiile de utilizare a debitmetrelor sunt:

Mediul fluid trebuie să aibă o conductivitate de: c > 5 mS/cm, ceea ce corespunde apei industriale care poate avea 6… 10 mS/cm.

Instalarea debitmetrului presupune ca la intrare conducta să aibă o porțiune dreaptă de min. 5 x DN.

B. Debitmetre cu ultrasunete

B. 1. Caracteristicile generale a debitmetrelor SONOFLO Danfoss Fig. 2.4:

are patru game de diametre nominale: DN 25…DN 80

DN 50…DN 300

DN 80…DN 2000

DN 400…DN 4000

gama de temperaturi în care lucrează:

în versiunea criogenică: -196°…+100°C

în versiunea normală: -50°…+160°C

sensul de parcurgere este indiferent

B.2. Componență și construcție

Sunt trei mărimi de senzori corespunzători la patru game de DN-uri redate de tabelul 2.5

Tabel 2.5

– semnalul de ieșire de tip analogic

– ce capacități măsurare are:

măsurare de debite volumice

măsurare de debite masice

măsurare de viteză de curgere

– montarea sursei de ultrasunete se face în 3 variante constructive ca în fig.2.6

(a) reprezintă varianta necapsulată montată pe corpul traductorului prin filet

(b) reprezintă varianta capsulată montată pe corpul traductorului prin fi anse

(c) reprezintă varianta capsulată montată pe traductori prin filet.

Convertorul prezentat în fig.2.7 se montează pe terminalul cu conectori al traductorului. Pe partea frontală are un display pentru citiri locale și butoane de ajustare cum ar fi:

Fig. 2.7

-resetare menu, mod de operare, conectarea modului de operare reglare convertor

– frecvențe utilizate funcție de nivelul de absorție al undelor
5 MHz pentru lichide cu absorție redusă (apă, alcool)

1 MHz pentru lichide cu absorție mare (hidrocarburi, glicerina)

– parametrii hidraulici

viteza lichidelor max 15 m/s

vâscozități dinamice peste 100cP

erori maxime de măsurare 1…2%

Aparate de măsurat volume

Echipamentele care pot măsura debite integrate pe domeniul timp sunt apte să determine volume:

A. Model constructiv cu elice orizontală existent în 3 variante

– simple iară terminale electrice WPH – K

– apt constructiv de a primi terminale WPHI – K

– echipat cu generator de impulsuri WPHI – IK

– se fabrică în două game de DN-uri 50… 1000 mm

– debitele nominale maxime pe cele 2 game 60…400 m3/h

– temperaturi funcționale apă rece max +30°C

apă caldă+130°C

Modelul constructiv cu turbină orizontală fig. 2.9

– se fabrică în 3 variante cu echipări identice cu contoare pct. A

– gama de deschideri nominale 50… 100 mm

– debite nominale 15…60 m /h

Contoare combinate Fig. 2.10 (Cod WPH – K + MNK)

Destinate să măsoare două game de debit pe același circuit și constă dintr-un montaj cu contoare în paralel separate de un ventil de comutare care acționează automat pe baza căderii de presiune.

Gama de deschideri nominale 50…150 mm

Gama de debite 30…300m3 h

Clasa de protecție IP 68

Fig. 2.10

Fig.2.11

Contoare pentru irigații Fig. 2.11 (Cod WI)

Gama de deshiceri nominale 50 – 200 mm

Gama de debite 30 – 450 m/h Codul după gradul de echipare: Wl – I echipat cu releu REED WI fără
Clasa de precizie: Clasa A ± 5%

Clasa A + B ± 3%

Contoare de apă monojet și multijet

Contoare monojet tip ET fabricație ZENNER (Fig. 2.12)
Fabricație în 4 variante două având generatoare de impuls

Diametre nominale 15 și 20 mm

Debite maxime 3 și 5 m3/min

Erori limită: – la apă caldă 3…5%

– la apă rece 2…5%

Temperaturi funcționare: – max apa rece +30°C

– max apă caldă +50°C

Contoare multijet tip MN, T fabricație ZENNER (Fig. 2.12) în fabricație sunt 9 tipuri pentru apă rece și 4 pentru apă caldă Caracteristicile sunt redate pe cele două tipuri de fluid în tabelul 2.14

Tabelul 2.14

2.3. Concluzii

La admiterea acestor tipuri de debitmetre și contoare în sistemul de testare preconizat este necesar să se țină seama de considerentele următoare:

Existența sau nu, a unui terminal electric, în paralel cu afisajul integratorului mecanic determină opțiunea pentru existența unui sistem senzoric de recepție:

– în cazul existenței unui generator de impulsuri se pune problema unui convertor apt să transforme impulsul într-un parametru convenabil ca natură și ca posibilitate de amplificare.

– în cazul inexistenței acestuia, necesitatea captării semnalului, (care, în general este o gradație de scală sau un număr în sistem zecimal), face necesară existența unor cititori optici.

Modul preconizat de conexiune mecanică și hidraulică a probelor este de cuplare prin flanșă plană cu contur cilindric.

În cazul când terminalele hidraulice ale aparatului de probat sunt de natura unor filete interioare sau exterioare este necesară o organologie intermediară de adaptare.

Precizia de construcție a aparatelor de proba trebuie sa fie caracterizată de erori medii ale mărimii de măsurat, mai mari decât ale posibilităților sistemului de măsură ale sistemului etalon de măsurare a debitului. Evaluarea preciziei necesare se face având în vedere un eventual mod de etalonare:

Volumic în vas cilindric cu raportul diametru – înălțime d/h = 10 și măsurarea înălțimii cu un sistem ultrasonic cu precizie 0,5%. Factorii care influențează volumul sunt: variația ariei secțiunii, variația înălțimii și variația temperaturii. Variația volumului va fi:

în care: δd = cδh c abaterea de concitate

Δa = (π/2)cdδh

B = 1,8 • 10-4 [1/○C]

Raportând calculele la Vo = 1 m3 erorile parțiale sunt:

δt ~ 10-3; δh = 10-3 , iar C = 10-3 (prelucrările fiind în cls. VIII de precizie)

Eroarea admisibilă a calibrării etalonului:

C A P I T O L U L 3

Instalatii volumetrice si gravimetrice pentru verificarea contorilor si debitmetrelor

3.1. Considerații teoretice

Aparatura de măsurare a debitului este practic necesară în orice sector industrial, deoarece nu se poate concepe producție fără cunoașterea consumurilor de aer comprimat, fluide de răcire, combustibil în vederea stabilirii prețului de cost al produselor, a randamentului diferitelor instalații și agregate, precum și pentru desfășurarea în condiții optime a proceselor industriale de fabricație prin asigurarea unei monitorizări automatizate și informatizate a parametrului debit

Dotarea cu debitmetre a diferitelor sectoare industriale este o necesitate obiectivă care implică existența la producătorii din domeniu și în laboratoarele metrologice de profil a unor instalații specializate pentru etatonarea și verificare metrologică periodică a acestora.

Referatul își propune o prezentare succintă a metodelor și principiilor metrologice de testare a debitmetrelor precum și a variantelor constructive adoptate pentru realizarea instalațiilor implicate de acestea.

Metode și procedee metrologice de testare a debitmetrelor

Principiul de măsurare utilizat în construcția echipamentelor pentru studiul comportării debitmetrelor este cel direct, având la bază determinarea directă a masei sau volumului de fluid de testare vehiculat prin debitmetrele supuse verificării metrologice și determinarea timpului aferent tranzitării acestora.

Pe baza acestui principiu s-au dezvoltat metoda gravimetrică și respectiv metoda volumetrică de măsurare.

Metodele de măsurare gravimetrice constau în determinarea greutății unei cantități de fluid ale cărui caracteristici fizico-chimice sunt riguros cunoscute. Demn de precizat, este faptul că, erorile cu care se determină respectiva greutate, în particular eroarea traductorului de greutate din componența instalației, influențează determinant eroarea de măsurare a echipamentului de verificare.

Traductoare de greutate

Traductoarele de greutate utilizate realizează măsurarea bazându-se pe :

echilibrul static al unui sistem de foițe

modificarea unui parametru electric al unei punți de măsurare

modificarea unui parametru mecanic al unui sistem elastic
echilibrat static

inducția unor tensiuni electromotoare.

Traductoarele de greutate care sunt aplicații ale metodei echilibrului static al unui sistem de forțe au în componență un sistem mecanic compus din grinzi cu zăbrele sau pârghii.

Masa de fluid velhiculată se determină prin evaluarea dezechilibrului sistemului de forțe. Evaluarea acestui dezechilibru se poate efectua optic sau electromecanic. Utilizarea uneia sau alteia dintre aceste modalități, caracterizează fiecare soluție constructivă de traductor în parte.

Traductoarele de greutate care sunt aplicații ale metodei modificării unui parametru electric, au în componență diverse elemente de circuit ( rezistoare, condensatoare, bobine ) la care se modifică valoarea unui parametru caracteristic ( rezistență, capacitate, inductanță ) în funcție de masa de fluid vehiculată.

Evaluarea modificărilor se efectuează electronic prin intermediul unor module specializate.

Traductoarele de greutate care sunt aplicații ale metodei modificării unui parametru mecanic, au în componență elemente elastice cu caracteristici determinate, la care se evaluează deformațiile produse de masa de fluid.

Evaluarea acestor deformații se face diferit de la o soluție constructivă de traductor la alta.

Traductoarele de greutate ce sunt aplicații ale metodei inducției electromagnetice, au în componență elemente de circuit în care se induc tensiuni electromotoare. Nivelul tensiunilor electromotoare induse este dependent de masa de fluid vehiculată, evaluarea acestora efectuandu-se prin intermediul unor module electronice specializate.

Metodele volumetrice sunt bazate pe principiul de măsurare directă a volumelor de fluid vehiculate. În general această determinare se face secvențial, modul în care se realizează partiționarea fiind specific fiecărei soluții constructive aferente traductorului de volum al instalației de testare.

Traductoare de volum

Traductoarele de volum utilizate pot avea în componență incinte calibrate în care se deplasează un piston antrenat numai de fluidul de lucru, când acesta acționează pe ambele fețe ale pistonului, sau de fluidul de lucru și un fluid auxiliar ( de obicei aer ), când pistonul este acționat pe o față de fluidul de lucru, iar pe cealaltă față de fluidul auxiliar.

În toate cazurile, incintele calibrate au forme cilindrice.

Gamele de diametre și de lungimi ale acestora variază în funcție de varianta constructivă. Distanțele pe care se deplasează pistonul, se determină cu ajutorul unor traductoare de deplasare care au în componență senzori de proximitate, rigle incrementale, sau traductoare de rotație care lucrează împreună cu tamburi de măsurare sau cu angrenaje tip pinion — cremalieră, toate acestea furnizând semnale unor blocuri electronice specializate de prciucrare și transmitere la distanță.

Traductoarele de volum ce echipează astfel de instalații pot fi și rezervoare calibrate ce comunică cu cilindri de sticlă gradați, care permit determinarea volumului etalon vehiculat prin traductorul testat, prin citirea poziției meniscului fluidului de lucru raportată la reperele riglei cilindrului.

Timpul aferent tranzitării debitmetrului verificat metrologic de volumul sau masa etalon este măsurat cu exactitate cu ajutorul unor cronometre electronice riguros sincronizate cu debutul și respectiv încheierea secvențelor parțiale de testare.

Pentru determinarea justeței indicațiilor debitmetrelor testate se procedează în modul următor:

– În cazul în care se verifică justețea indicației de debit se compară indicația debitmetrului verificat cu valoarea etalon dată de instalație. Această valoare poate fi indicația unuia dintre dcbitmctrclc etalon din dotarea standului ( debitmetre care suportă etalonări periodice realizate în regim automat de către instalația însăși) sau poate fi valoarea rezultată ca urmare a raportării volumului etalon de fluid de lucru vehiculat prin debitmetrul testat la timpul aferent respectivei tranzitări.

Verificarea este efectuată pentru cel puțin patru valori din gama debitelor de lucru a aparatului testat și anume:

– debitul minim

– de două ori valoarea debitului minim

– jumătate din debitul maxim

– debitul maxim

Pentru fiecare dintre cele patru valori de debit menționate se repetă testarea de minimum cinci ori.

În cazul in care se verifică justețea indicației valorii integrate a ebitului se compară indicația totalizatorului debitmetrului (contorului) cu valoarea etalon dată de instalație care, în acest caz reprezintă volumul etalon corespunzător secvenței curente de testare. Și în acest caz verificarea este efectuată pentru cel puțin patru valori de debit (cele deja amintite ), repetându-se verificarea de cel puțin cinci ori pentru fiecare dintre acestea.

Tendințe manifestate în prezent în domeniul fabricației instalațiilor destinate etalonării și verificării metrologice a debitmetrelor

Dintre obiectivele urmărite de producătorii importanți de astfel de instalații ( Endress+Hauser, Schlumherger, Krohne, McCrometer, RG&G, Yokogawa ) care practic sunt și lideri mondiali în producția de debitmelre, vom enumera:

– realizarea unor instalații care să implice costuri cât mai scăzute legate de verificarea metrologică și etalonarea debitmetrelor

realizarea metrologizării debitmetrelor în condiții cât mai apropiate de cele reale de lucru din punctul de vedere al fluidului, presiunilor și temperaturilor de lucru, precum și din punctul de vedere al modului de montaj

– reducerea perioadei de timp în care procesul tehnologic de fabricație este întrerupt pentru efectuarea verificărilor metrologice periodice sau reetalonărilor la care sunt supuse debitmetrele care echipează respectivele instalații

Aceste deziderate au condus la proiectarea unor echipamente cu gabarite mici care să permită transportul lor pe platforme mobile și care să poată fi cuplate rapid și facil direct la conductele pe care sunt montate debitmetrele ce urmează a fî verificate. Totodată, aceste noi echipamente sunt complet automatizate și informatizate, fapt care sporește eficiența procesului de metrologizare, oferind posibilitatea derulării pe respectivele instalații a unor cicluri de testare programabile. Gabaritul mic al instalațiilor moderne pentru etalonarea și verificarea metrologică a debitmetrelor face, de asemenea, ca laboratoarele de specialitate să nu mai implice necesitatea unor spații mari și a unor construcții costisitoare. Scade, totodată, numărul de operatori necesar efectuării verificărilor în condițiile creșterii nivelului profesional al acestora.

3.2. Variante constructive ale instalațiilor pentru verificarea metrologică și etalonarea debitmetrelor

Metodele metrologice de testare anterior prezentate se materializează în trei categorii de instalații pe care le vom prezenta în continuare. Este vorba de:

– instalații volumetrice pentru verificarea metrologică și etalonarea
debitmetrelor

– instalații gravimetrice pentru verificarea metrologică și etalonarea
debitmetrelor

– instalații mixte pentru verificarea metrologică și etalonarea
debitmetrelor

Fiecare dintre aceste instalații au particularități constructive care țin de:

– gama admisă a DN-urilor ce pot fi testate pe instalație și, implicit,
– gama debitelor de lucru ce pot fi realizate pe aceasta

– gama temperaturilor fluidului de lucru ce pot fi realizate de
instalație

– gama presiunilor de lucru ce pot fi realizate pe instalație

natura fluidului de lucru

– numărul debitmetrelor ce pot fi testate simultan

– gradul de automatizare și informatizare a instalației

Elemente constitutive ale instalațiilor pentru verificarea metrologică și etalonarea debitmetrelor

Deși, pornind de la cele precizate mai sus, aceste instalații pot să difere foarte mult din punct de vedere constructiv, putem regăsi totuși o serie de elemente constitutive comune multora dintre ele.

Pe acestea le vom enumera în continuare, prezentând pe scurt rolul lor funcțional în cadrul instalației. Astfel, deosebim:

– rezervoare de stocare

– rezervoare de măsurare

– pompe recirculare

– degazoare

– amortizoare de pulsație

– liniștitoare de curgere

– deviatoare de jet

– post de lucru

– transmitter-e de presiune, presiune diferențială, temperatură
– cronometre electronice timer-e)

– drosele reglaj debit

– electrovalve

– filtre

– supape unisens

– regulatoare de presiune

– placă de achiziție date și interfață serială VC

Rezervoare de stocare.

Rezervoarele de stocare sunt incinte ale căror capacități diferă de la instalație la instalație în funcție de DN-ul maxim care poate fi testat pe acestea. In aceste incinte este stocat fluidul de lucru.

Rezervoarele de stocare sunt prevăzute cu racorduri și dispozitive de umplere și golire, indicatoare de nivel și dispozitive de dezaerare, ele putând fi cu sau fără presiune.

Rezervoare de măsurare

Rezervoarele de măsurare sunt incinte ale căror capacități diferă, la rândul lor, în funcție de DN-urile testate, ele fiind riguros calibrate (în cazul instalațiilor volumetrice ), respectiv riguros tarate ( în cazul instalațiilor gravimetrice).

Pompe de recirculare.

Pompele de recirculare sunt pompe centrifugale cu turație reglabilă prin intermediul cărora este prestabilită grosier valoarea debitului de lucru. De obicei, pentru ca pompele să lucreze cu randament optim și fără pulsații, acestea sunt utilizate doar pentru un subinterval al gamei debitelor de lucru. Pentru acoperirea întregii game se utilizează practic un set de pompe.

Dispozitive de degazare ( degazoare )

Degazoarele realizează dezaerarea fluidului de lucru. Ele sunt astfel dimensionate pentru a fi eficiente pe întreaga gamă a debitelor de lucru realizate de instalație.

Amortizoare de pulsații

Amoitizoarele de pulsații au rolul de a înlătura variațiile de presiune și implicit de debit introduse în circuitul de măsurare de pompele de recirculare.

Liniștitoare de curgere

Liniștitoarele de curgere laminează tubul de curent înlăturând turbulențele introduse de elemente ale instalației, precum: grupurile de pompare, colurile și reducțiile conductelor și vanele inseriate pe acestea.

Deviatoare de jet

Deviatoarele de jet realizează comutarea rapidă a jetului de fluid de lucru între rezervoarele de măsurare și conductele de retur. Timpii de comutare trebuie să fie cât mai scurți pentru obținerea unei erori de măsurare cât mai mici.

Postul de lucru

Postul de lucru al instalației permite racordarea rapidă la aceasta a unei variate game tipodimensionale de debitmetre. In acest scop, acesta este prevăzut cu sănii deplasabile pe șine, dispozitive de ridicare ( rninimacarale ), racorduri mobile, lunete și adaptoare de fixare, dispozitive de strângere și ventile pentru dezaerarea și respectiv golirea fluidului de lucru din segmentul de încercare. Postul de lucru este prevăzut cu o cuvă colectoare racordată la circuitul de retur al instalației, el permițând, în funcție de DN-urile debitmetrelor testate racordarea simultană la instalație a mai multor aparate.

Transmitter-ele de presiune

Transmitter-ele de presiune servesc la monitorizarea și reglarea automată a presiunii din instalație ( lucrează împreună cu regulatoarele de presiune ) în scopul evitării variațiilor debitului de luciu pe parcursul secvențelor de testare.

Transmitter-ele de presiune diferențială

Transmitter-ele de presiune diferențială monitorizează căderile depresiune pe debitmetrele testate, aceste mărimi, valorile acestor mărimi fiind consemnate în buletinele de încercare.

Cronometre electronice ( timere )

Timer-ele măsoară cu exactitate durata secvențelor de testare în scopul obținerii cu cât mai mare acuratețe a valorilor etalon de debit anterior programate.

Drosele reglaj debit

Aceste drosele realizează în regim automat reglarea fină a debitului de lucru înaintea debutului secvenței de testare.

Electroventile

Electroventilele realizează direcționarea fluidului de luciu în cadrul instalației în funcție de etapa curentă a ciclului de testare.

Filtre

Filtrele au rolul de a purifica mediul hidraulic sau pneumatic, împiedicând pătrunderea impurităților în circuitul de măsurare sau circuitul de comandă ale instalației.

Supape unisens

Supapele unisens au rolul de a direcționa curgerea fluidului de lucru în curcuite

Placă de achiziție date și interfața serială cu PC

Aceste module electronice permit colectarea datelor furnizate de debitmetrele testate, transmitter-ele de presiune, temperatură și, respectiv, de traductorul de volum (masă) al instalației, codarea aparatelor testate în scopul

recunoașterii lor de PC-ul pe care rulează un software specializat care permite controlul sistemului de măsurare, calculul erorilor și editarea buletinelor de verificare metrologică.

Condiții generale impuse instalațiilor pentru verificarea metrologică și etalonarea debitmetrelor

Având în vedere elementele constitutive ale acestor instalații, vom evidenția în cele ce urmează o serie de condiții care trebuie satisfăcute de acestea:

Rezervoarele calibrate pot avea formă circulară sau paralelipipedică. Pentru confecționarea lor se utilizează tablă de oțel, care să nu se deformeze sub acțiunea presiunii hidrostatice sau a temperaturii.
Rezervoarele sunt protejate împotriva coroziunii. În cazul în care protecția este realizată prin vopsire, stratul de vopsea va fi bine aplicat și trebuie să reziste la variații de temperatură cuprinse între – 5°C și + 90°C. Rezervoarele se montează pe fundații, oferind posibilitatea controlului etanșeității
dispozitivului lor de golire. La montarea, lor se folosește firul cu plumb pentru a fi asigurată perfecta lor verticalitate, evitându-se astfel eroarea de determinare a volumului de fluid de lucru vehiculat prin traductorul verificat.

În cazul echipamentelor volumetrice cu cilindru sau tronson
calibrat și piston, trebuie asigurată o etanșeitate perfectă a acestora deoarece scăpările accidentale de fluid de lucru, determină diminuarea preciziei de măsurare a instalației. Totodată, garnitura care asigură etanșeitatea pistonului
nu trebuie să se deformeze în timpul deplasării acestuia, orice astfel de deformare atrăgând după sine scăderea preciziei de măsurare a instalației.

Toate elementele instalației trebuie să fie asamblate etanș, evitându-se astfel pierderile accidentale de fluid de lucru.

Diametrul conductelor echipamentului trebuie să fie egal cu diametrul nominal maxim ce se verifică pe instalație.

În zona bancului de lucru, conductele echipamentului trebuie să
aibă o porțiune rectilinie de cel puțin 10 diametre nominale de conductă în amonte și de cel puțin 5 astfel de diametre în aval de debitmetrele testate.

Postul de lucru al instalației trebuie să fie prevăzut cu toate
dispozitivele ce asigură o manevrabilitate ușoară a debitmetrelor testate, în vederea montării lor pe stand ( minimacarale, sănii ghidate pe șine, dispozitive versatile de fixare rapidă ).

Filtrele din dotarea echipamentului trebuie sa asigure puritatea
fluidului de lucru, astfel încât să fie eliminată posibilitatea apariției unor erori de măsurare cauzate de prezența impurităților în circuitul de măsurare.

Celelalte condiții care trebuie satisfăcute de instalația luată ca un tot unitar sunt menționate în continuare :

Echipamentele la care fluidul de lucru este vehiculat prin intermediul unor grupuri de pompare trebuie prevăzute cu degazoare performante ( bulele de aer introduse în circuitul de măsurare de pompe, conducând la scăderea preciziei instalației).

Instalațiile trebuie să asigure o temperatură constantă a fluidului
de lucru pe durata procesului de testare, existând suplimentar posibilitatea ca, în cursul prelucrării datelor în vederea obținerii buletinului de încercări, să fie realizate corecții cu temperatura, în cazul în care apar totuși fluctuații ale acesteia.

Trebuie ca instalațiile să asigure în circuitul de măsurare debite și presiuni ale fluidului de lucru care să rămână constante pe parcursul verificărilor, prin monitorizarea permanentă a acestora în scopul efectuării, în timp real, a corecțiilor necesare.

Echipamentul trebuie să permită evidențierea căderii de presiune
pe debitmetrul supus testării

Instalația trebuie să asigure testarea în condiții dinamice ( să fie
eliminate regimurile tranzitorii de curgere ce apar în general la debutul și sfârșitul secvențelor de testare ) a unei game tipodimensionale largi de debitmetre.

Blocurile de comandă ale diverselor elemente de acționare ale
instalației trebuie să fie caracterizate de fiabilitate ridicată.

Instalații volumetrice

Vom prezenta în continuare câteva variante constructive de astfel de instalații produse în țară și în străinătate

Instalație volumetrică cu rezervoare de măsurare calibrate, Institul Național de Metrologie București. SC Precizia București

• Institutul Național de Metrologic București are în dotare o instalație volumetrică de verificare metrologică și etalonare a debitmetrelor a cărui schemă de principiu este dată figura 2.3.1.1.

Figura 2.3.1.1.

Modul de funcționate al instalației este relativ simplu. Apa de la rețea este acumulată în rezervorul de nivel constant și este lăsată să curgă prin debitmetrele de testat, deschizând robinetul de acces către postul de lucru. Este de remarcat faptul1 că la acest echipament apa ajunge la debitmetrele testate prin cădere liberă, presiunea în circuitul de măsurare fiind constantă valoarea ei fiind depinzând de înălțimea la care este situat rezervorul de stocare RS al instalației în condițiile în care nivelul fluidului de lucru ( apa în cazul de față ) din respectivul rezervor este menținut constant pe parcursul derulării secvenței de testare.

Reglarea debitului de lucru se face de la două drosele , unul pentru reglaj grosier DRG celălalt pentru reglaj fin DRF. Pe perioada derulării procedurii de verificare fluidul de lucru trece prin debitmetreîe testate cuplate la instalație cu ajutorul unui racord fix RF și a unui racord mobil RM, în rezervoarele de măsurare calibrate RMC1, RMC2, RMC3, rezervoare care constituie totodată și traductorul de volum al echipamentului.

Rezervoarele de măsurare sunt umplute progresiv, iar citirea se face cu ajutorul unor rigle gradate montate în dreptul unor tuburi de sticlă care fac legătura între cele trei incinte.

Apa este recirculată prin intermediul pompei de recirculare PR.

Presiunea în amonte și respectiv în aval de debitmelrele testate este măsurată cu ajutorul manometrelor P pentru a determina căderile de presiune pe aparate.

Rezervoarele calibrate au capacități identice având valori de 100 l , 500 1 și 1000 1, pe acest tip de stand putând fi verificate și etalonate debitmetre cu diametre nominale cuprinse între 15 mm și 150 mm la o temperatură a apei de 20 ± 3°C. Debitul maxim ce poate fi asigurat de instalație este de 1500 l/minut presiunea de lucru este de 4 bar, iar eroarea tolerată de + 0,1%.

• Un alt tip de instalație volumetrică folosit pentru verificarea apometrelor este cel aflat în dotarea SC Precizia București. Schema de principiu a instalației este prezentată figura 2.3.1.2.

Apa adusă la echipament prin racordare directă la rețeaua de apă potabilă ( circuit deschis ) trece prin debitmetrul testat DT. Reglarea debitului de lucru se face grosier cu ajutorul pompei de recirculare și duzei D și fin, prin intermediul droselului de reglaj DR. Un indicator de debit ID, montat în paralel cu rezervorul de măsurare permite citirea valorii debitului. Apa ajunge în final în rezervorul de măsurare calibrat RMC, cate constituie practic traductorul de volum al instalației.

Cu rezervorul comunică un tub de sticlă TS, la care se anexează rigla gradată în litri RG. Acest ansamblu permite citirea volumului de apă existent în rezervor la un moment dat. Diferența dintre volumele corespunzătoare începutului și sfârșitului secvenței curente de testare constituie volumul etalon. Raportarea acestuia la timpul aferent vehiculării lui prin debitmetrul verificat metrologic conduce la aflarea valorii debitului etalon astfel încât făcând diferența între această valoare și indicația debitmetrului testat rezultă eroarea absolută a aparatului. În partea inferioară a rezervorului se află supapa de golire SG. Fixarea pe bancul de lucra a debitmetrelor supuse testării se face prin intermediul racordului fix RF, racordului mobil RM și a unui set de adaptoare.

Rezervorul etalon are o construcție metalică cu secțiunea circulară, pătrată sau dreptunghiulară. In cazul testărilor la debit maxim a debitmetrclor cu DN mai mare de 80 mm, se impune existența unui al doilea rezervor, a unui deviator de jet și a unui sistem de electrovalve, care să permită umplerea alternativa a acestora.

Figura 2.3.1.2.

Capacitățile rezervoarelor pot avea valori de 0,22 m3, 1,1 m3 și 5 m3 (rezervoarele cu aceasta capacitate se cuplează câte două în cazul în care se testează traductoare de volum având DN-uri mai mari de 80 mm).

Principalele caracteristici tehnice ale instalației sunt:

gama DN-urilor debitmetrelor verificate sau etalonate pe stand este cuprinsă între 20 mm și 150 mm

precizia standului este de ± 0,5%

temperatura fluidului de lucru (apa) este de 20 ± 3 °C

debitul maxim ce poate fi asigurat de stand este de 12 000 1/min

presiunea de lucru este de 6 bar

Instalații volumetrice mobile cu cilindru calibrat și piston, EG&G Instruments ( SUA )

In cele ce urmează vor fi prezentate trei variante de instalații realizate de firma americană EG&G Instruments. Este vorba de trei echipamente cu circuit închis la care comanda sistemului de măsurare este realizată electric sau pneumatic și care au drept traductor de volum un ansamblu format dintr-un cilindru calibrat cu piston și un traductor de deplasare care furnizează date privind poziția pistonului. Două dintre instalații realizează testarea secvențial, iar cea de a treia cvasicontinuu.

Instalație cu cilindru calibrat și piston, cu comandă electrică a sistemului de măsurare

Schema constructivă a acestei instalații este prezentată în figura 2.3.2.1. Cilindrul riguros calibrat din componența traductorului de volum TV al standului este realizat din oțel cromat sau oțel inox. În interiorul lui se deplasează un piston care are încorporate două supape unisens. Acționarea pistonului este realizată de servomotorul SM. Servomotorul are turație controlată și comandată de modulul electronic BCSM, el deplasând pistonul prin intermediul șurubului cu bile SB.

Poziția pistonului este permanent evidențiată de traductorul de deplasare TD ( în componența căruia intră traductorul de rotație TR și șurubul cu bile ), aflat în incinta etanșată CE. Când pistonul se deplasează către dreapta, fluidul este vehiculat prin debitmetrele testate DVM1, DVM2. După ce au străbătut zona postului de lucru, fluidul pătrunde în partea opusă a cilindrului, zonă care comunică permanent cu rezervorul de stocare RS. În vederea reinițializării procesului de testare, pistonul începe să fie deplasat de către servomotor spre stânga, timp în care supapele unisens menționate permit accesul fluidului de lucru în zona din dreapta a cilindrului calibrat, fiind pregătit astfel volumul de fluid destinat următoarei secvențe de testare.

Gama debitelor de lucru de lucru este obținută prin deplasarea cu viteza diferite a pistonului de către servomotor ( acesta având turație controlată, imprimă pistonului o viteză constantă pe întreaga durată a probei efectuate, fapt ce se traduce într-o valoare riguros constantă a debitului de lucru corespunzător respectivei viteze).

Figura 2.3.2.1.

În timpul procesului de testare sunt monitorizate presiunea și temperatura din circuitul de măsurare prin intermediul transmitter-elor de presiune P și de temperatură T care furnizează semnale electrice unificate în curent 4 – 20 mA, prin intermediul unei plăci de achiziție date și unei interfețe seriale, PC-ului instalației.

Standul are un gabarit mic, fiind ușor transportabil și necesitând pentru efectuarea verificărilor, doar cuplarea la rețeaua electrica. Pe PC rulează un software specializat, care permite controlul sistemului de măsurare și implicit derularea automată pe instalație a unor cicluri de testare programate, afișarea în timp real a unor rezultate intermediare, sau, la finalul testării, a rezultatelor analizei comportamentului debitmetrelor verificate, sub formă tabelară, grafică sau sub forma unor buletine de încercări.

Principalele caracteristici ale instalației sunt:

– precizia de măsurare: ± 0,05 %

– gama debitelor de lucru care poate fi realizată de instalație:

0,04 – 75 1 / min

0,19 -3751 /min

0,78 – 17001/min

– volumul maxim vehiculat la o cursă completă a pistonului:

16,71

46,2 l

110,51

– gama temperaturilor de lucru: 10 – 66 °C

– gama vâscozitaților cinematice fluid de lucru: 0,5 – 1000 cSt

– dimensiuni de gabarit: 3330 x 940 x 990 mm

– greutate: cea. 1000 kg

Instalație cu cilindru calibrat și piston, cu comandă pneumatică a sistemului de măsurare

Schema constructivă a acestei instalații este prezentată în fig. 2.3.2.2.

Și această variantă constructivă de stand, care va fi descrisă în continuare realizează vehicularea secvențială a volumului etalon.

Traductorul de volum TV al instalației este constituit dintr-un cilindru pneumohidraulic calibrat, în care se deplasează un piston acționat cu aer comprimat. Calibrarea cilindrului se realizează prin cântărirea precisă, în condiții de laborator, a volumelor de apă distilată corespunzătoare unor curse succesive ( cu lungimea de 5 mm) ale pistonului, derulate de-a lungul întregii curse active a acestuia. Cu această ocazie este materializată, prin intermediul unei facilități oferite de traductorul de deplasare, "zeroul" zonei calibrate a cilindrului. De asemenea sunt materializate capetele de cursă ale pistonului cu ajutorul a doi senzori de proximitate

Pistonul este perfect etanșat pentru a fi prevenite scurgerile accidentale ( între zonele pneumatică și hidraulică ale cilindrului ) cu o garnitură de cauciuc rezistent la acțiunea produselor petroliere ale cărei deformări pe parcursul deplasărilor pistonului sunt nesemnificative, ele neinfluențând precizia de realizare a volumelor etalon de către traductorul de volum al instalației.

Corpul cilindrului se va executa din oțel rezistent la coroziune ( oțel inox, cu coeficient mic de dilatare termică), pentru a avea stabilitate dimensională la variațiile de temperatură.

Figura 2.3.2.2.

Electrocompresorul EMC are posibilitatea reglării debitului de aer furnizat în circuitul pneumatic de comandă al instalației prin intermediul unui drosel pneumatic, în condițiile unei presiuni prestabilite a volumului de aer comprimat din rezervorul de acumulare .

Presiunea este indicată de un manometru cu contacte cuplat la acesta, care comandă totodată pornirea și oprirea electrocompresorului. Pornirea este comandată în momentul în care presiunea din rezervor scade până la o valoare care nu mai permite asigurarea debitului de aer reglat de drosel, dar asigură oprirea, în momentul în care presiunea din rezervorul electrocompresorului determină depășirea respectivului debit.

Filtrul pneumatic VP are menirea de a îndepărta eventualele impurități și de a decanta și separa apa existentă în fluxul de aer din circuitul pneumatic de comandă realizandu-se astfel protecția elementelor aflate în componența acestuia (cu deosebire a distribuitorului pneumatic).

Ungătorul pneumatic UP este cel care realizează lubrifierea aerului comprimat din circuitul de pneumatic de comandă prin pulverizarea la intervale regulate de timp a unor mici cantități de ulei în fluxul de aer ce-1 străbate, asigurând astfel distribuitorului și regulatorului pneumatic de presiune o funcționare corespunzătoare.

Regulatorul pneumatic de presiune RP asigură o valoare constantă a presiunii în circuitul pneumatic de comandă ( prin reducerea la o valoare limită prestabilită mai mică decât valoarea presiunii de intrare ), lucru de o importanță deosebită pentru menținerea unei valori constante a debitului fluidului de lucru în circuitul hidraulic de măsurare.

Distribuitorul electropneumatic DP este cel care comandă alimentarea cu fluid de lucru a zonei hidraulice a cilindrului calibrat, vehicularea volumului etalon prin debitmetrul supus testării DVM și asigură starea de repaus a sistemului pneumohidraulic ( corespunzătoare celor trei poziții de lucru ale sertarului distribuitorului).

Alimentarea cu fluid de lucru a cilindrului calibrat este realizată în momentul în care distribuitorul conectează perna de aer din partea superioară a rezervorului instalației cu sursa de aer comprimat și zona pneumatică a cilindrului, la atmosferă. În acest moment, sub acțiunea presiunii aerului, fluidul de lucru din rezervor intră în circuitul hidraulic de alimentare, parcurge filtrul hidraulic și supapa unisens, intrând în zona hidraulică a cilindrului, determinând astfel deplasarea pistonului către extremitatea dreaptă a acestuia. Alimentarea încetează în momentul în care senzorul de proximitate sesizează capătul de cursă al pistonului.

Semnalul unificat transmis de senzor, preluat ca dată de intrare de calculatorul de proces, prin intermediul plăcii de achiziție, determină comutarea sertarului distribuitorului pe poziția corespunzătoare conectării simultane la sursa de aer comprimat a pernei de aer a rezervorului și a zonei pneumatice a cilindrului ( moment în care sistemul este în repaus ).

Acum, echipamentul este pregătit pentru efectuarea unei noi testări. După stabilirea parametrilor de testare ( debit, temperatură, presiune de lucru ), calculatorul comandă trecerea sertarului distribuitorului în cea de a treia poziție, în care pema de aer din partea superioară a rezervorului este conectată la atmosferă, iar zona pneumatică a cilindrului, la sursa de aer comprimat. Aceasta determină deplasarea pistonului către extremitatea stângă a cilindrului, deplasare însoțită de vehicularea volumului etalon prestabilit de fluid de luciu, prin debitmetrul testat.

Starea de repaus a sistemului corespunde celei de a treia poziții a sertarului distribuitorului și anume, cea în care cele două zone mai sus amintite sunt cuplate la atmosferă.

Comanda sertarului distribuitorului este realizată de doi electro magneți acționați la momente prestabilite în cadrul software-ului specific ciclului de testare derulat.

Transmitter-ul de temperatură oferă în timp real informații despre variația temperaturii fluidului de lucru, pentru a putea permite efectuarea corecțiilor necesare. Transmitter-ul dă la ieșire semnal unificat în curent, prelucrat de placa de achiziție si ulterior furnizat o dată de intrare a soft-ului specializat rulat pe PC.

Transmitter-ul de presiune dă informații în timp real despre presiunea din circuitul hidraulic de măsurare în scopul efectuării unor eventuale corecții prin intermediul droselului de reglaj comandat electric DR.

Transmitter-ul de presiune diferențială are prizele de presiune în amonte, respectiv aval, de debitmetrul verificat. El determină căderea maximă de presiune pe acesta. Și transmitter-ul de presiune diferențială oferă la ieșire semnal unificat în curent 4 – 20 mA.

In postul de lucru ai standului regăsim următoarele componente :

– racord fix RF

– racord mobil RM

– cuple rapide și un set de adaptoare pentru racordarea
– debitmetnilui testat la circuitul măsurare, în condiții de
– perfectă etanșeitate

– cuvă colectoare a fluidului de lucru

Aceste elemente sunt proiectate astfel încât să asigure o manevrare facilă și sigură a traductoarelor verificate, în cursul operațiunilor de racordare sau de scoatere de pe instalație.

Regulatorul de debit cu două căi DR este racordat la circuitul hidraulic de măsurare în amonte de traductorul de volum supus testării, el având rolul de a menține constantă în aval valoarea prestabilită a debitului, fluidului de lucru (corespunzătoare etapei curente a programului de încercări.) în condițiile existenței unor variații de presiune în circuit.

Instalația are în componență două supape de sens unic SU

Prima dintre ele este amplasată în imediata vecinătate a locului de racordare a circuitului hidraulic de măsurare, la rezervorul pneumohidraulic al instalației și are rolul de a împiedica accesul fluidului de lucru în acest circuit pe durata alimentării zonei hidraulice a cilindrului calibrat.

Cea de a doua supapă unisens este amplasată în aval de filtrul hidraulic , în circuitul hidraulic de alimentare a cilindrului traductorului de volum al instalației, ea având rolul de a împiedica accesul fluidului de lucru în acest circuit pe durata procesului de testare.

Filtrul hidraulic FH este amplasat în circuitul de alimentare al instalației în imediata vecinătate a locului de racordare a circuitului în rezervorul de stocare pneumohidraulic. El are rolul de a purifica mediul hidraulic împiedicând pătrunderea impurităților în circuitele hidraulice ale

instalației.

Traductorul de deplasare TD al standului are la bază un traductor de rotație specific mașinilor de măsurare în 3 coordonate ( traductor incremental de rotație ), care preia mișcarea de rotație de la un pinion, ce angrenează fără joc la flanc cu o cremalieră. Traductorul de rotație se află amplasat pe o sanie, solidară cu tija pistonului traductorului de volum, care se deplasează pe două coloane de ghidare ( una dintre coloane este danturată, ea fiind cremalieră amintită mai sus ). Eroarea maximă de măsurare pe acest domeniu a traductorului de deplasare fiind de ± 0,02 mm.

Rezervorul de presiune pneumohidraulic al echipamentului stochează fluidul de lucru, având în partea superioară o pernă de aer. El trebuie să reziste la o presiune maximă de 12 bar, în condiții de perfectă etanșeitate. Este prevăzut cu trei prize, la care sunt racordate circuitele standului ( pneumatice și hidraulice).

De asemenea, rezervorul mai are prevăzute două prize necesare umplerii și golirii acestuia, în vederea schimbării fluidului de lucru.

Capacitatea rezervorului variază în funcție de DN-ul maxim admis de instalație și deci, implicit, de debitul maxim care este realizat pe stand.

Sistemul de control al instalației se bazează pe viteza de calcul a unui PC compatibil TBM, cuplat prin intermediul portului paralel și al unei interfețe seriale versatile IS cu circuitele de comandă și control descrise în continuare.

Semnalul de start este un semnal de ieșire, care comandă pornirea, respectiv oprirea acționării elementelor de execuție. Deoarece portul paralel generează un semnal TTL standard, este necesară separarea și amplificarea sa cu un circuit de tip "open coltetor" , realizat cu un tranzistor de tip NPN, pentru a putea fi folosit în acționarea unor circuite de curenți și tensiuni mai mari.

Semnalul de început de cursă de măsurare – semnal de intrare ce indică poziția pistonului în cilindrul calibrat, la momentul corespunzător începutului vehiculării volumului etalon prestabilit prin traductorul de volum supus testării.

Principalele caracteristici tehnice ale instalației sunt:

eroarea de măsurare : ± 0,05 %

presiunea maximă de lucru : 8 bar

domeniul temperaturilor de lucru : 15 – 50 °C

vâscozitatea cinematică maximă a fluidului de încercare
admisă de instalație : 10000 cSt

gama debitelor de lucru :

0,004 – 4 1 / min

0,01 – 10 1 / min

0,03 -501 / min

0,15 – 150 1 / min

0,4-4001/min

volumul maxim vehiculat la o cursă completă a pistonului:

2 l

6 l

12 l

30 l

100 l

Instalație cu cilindru calibrat și piston, cu comandă pneumohidraulică a sistemului de măsurare

Schema acestei instalații este redată în figura 2.3.2.3.

Instalația utilizează un circuit pneumatic în vederea realizării presiunii în circuitul hidraulic, și pentru comanda distribuitorului. Aerul pătrunde în instalație prin filtrul FP, ungătorul UP, regulatorul de presiune RP2, ajunge la distribuitorul pneumatic DP care comandă comutatorul hidraulic CH, la regulatorul general de presiune RP1 , și pătrunde în spațiul de deasupra fluidului de lucru aflat în rezervorul de stocare pneumohidraulic de presiune RPH. Un transmitter de presiune P emite semnale electrice unificate în curent proporționale cu presiunea din sistem.

Circuitul hidraulic are traseul: rezervorul RPH, pompa de recirculare PR, supapa unisens SU, filtrul hidraulic FH, comutatorul hidraulic CH, traductorul de volum al instalației TV, debitmetrul testat DVM cuplat la instalație în postul de lucru al acesteia prin intermediul racordului fix RF și racordului mobil RM și droselul de reglaj al debitului de lucru DR.

Aceasta determină schimbarea sensului de deplasare al pistonului, fluidul de lucru aflat în aval de el fiind forțat să se deplaseze către debitmetrul testat ajungând în final în rezervorul de stocare pneuniohidiaulic.

placă de achiziție date PAD, preia semnalele electrice unificate de la traductorul de deplasare al instalației, transmitter-ele de presiune P și temperatură T, precum și de la debitmetrul testat.

Un software specializat, rulat pe calculatorul de proces la care este interfațat standul prin intermediul serialei IS, realizează prelucrarea informațiilor oferite de placa de achiziție date și furnizează un buletin cu rezultatele testării traductorului de volum prezentate sub formă tabelară, grafică sau text.

Instalația, prezentată oferă următoarele avantaje :

posibilitatea de a efectua testări la diferite temperaturi ale
fluidului de lucru (temperaturi riguros controlate pe parcursul
verificării)

testarea debitmetrelor în condițiile vehiculării continue a fluidului de lucru prin postul de testare ( modificările debitului de lucru în zona de testare a circuitului hidraulic, la schimbarea sensului de mișcare a pistonului din componența traductorului de volum al echipamentului, nu influențează precizia de măsurare a echipamentului deoarece regimul perturbatoriu durează mai puțin de 250 ms, timp în care nu
mai sunt achiziționate date de pe echipament ) lucru care permite stabilizarea parametrilor specifici probei la care urmează a fi supus traductorul verificat înaintea testării propriuzise.

posibilitatea verificării unei largi game tipodimensionale de
traductoare de volum.

Principalele caracteristici tehnice ale acestei instalații sunt:

– precizia de măsurare: ± 0,05 %

– gama de vâscozități ale fluidelor de lucru: 0,5 – 1000 cSt

– gama temperaturilor de lucru: 10 – 66°C

– presiunea maximă de lucru: 10 bar

– gama de debite asigurată de stand: 0,02 – 500 1/min

Instalație volumetrică mobilă cu cilindru sau tronson calibrat și piston, cu racordare directă la instalația tehnologică, Smith Instruments ( SUA )

Plecând de la necesitatea testații debitmetrelor în condiții reale de lucru și, dacă este posibil, fără demontarea acestora de pe conductele instalațiilor tehnologice, s-a trecut la realizarea unor instalații mobile cu gabarite cat mai reduse care să poată fi inseriate pe respectivele conducte în aval de aparatele supuse verificării.

Au rezultat astfel standuri care permit verificarea metrologică a debitmetielor chiar în fluxul tehnologic, fapt care oferă posibilitatea unor testări și recalibrări foarte precise, cu costuri scăzute și foarte eficiente, în continuare vor fi prezentate două variante constructive de astfel de instalații produse de firma americană Smith Instruments.

Instalație volumetrică mobilă cu cilindru calibrat și piston, cu racordare directă la instalația tehnologică

O prima variantă constructiva este cea a cărei schemă de principiu este prezentată în figura 2.3.3.1.

Figura 2.3.3.1.

Racordarea echipamentului la instalația în care se află montat debitmetrul testat, se realizează prin intermediul prizelor de presiune de admisic PPA și evacuare PPE, la care acesta se flanșează în aval de traductor.

Practic, debitmetrul testat se află în serie cu traductorul de volum al standului TVS.

Fluidul care se vehiculează prin aparatul testat pătrunde în traductorul TVS, atunci când comutatorul hidraulic DH eliberează accesul spre acesta.

Din punct de vedere constructiv, acest traductor este un cilindru cu flanșe, calibrat, realizat din oțel inox, în interiorul căruia se deplasează un piston în condiții de perfectă etanșeitate.

În capetele acestui cilindru, se găsesc dispozitivele de amortizare DA1, DA2 a mișcării pistonului, care acționează în momentul când acesta ajunge la capetele de cursă. Pe tija pistonului se află montat un magnet permanent, ale cărui poziții corespunzătoare capetelor de cursă ale pistonului traductorului TVS, sunt sesizate de senzorii inductivi de proximitate SP, care transmit la distanță impulsuri TTL.

Atunci când se dorește testarea debitmetrului DVM, comutatorul hidraulic eliberează accesul fluidului de lucru spre pistonul traductorului de volum, pe care îl deplasează spre stânga. La capătul din stânga al cursei pistonului, semnalul transmis de senzorul de proximitate determină comanda, distribuitorului hidraulic, care comută accesul fluidului de lucru pe fața cealaltă a pistonului, deplasându-1 de această dată către dreapta. Comanda este dată de PC-ul instalației în baza software-ului specializat care rulează pe acesta, iar execuția efectivă a comenzii este realizată hidraulic, prin intermediul pompei PADII alimentată cu fluidul aflat în rezervorul R.

Cilindrul calibrat al traductorului de volum al instalației are diametrul interior de 200 mm. Standul este caracterizat de un gabarit mic, ceea ce permite montarea lui pe platforme mobile în vederea transportului și amplasarea sa în cadrul instalației tehnologice în spații puțin generoase.

Instalație volumetrică mobilă cu tronson calibrat și piston, cu racordare directă la instalația tehnologică

O a doua variantă constructivă de instalație este cea redată în figura Figura 2.3.3.2.

Instalația de verificare prezentată analizează comportarea debitmetruiui DT, în flux. cu fluid real de lucru. Racordarea standului h conducta pe care se află montat aparatul de testat, se face prin intermediul racordurilor A și B.

În timpul verificărilor , robinetul RBP este închis, ceea ce face ca fluidul de lucru să fie vehiculat prin standul de testare și apoi, să revină în instalația tehnologică.

Traductorul de volum al instalației TVS este constituit dintr-o conductă profilată cu interiorul calibrat, în care se deplasează un piston sferic. Pe exteriorul conductei sunt montați senzorii de proximitate SP.

Fluidul de lucru traversează debitmetrul testat, și se îndreaptă spre distribuitorul hidraulic DH. Robinetul RBP separă conducta principală în vederea devierii fluidului prin instalația de verificare. Distribuitorul hidraulic permite accesul fluidului de lucru din ramura de jos a traductorului de volum al ștandului în cea de sus, determinând astfel deplasarea pistonului sferic spre ieșirea din ramura superioară.

În momentul în care senzorul de proximitate detectează prezența pistonului sferic, distribuitorul special este comutat într-o nouă poziție de lucru, corespunzător căreia, după traversarea aparatului testat, fluidul de lucru pătrunde în traductorul TVS prin ramura superioară, producând deplasarea pistonului spre ramura inferioara.

În ambele situații, admisia fluidului în instalația de testare se face prin racordul A, iar evacuarea prin racordul B, acesta reintrând în circuitul normal.

Echipamentul are în componență o placă de achiziție a datelor, care primește semnalele de la: traductoarele de proximitate, traductoarele de temperatura T și de la debitmetrul supus testării. O interfață serială permite, interfațarea standului cu un calculator de proces, pe care este rulat un software specializat care realizează: prelucrarea datelor, corecția cu temperatura și afișarea rezultatelor testării în timp real, sub formă tabelară, grafică sau

textuară.

În general această instalație se utilizează pentru testarea în flux a debitmetrelor cu diametre nominale mai mari de 80 mm .

Instalația prezentată în figura 2.3.4.1. incorporează un rezervor cilindric plasat în interiorul unei cuve de aceeași formă. Spațiul inelar rezultat între cele două incinte se umple cu apă, glicoî, sau ulei.

Un rezervor întors cu fundul în sus, cunoscut în literatura de specialitate sub denumirea de "clopot" este plasat deasupra celor două incinte, peretele său aflându-se imersat în interstițiul inelar amintit. Rezultă astfel formarea unui balon de aer în interiorul clopotului.

Clopotul se poate deplasa pe verticală lin, practic cu frecări neglijabile și, ceea ce este deosebit de important, fără a introduce cădere de presiune clopotul fiind contrabalansat riguros pe durata deplasării sale prin intermediul a două contragreutăți. Astfel o contragreutate mare echilibrează greutatea clopotului; iar o contragreutate mică, agățată de un cablu petrecut peste o camă evolventică compensează variațiile de greutate ale acestuia cauzate de modificarea suprafeței sale imersate.

Caracteristica ce particularizează instalația la care facem referire este aceea conform căreia contragreutatea mare este la rândul ei imersată într-un rezervor de dimensiuni reduse ( îmbracă intim contragreutatea ) care este conectat hidraulic cu spațiul inelar în care translatează peretele clopotului. Contragreutatea este astfel dimensionată încât volumul de fluid dislocuit de ea să fie corelat în permanență cu volumul dislocuit de clopot în sensul în care deplasarea acestuia din urmă să nu determine variații ale nivelului lichidului din interstițiul inelar în care este imersat peretele clopotului, aceste variații traducându-se în erori de măsurare ale volumului de aer vehiculat.

Clopotul este un cilindru precis calibrat, astfel încât, deplasarea sa liniară este riguros proporțională cu volumul de aer înmagazinat.

Un traductor de rotație cu precizie ridicată are ca semnal de ieșire impulsuri al căror număr este proporțional cu unghiul de rotație al scripetului peste care este petrecut cablul de care este agățat sistemul clopot — contragreutate mare.

Partea de hardware a modulului electronic al echipamentului realizează sincronismul impulsurilor furnizate de traductorul de rotație cu un cronometru electronic de precizie în vederea obținerii unui număr întreg de impulsuri, corespunzător timpului aferent unei secvențe de testare.

Modulul electronic al instalației înglobează o interfață serială cu placă de achiziție date pentru preluarea semnalelor date de traductorul de rotație, debitmetrul supus verificării, cronometrul electronic și de la transmitter-ele de presiune și temperatură, permițând astfel cuplarea acestora cu PC-ul compatibil IBM din dotarea echipamentului.

Prin intermediul interfeței seriale se controlează sistemul de măsurare în cadrul unui software specializat care, suplimentar, permite înregistrarea și afișarea grafică, tabelară sau sub forma unui buletin de încercări a rezultatelor verificării metrologice a debitmetrului. Totodata, software-ul facilitează sortarea statistică a datelor memorate.

Principalele caracteristici tehnice ale instalației sunt următoarele:

precizia de determinare a volumului de gaz ( debitului ) ± 0,2% din
valoarea măsurată

domeniul de debite acceptat de instalație:

14-2841/min

114- 2840 1/min

volumul maxim ce poate fi tranzitat la o cursă a clopotului:
56,6 – 566,3 1

presiunea de lucru maximă: 50 mm col. H2O

domeniul admis al temperaturilor de lucru: 18 – 24 °C

dimensiunile de gabarit:

680x810x1630 mm;

1510x1510x3930 mm.
• greutatea: 91 kg sau 455 kg

Instalație de verificare a contoarelor de apă DN 50..150mm,produsă de firma MEINECKE A. G., Germania

Date de identificare și proveniență ale mijlocului de măsurare.

Instalația de verificare metrologică a contoarelor de apă, conform desenului din anexă se compune din:

-Vase etalon cu volume de 7000l,900l, 100l, (numerotate cu 1.,2., 3. în figură). Vasele de 900l si 100l sunt corespondente, realizând volume etalon de 1000l și 100l.

-Rezervor de stocare a apei (4.) cu capacitatea de 18000l

-Unitatea de pompare (5.) alcătuită din trei pompe cu următoarele date nominale:

P1N=30 kW D1n=400 m3/h

P2N=:7,5 kW D2N=90 m3/h

P3N=l,lkW D3N=10m3/h

-Masa de verificare care dispune de mai multe tronsoane detașabile și un cilindru hidraulic de strângere (13.) pentru a putea prelua și fixa contoarele de diferite dimensiuni nominale. Tronsoanele au și funcția de laminatoare de curgere (pentru eliminarea turbulențelor)

-Sistem de conducte ascendente ( 12. ) .

-Debitmetre magneto-inductive ( 9.,10.,11. ), cu ieșiri în semnal unificat (curent 4…20 mA) . Debitmetrele sunt de tipul MAG 3000 (montate pe conductele cu diametre nominale de 40 și 15 mm) și MAG 3100 (pe conducta cu diametru nominal de 150 mm). Debitmetrele au o eroare tolerata de ± 0,25 % din debitul instantaneu.

-Robineti de reglare a debitului ( 14.,15.,16.)

-Ventile de admisie (8.) și de evacuare a apei din instalație (6.,7.)

-Panoul de comanda a instalației (17.).

2.6.2.Date privind performanțele și caracteristicile tehnice garantate.

Instalația pentru verificarea contoarelor de apă, asigură verificarea metrologică în conformitate cu prevederile N.M.L. 3-03/1-94 și ISO 4064 și ISO 10385.

În continuare sunt prezentate erorile tolerate pentru diferitele tipuri de contoare:

Notă: În cazul verificărilor contoarelor de apă caldă (tip 1 și 2) cu apă rece erorile tolerate se normează astfel:

Eroarea efectivă de măsurare se determină cu relația :

E = (Vi – Vc) . 100 / Vc

unde : Vc = valoarea convențional adevărată a volumului debitat, exprimată în metri cubi.

Vi = variația indicației de volum a contorului de apa, exprimata in

metri cubi.

Incertitudinea maximă la verificarea contoarelor cu instalația MEINECKE este ± 0,2% pe tot intervalul de debit.

Erorile de măsurare ale contoarelor de apă se determină pentru cel puțin următoarele trei debite :

Intre qmin și l,lqmin

Intre qt și 1,1

Date privind construcția , funcționarea , modul de operare

Verificarea metrologică a contoarelor de apă.

-Indicații generale: cu ajutorul standului de probă Meinecke se pot verifica contoare de mărimi nominale între 50… 150 mm .

Conform normelor de metrologie legală, timpul minim de verificare, pentru debitul maxim ,caracteristic unui anumit tip de contor, trebuie să fie mai mare de un minut .La proiectarea standului în cauză s-a respectat integral aceasta prevedere.

-Principiul de realizare a verificării :

Contoarele de verificat se fixează cu ajutorul unui cilindru de strângere (13.) acționat hidraulic cu apă la o presiune de 5 bar .

Numărul de contoare ce se pot verifica simultan este :

4 X DN 50

3X DN 65/80/100/125

2X DN 150

Unitatea de pompare (5.) absoarbe apa din rezervorul de stocare (4.) prin una din cele trei pompe (în funcție de debitul dorit) pompând-o pe conducta ascendentă (12.), prin contoarele de verificat montate pe masa de probă, în vasul etalon corespunzător tipului de verificare din program .

Se pot efectua trei tipuri de verificări:

-o verificare la 7000 1

-o verificare la 1000 1 prin cumularea conținutului rezervoarelor de 900 și 100l.

-o verificare la 100 l, utilizându-se numai rezervorul mic .

Timpii de verificare (inclusiv timpii de pregătire și prelucrare a datelor ) la cele trei debite impuse de normele de metrologie sunt:

pentru 4 contoare DN 50 :

apă rece – 20 min

apă caldă – 15 min

pentru 3 contoare DN 65 :

apă rece – 14 min

apă caldă – 16 min

pentru 3 contoare DN 80 :

apă rece – 17 min

apă caldă – 18 min

-pentru 3 contoare DN 100 :

apă rece – 17 min

apă caldă – 20 min

pentru 3 contoare DN 125 :

apă rece – 17 min

apă caldă – 16 min

la 2 contoare DN 150 :

apă rece – 16 min

apă caldă – 15 min

Sensibilitățile scalelor de verificare corespunzând fiecăruia din cele trei vase sunt:

la vasul de 70001: S = ∆l/∆V = 0,132 cm/l

la vasul de 900+100=1000 1: S = ∆l/∆V = 0,77 cm/l

la vasul de 1001: S = ∆l/∆V = 7,7 cm/l

Reglarea debitului dorit, corespunzător punctului la care se face verificarea se face din robineții 14/15/16

După umplerea vasului la nivelul corespunzător tipului de verificare efectuat, curgerea apei prin contoarele de verificat către vasul etalon este oprită automat printr-un sistem de ventile acționate pneumatic cu aer la o presiune de 6 bar. Nivelul apei în vasul etalon este sesizat cu un senzor de proximitate , montat pe rigla vasului.

Pentru verificarea contoarelor, se citesc indicațiile inițiale (înainte de verificare) și cele finale (după verificare). Se compară diferența acestor indicații cu volumul înscris pe scala vasului etalon . Se calculează eroarea conform punctului 2. și se verifică dacă aceasta se încadrează în limitele admise de normele de metrologie legală.

Pentru a măsura debitul pe tot parcursul efectuării verificării, pe conductele ascendente (12.) sunt montate trei debitmetre magneto-inductive (9.,10.,11.).

După terminarea verificării, apa din instalația de verificare este deversată în rezervorul de stocare (4.) prin comanda unor ventile (6.,7.) aflate la partea inferioară a vaselor etalon . Verificarea golirii rezervoarelor se face vizual.

Apa din tronsonul de verificare se elimina prin intermediul unei cuve aflata sub masa de probă și apoi printr-un ventil de evacuare.

Comanda acționării pompelor, ventilelor, clapetelor și cilindrului de strângere se face electric din panoul de comandă al instalației. Comanda presupune o succesiune de etape ierarhizate astfel încât să existe o corelare între pompa de alimentare și vasul etalon corespunzător debitului nominal de apă ce trece prin instalație și de asemenea să nu permită accesul apei prin instalație înainte de fixarea definitivă a contoarelor de verificat cu ajutorul cilindrului de strângere și asigurarea unei etanșeități la 1,5 bar.

Instalația dispune de sisteme proprii de alimentare cu apă și aer sub presiune (hidrofor de 5 bar și compresor de 6 bar ) și de sistem de evacuare a aerului din conducte. De asemenea instalația mai dispune de un sistem de protecție la deversare. Prin construcție sunt îndeplinite toate măsurile necesare de protecție a muncii.

DESEN STAND PE LANDSCAPE

3.4.Instalații gravimetrice

Instalație gravimetrică cu încălzirea fluidului de lucru, SC Fast Eco București figura 3.4.1.

Fig.3.4.1

• Două rezervoare de stocare pentru apa caldă RS1, RS2, din oțel inoxidabil, având fiecare câte 5 m3, prevăzute cu racorduri de umplere și golire, indicatoare de nivel și completare automată. Apa din retur este liniștită de dispozitive speciale

• Un schimbător de căldură SCI, tubular, din oțel inoxidabil pentru încălzirea, apei de încercare

• Un schimbător de căldură cu plăci SCR, pentru răcirea apei de încercare recirculate

• Filtre de impurități intercalate în conductele de absorbție

• Pompe de recirculare:

pompă centrifugă 450 m3/h, H = 40 m, turație reglabilă ( P3)

pompă centrifugă 20 m3/h, H = 60 m, turație reglabilă ( P2)

pompă centrifugă 0,8 m3/h, H = 50 m, turație reglabilă ( P1)

pompă de recirciilare încălzire 29 m3/h, H = 10 m ( PI )

Toate pompele sunt din oțel inoxidabil, respectiv din materiale

rezistente la coroziune.

Tuburile și armăturile sunt din oțel inoxidabil, clapetele sunt placate

cu material rezistent la coroziune. Având în vedere debitele mari, sistemul de tubulatură se realizează din tuburi de diametre nominale între DN 200 și DN 300.

Banc de lucru

Electroventile de dirijare fluid încercare

Ventile de reglaj din inox pentru stabilirea presiunii în bancul de
încercare

Dispozitive de degazare DD1, DD2 și liniștitoare de curgere din
oțel inoxidabil.

Debitmetre electromagnetice ca etaloane secundare, produse de
firma germană Krohne: DE1, DE2, DE3, DE4

Cântare CI, C2 ca etaloane primare ale căror terminale sunt
prevăzute cu interfață serială pentru comandă automată:

cântar Mettler Multirange KC 300, 5 – 300 kg și cu rezoluția
de 2 g

cântar Mettler Multirange KE 5000, 300 – 5000 kg și cu
rezoluția 100 g

Rezervoarele aferente celor două cântare RC1, RC2, pot fi
evacuate automat fiind prevăzute cu indicatoare de nivel N și având
posibilitatea de deconectare de avarie la supraumplere.

Deviatoare de jet DJ1, DJ2, pentru comutarea rapidă a debitului în rezervoarele de cântărire ( timpul de comutare este mai mic sau egal cu 50 ms, iar momentul de comutare este ajustabil prin software și nu influențează măsurarea debitului)

Transmitter-e de temperatură T cu senzori Pi 100, clasa 1 având
următoarele puncte de măsurare a temperaturii:

• în rezervorul de stocare

• la intrarea în bancul de încercare
• la ieșirea din bancul de încercare

Transrnitter-e de presiune P cu domeniul de măsurare până la 10
bar, rezoluție 0,1 bar

• în rezervorul de presiune

• la intrarea în bancul de încercare

• la ieșirea din bancul de încercare

Interfețe de încercare pentru debitmetrele testate cu semnal de
ieșire electric

Senzori magnetici pentru detectarea rotirii cuplajelor magnetice
la debitmetrele fără semnal electric de ieșire

Modul de comandă și reglaj a sistemelor de măsurare;

Tablou de distribuție pentru comandă, pompe, acționări electrice
și convertoare de frecvență

Placă achiziție date PAD și interfață serială IS

Software pentru comandă liber programabilă

PC compatibil IBM:

• memorie principală 4 MB

• harddisk 200MB

• unitate floppy-disk 1,4 MB
• monitor color

• imprimantă

Software pentru funcționare complet automată, analiză și editare
buletin de încercări

Terminal portabil TP pentru introducere date de la bancul de lucru

Cele două rezervoare de stocare RS1, RS2, sunt rezervoare fără presiune, fiecare având câte 5 m3 volum brut.

Unul dintre ele servește ca rezervor de retur, în care, datorită dispozitivelor încorporate are loc o liniștire și o dezaerare a apei care se întoarce. Apa pătrunde în al doilea rezervor de unde este absorbită din nou de pompa circuitului de încercare.

Nivelul de apă din rezervor este controlat de un indicator magnetic de nivel N. Dacă nivelul scade sub o valoare minimă, are loc o oprire de avarie a instalației. Completarea nivelului se face automat prin ventilul de alimentare; de fiecare dată când ventilul rezervorului de cântărire este deschis și instalația este oprită, deci întreaga cantitate de apă din instalație se găsește în rezervorul de stocare, se produce umplerea instalației până la nivelul prescris.

Încălzirea apei de încercare se face de schimbătorul de căldură tubular din oțel inoxidabil SCI. Într-un circuit separat de încălzire apa din rezervorul de stocare este recirculată în permanență prin schimbătorul de căldură. În acest fel se realizează o distribuție de temperatură, cât se poate de omogenă în rezervoarele de stocare.

Cu ajutorul schimbătorului de căldură cu plăci SCR temperatura apei poate fi coborâtă rapid în caz de nevoie.

Un circuit independent de reglaj aduce în permanență temperatura, după pornirea instalației, la valoarea prestabilită. Pornind de la un regim de așteptare ( standby ) este posibil să se selecteze un moment de pornire a încălzirii, astfel ca la începerea lucrului temperatura să fie acum la valoarea de

regim, necesară.

Un circuit propriu de încălzire complementară alimentează din schimbătorul de căldură tubular cu apă adusă la temperatura dorită manșoanele de încălzire ( MI1, MI2, MI3 ), astfel ca la debite mici să se evite răcirea conductelor și a fluidului de lucru (apa).

Debitul de lucru se realizează cu ajutorul uneia din cele 3 pompe centrifugale de recirculare P1, P2. Pompele au turație reglabilă prin intermediul unui convertor de frecvență.

Debitul prin pompă se stabilește astfel ca pompa să funcționeze în domeniul ei de randament optim, pentru a lucra pe cât posibil fără pulsații. În plus, sunt prevăzute dispozitive de degazare și un liniștitor de curgere.

Cu ajutorul unor electroventile reglabile la ieșirea bancului se poate stabili în bancul de încercare o anumită presiune în domeniul 0,5 – 3 bar.

După stabilirea debitului se procedează la un reglaj fin al poziției ventilului și se măsoară presiunea la intrarea bancului și de aici se determină punctul de funcționare optim al pompei de reciclare.

Bancul de încercare este conceput ca banc serie. S-a pus accentul pe asigurarea unor condiții de curgere fără perturbații și a unor parcursuri suficient de lungi pentru liniștirea fluidului.

Scheletul bancului de încercare este confecționat din țevi profilate, zincate prin pulverizare, grunduite și acoperite cu vopsea iar îmbrăcămintea bancului este confecționată din foi de tablă detașabile, din oțel inoxidabil.

Lungimea liberă de prindere a bancului de încercare este de 5000 mm.

Atât la racordul de intrare, cât și la cel de ieșire al standului se află schimbătoare de căldură tubulare (manșoanele de încălzire MI1, MI2, MI3).

Racordul de intrare RI este fix, racordul de ieșire RM este prevăzut cu un dispozitiv de strângere pneumatică cu deplasare axială. Racordurile de intrare și ieșire au manșete de încălzire pentru a se putea regla temperatura în zona bancului de încercare prin intermediul sistemului de încălzire complementară, în acest scop în banc fiind dispusă o conductă de tur și una de retur a sistemului de încălzire complementară, prevăzute cu conectoare adecvate.

Cursa de strângere este de 300 mm. Strângerea se face pneumatic, putând fi selectată una din 3 trepte de forță de strângere. Forța de strângere se adaptează la presiunea din banc, astfel că la creșterea presiunii crește și forța absolută de strângere.

Pentru montarea adaptoarelor necesare cuplării debitmetrelor testate, sunt prevăzute suporturi deplasabile pe șine de ghidaj și glisiere deplasabile din oțel inoxidabil. Pentru adaptoarele de diametre mici până la DN 50 se așează suplimentar pe suporturi niște lunete în care se introduc adaptoarele. Adaptoarele de diametre de până la 150 mm se așează direct pe suporturi.

O cadă din oțel inoxidabil pe toată lungimea bancului servește la colectarea apei scurse.

Segmentul de încercare poate fi acoperit cu o capotă transparentă.

Pe bancul de încercare sunt disponibile conectoare pentru interfețele de încercare.

La intrarea, respectiv ieșirea bancului de încercare se măsoară atât temperatura, cât și presiunea.

Dezaerarea și golirea de apă a segmentului de încercare se fac cu ajutorul ventilelor de dezaerare, respectiv de scoatere a apei.

Ca etaloane secundare sunt prevăzute 4 debitmetre ( DE1, DE2, DE3, DE4) electromagnetice cu căptușeală din corund sinterizat și electrozi de platină.

Debitmetrcle electromagnetice ( MTD ) sunt dispuse vertical, pentru a se evita depunerile din apă pe electrozi. Frecvența de ieșire destinată integrăii debitului este de pană la 10.000 Hz.

Debitmetrele sunt dispuse eșalonat, astfel că este posibil un control reciproc în domeniul de tranziție. Porțiunile de intrare au lungimi de 10 D, iar cele de ieșire 5 D ( D fiind diametrul nominal al conductei pe care se montează debitmetrele etalon).

Ca etalon primar se utilizează două cântare electronice CI, C2, cu rezervoarele de cântărire aferente RC1, RC2, riguros tratate. Cântarele au compensare de forță, ele fiind produse de firma Mettler și funcționând în regim High-Range.

Dacă se ridică curbele de calibrare a cântarelor, datele pot fi stocate în memoria calculatorului și utilizate la determinarea cu mai mare exactitate a valorilor măsurate.

Pentru determinarea erorii etaloanelor secundare, debitul se comută rapid cu ajutorul unor deviatoare de jet DJ1, DJ2, spre rezervoarele de cântărire. Comportarea în regim de comutare a deviatoarelor de jet constituie un criteriu esențial pentru incertitudinea de măsurare a instalației. Acestea funcționează pe principiul jetului secționat și ca sistem complet închis poate fi utilizat și pentru apă caldă.

Deviatorul de jet are în componență camere colectoare cu pereți despărțitori radiali. Unele din camerele de colectare se evacuează direct în rezervorul de cântărire, celelalte au un retur comun spre rezervorul de stocare. De la o placă rotativă cu duze, jeturile duzelor ajung fie în sistemul de camere ale rezervorului de cântărire, fie în conducta de retur.

Prin rotirea plăcii cu duze are loc comutarea, iar timpul de comutare este intervalul de timp în care jetul parcurge muchia despărțitoare, acest lucru are loc în momentul când viteza unghiulară este maximă. Procesul de accelerare și de frânare a mișcării de rotație nu influențează timpul propriu-zis de comutare.

În acest mod se pot obține timpi de comutare mai mici de 50 ms, chiar la valori mari ale debitului.

Sistemul nu influențează debitul și este independent de asimetriile de parcurs ale tubulaturii.

Verificarea debitmetrelor etalon cu cântar se poate face concomitent la fiecare proces de încercare fără un consum suplimentar de timp, astfel încât determinarea volumului se poate face practic cu precizia cântarului.

Erorile debitmetrelor de referință determinate se iau în calcul automat la evaluarea fiecărui aparat încercat.

Debitmetrele supuse verificărilor metrologice se conectează la interfața cu microprocesor prin intermediul unor conectoare standard multipolare. Conectoarele pot fi codate, astfel încât interfața recunoaște automat exemplarul conectat. Interfața alimentează aparatul de încercat cu până la trei tensiuni diferite pozitive sau negative. In afară de aceasta, contactele de conector pot fi utilizate diferit, în funcție de necesități.

Interfețele sunt conectate printr-un bus comun la PC la care ajung și semnalele de la debitmetrele MID.

În funcție de tipul obiectului de încercat, calculatorul trimite în interfață diferite programe ( start flotant, start stop ) și fiecare interfață execută independent procesul de încercare.

Pentru contorizarea impulsurilor de la debitmetrul de încercat și de debitmetrele etalon, în vederea integrării debitmetrului, fiecare interfață conține 3 numărătoare rapide. De asemenea, se măsoară durata individuală a încercării. La obiectele de încercat cu ieșire digitală datele din numărătoare se preiau in codul specific al acestora. În plus, toate datele de la numărătoare, ca numărul și tipul contorului, datele de calibrare și altele pot fi citite sau introduse astfel încât la aceste tipuri de contoare este posibilă o calibrare complet automată.

Prin bus ( procedura de comunicare ) se transmit datele către PC-ul, care efectuează evaluarea, calculul erorilor și editarea protocolului.

Senzorii Pf 100 au convertoare de măsură integrate și se conectează prin patru fire. Semnalul analogic 0-20 mA se convertește într-un convertor A/D într-o mărime numerică.

Cu ajutorul unul polinom pătratic se calculează din acest număr mărimea fizică. Cu ajutorul parametrilor polinomului, determinați pentru fiecare punct de măsurare în mod individual și stocați în memoria PC, poate fi calibrat întregul lanț de măsurare ( senzor – traductor – convertor A/D).

Toate funcțiunile instalației pot fi selectate și executate la PC în regim de meniu. Calculatorul are memorate toate datele specifice ale obiectului de încercat și organizează independent procesul de încercare în comunicare cu interfața obiectului de încercat, cu cântarele și cu sistemul programabil de comandă. Calculatorul preia în continuare rezultatele încercării și efectuează evaluarea acestora. Rezultatele sunt tipărite sub formă de protocoale (buletine de încercări) și pot fi stocate în memorie ca fișiere.

Sistemul liber programabil de comandă primește informațiile necesare de la VC, și organizează, independent funcționarea, instalației, cum ar fi culegerea de date de supraveghere și securitate, interogarea de control, condiționări, blocări, succesiunea etapelor diferitelor programe de măsurare, sau reglajul debitului și temperaturii.

Pentru debitmetrele electromagnetice etalon se întocmesc cataloage de eion care se actualizează pe parcurs comportarea acestora este în acest fel în permanență controlabilă.

Se pot alcătui diferite cicluri de încercări, care se pot derula complet automat. Astfel, de exemplu, se pot efectua în timpul nopții, serii de încercări cu consum mare de timp de lucru.

Pe lângă funcționarea complet automată, se poate interveni manual de la PC, sau de la terminalul portabil TP, la toate componentele instalației și se poate modifica starea acestora ( electroventile: deschis — închis, convertizor de frecvență: mai sus – mai jos ).

Principalele caracteristici tehnice ale echipamentului prezentat sunt:

gama debitelor de lucru : 30 – 450.000 l / h

precizia de măsurare : ± 0,085 %

timpul de comutare al deviatoareior de jet: 0,05 s

diametrul nominal maxim al standului de verificare: DN 150 mm

debitul maxim de încercare: Qmax = 450 m3/h

debitul minim de încercare: Qmin = 30 l/h

temperatura de încercare: 20 °C – 90 °C ± 5 K

eroare măsurare temperatură cu Pentru 100 clasa A: ± 0,2 K

eroare măsurare presiune până la 10 bar: ± 1%

presiunea maximă la intrarea standului: 5 bar

stabilitatea debitului preselectat: 0,5 %

domeniul de cântărire: 5 – 300 kg, eroare absolută ± 2 g

300 – 5000 kg, eroare absolută ± 100 g

debitmetre electromagnetice KROHNE etalon:

DN 4 pentru plaja de debite: 30 l/h – 500 l/h

DN 15 pentru plaja de debile: 500 l/h – 5000 l/h

DN 40 pentru plaja de debite: 5000 l/h + 40.000 l/h

DN 125 pentru plaja de debite: 40 – 150 mVh

număr maxim de debitmetre care pot fi testate simultan pe
instalație:

10 buc. debitmetre DN 20

10 buc. debitmetre DN 25

7 buc. debitmetre DN 32

6 buc. debitmetre DN 40

5 buc. debitmetre DN 50

3 buc. debitmetre DN 80

2 buc. debitmetre DN 100

2 buc. debitmetre DN 150

moduri de testare:

start flotant fără cântar

start flotant cu cântar

start stop fără cântar

start stop cu cântar

calibrare

conexiuni de încercare:

interfețe echipate cu microprocesor

forme ale semnalului de ieșire ale debitmetrelor verificate
metrologic

impulsuri electrice de tensiune max. 100 kHz

ieșiri tranzistoare

contacte Reed sau relee

traductoare opto-electrice sau magnetice

informații digitale de date

Instalație gravimetrică, Endress&Hauser ( Germania )

O instalație cvasisimilară ( care nu efectuează însă teste în condiții de termoreglare automată într-o gamă prestabilită de temperaturi ca instalația prezentată anterior ) este produsă de cunoscuta firmă germană Endress&Hauser.

Figura 3.4.2.

Schema instalației este prezentată în figura 3.4.2.

Principalele elemente componente ale acestei instalații sunt:

rezervorul ele stocare RS

cântarul C

rezervorul de cântărire

debitmetrele etalon DE1, DE2

transmitter-ul de temperatură TT

deviatorul de jet DJ

debitmetrul testat DVM

placa de achiziție date PAD

interfața serială IS

calculatorul de proces PC

pompe recirculare PR1, PR2, PR3

Trei pompe centrifugale cu viteză de rotație variabilă vehiculează apa stocată într-un tanc ( RS ) de 5000 dm3 prin debitmetrele verificate metrologic ( apa fiind vehiculată mai întâi prin amortizoare de pulsații, degazoare și liniștitoare de curgere).

După obținerea debitului dorit, apa este captată de rezervorul de cântărire RC instalat pe platforma de cântărire C. Masa determinată astfel este convertită în volum plecând de la greutatea specifică a apei și de la corecțiile impuse de variațiile de temperatură ( conversia nu mai este necesară în cadrul debitmetrelor masice ).

Standul este caracterizat de o precizie de măsurare de ± 0,05 %, el permițând verificarea metrologică a unor debitmetre cu diametre nominale în plaja 65 – 200 mm.

Instalație mixtă ( gravimetrică și cu cilindru calibrat și piston, Endress&Hauser ( Germania )

Acest stand, produs de aceeași firmă Endress&Hauser, este sistem hibrid care permite atât calibrarea volumetrică, cât și calibrarea gravimetrică.

Calibrarea volumetrică presupune realizarea volumului etalon cu ajutorul unui cilindru de măsurare și este utilizată pentru debite și, implicit DN-uri mici, eliminându-se astfel erorile datorate procesului de evaporare sau fluidului rezidual.

Figura 3.4.3

Calibrarea gravimetrică este utilizată în cazul debitelor și DN-urilor mari, utilizându-se ca etalon diferențele de greutate determinate cu cântare de precizie. Schematic instalația este prezentată în figura 3.4.3

Fig.3.4.3

Principalele elemente ale standului sunt:

rezervoarele de stocare RS1, RS2

cântarul C

traductorul de forță TF

rezervoarele de cântărire Rl și R2

cilindru calibrat cu piston TV

traductor de deplasare TD

debitmetrele etalon DE1, DE2, DE3, DE4

transmitter-ul de temperatură TT

deviatorul de jet DJ

debitmetrul testat DVM

pompe recirculare PR1, PR2

dispozitiv de amortizare pulsații DAP

placa de achiziție date PAD

interfața serială IS

calculatorul de proces PC

Gama debitelor de lucru care poate fi realizată de instalație este de 0-8 dm3/s ( kg /s ).

Standul este caracterizat de o precizie de măsurare de ± 0,05 %, el permițând verificarea metrologică a unor debitmetre cu diametre nominale în plaja 2 – 250 mm.

C A P I T O L U L 4

SISTEME DE MĂSURĂ ADECVATE TESTĂRII DEBITMETRELOR

Pentru constituirea celui de al doilea element din cuplul elementelor de probă (punctul 1.2.3), elementul etalon, este necesară investigarea constructiv – funcțională a sistemelor de măsură disponibile și determinarea sistemului de măsură adecvat metrologic.

Tipurile de parametrii de măsurat și destinația măsurătorii este redată în Tabelul 4.1.

Tabelul 4.1

4.1. SISTEME DE MĂSURĂ ALE NIVELURILOR

Măsurarea nivelului în cazul corecției etalonului are două scopuri:

Măsurarea debitului instantaneu prin măsurarea vitezei deplasării suprafeței libere a lichidului și multiplicarea cu secțiunea vasului

Sesizarea nivelelor de început și sfârșit al probei de debit

Metode pentru Măsurarea nivelului

Metodele folosite pentru măsurarea nivelului într-un rezervor sunt:

• Metoda conductivității electrice

• Metoda ultrasonică și sonică

• Metoda capacității electrice

• Metoda presiunii hidrostatice

• Metoda cu microunde

Alegerea metodei potrivite pentru o aplicație particulară se poate face înțelegând principiul de funcționare și teoria lui.

Metoda conductivității electrice

Nivelul unui lichid conductor se poate determina măsurând conductanța electrică între doi electrozi introduși în vasul ce trebuie monitorizat. Metoda este simplă și ieftină. Conductanța electrică K este inversul rezistenței electrice R:

K=1/R= S/(Ω ·l) = H·L/(Ω ·l) [K]SI = Ω–1 = Siemens

unde: Ω – rezistivitatea electrica a lichidului [Ω ·m]

l – distanța dintre electrozi

S = H·L – aria electrozilor acoperită de lichid

L – lățimea electrozilor

H – nivelul lichidului.

Figura 4.1.1. Măsurarea conductivă a nivelului cu două sonde care detectează nivelul maxim și minim dintr-un rezervor.

Se poate menține nivelul între două limite folosind două perechi de electrozi cu lungimi diferite. Când nivelul lichidului atinge perechea scurtă se oprește alimentarea rezervorului, iar când este sub nivelul perechii lungi se porneste alimentarea rezervorului.

Fenomenul de electroliză poate coroda electrozii sau contamina lichidul vizat. Se minimizează aceste efecte folosind pentru electrozi materiale inerte chimic și tensiuni de măsură sub 1V.

Metoda ultrasonică și sonică

Se emite un impuls acustic scurt către suprafața lichidului și timpul după care revine sunetul (ecoul) determină nivelul materialului din rezervor. Mai precis, distanța D dintre sursa acustică și suprafața lichidului din rezervor determină timpul:

n=D/v = Distanta / viteza sunet

Domeniul frecvențelor utilizate este ultrasonic ~20–200kHz sau audibil ~10kHz.

Figura 4.1.2. În metoda sonică de măsurare a nivelului un traductor montat în partea de sus a rezervorului trimite impulsuri sonore în jos spre materialul din rezervor pentru a-i determina nivelul.

Materialele piezoelectrice se folosesc pentru conversia semnalelor electrice în unde sonore și pentru sesizarea undelor acustice. În aplicații trebuie știut că:

Viteza sunetului în aer variază cu temperatura. Un senzor de temperatură va trebui să compenseze această variație ce influențează distanța calculată și măsuratoarea de nivel.

Spuma de la suprafața materialului acționează ca absorbant de sunet. În anumite cazuri acest fenomen exclude folosirea ultrasunetului.

Turbulența mare a lichidului poate cauza fluctuații ale indicațiilor instrumentului. Medierea semnalului ajută la diminuarea acestei probleme ca și utilizarea unui ghid de undă.

Metoda capacității electrice

Metoda folosește modificarea capacității electrice pentru masurarea nivelului dintr-un vas. Este utilă pentru lichide, paste sau granule izolante electric. Frecventele folosite sunt de la 30kHz la 1MHz.

Doi conductori plani separați de distanța "d" au capacitatea electrică:

C = Po·Pr·A/d             (1)

unde: Po = permitivitatea absolută a vidului
        Pr = permitivitatea relativă a materialului izolator (lichidul)
       A = aria suprafeței comune a conductorilor

Figura 4.1.3. Principiul de funcționare pentru metoda capacității.

Electrodul sesizor este o bară inserată în rezervor, iar peretele metalic al rezervorului este celalalt electrod. Pentru rezervoarele nemetalice trebuie introdus și al doilea electrod în rezervor. Cu vasul gol dielectricul este aerul și avem o valoare minima a capacității. Când în vas este o anumită cantitate din materialul izolator monitorizat se modifică constanta dielectrică dintre electrozi pe portiunea acoperită de material. Capacitatea crește liniar cu creșterea nivelului din vas.

Pentru materiale conductoare se folosește un electrod central acoperit cu un strat izolator (Teflon sau Kynar). Celălalt electrod este chiar lichidul conductor conectat electric la vasul metalic. Mediul dielectric este stratul izolator. Modificarea nivelului lichidului schimbă aria dintre electrozi. Capacitatea este proporțională cu nivelul. Măsuratoarea nu este afectată de schimbările de temperatură sau de compoziția materialului procesat.
 

Figura 4.1.4. Electrodul sesizor din metoda capacitivă pentru măsurarea nivelului lichidului este conectat un transmițător din exteriorul vasului.

Depunerile de pe electrozi ce apar în anumite cazuri afectează precizia măsurării de nivel. Un circuit capabil să determine componenta rezistivă și capacitivă a impedanței poate deosebi semnalul capacitiv util datorat schimbării de nivel de cel parazit al depunerilor de pe electrodul de sesizare. Impedanța este:

Z = R + 1/(j·2· π ·f C) (2)

unde:     R = rezistența in ohmi
             j = (–1)1/2
             π = 3,1416
             f = frecvența de măsurare
             C = capacitatea

Metoda presiunii hidrostatice

Metodă veche și mult folosită pentru determinarea nivelului unui lichid folosește măsurarea presiunii hidrostatice exercitate de coloana de lichid asupra vasului. Relația de bază este:

P = d·g·H sau H = P/(d·g)

unde:     P = presiunea
            g = accelerația gravitațională
             H = înălțimea coloanei de lichid
             d = densitatea

Densitatea lichidului variază cu temperatura. Pentru măsurari de precizie ridicată se impune compensarea variației densității cu temperatura, ca în cazul jojelor hidrostatice (hydrostatic tank gauging, HTG).

Instrumentele pentru măsurarea presiunilor diferențiale (celulele DP), folosite inițial la măsurarea căderii de presiune pe un orificiu (diafragmă) dintr-o conductă pentru monitorizarea debitului, se pot adapta ușor pentru măsurarea nivelului. Pentru rezervoarele deschise se conectează conducta de presiune mare la fundul vasului, iar cealalta către atmosferă. Pentru rezervoarele presurizate conducta de presiune mare se conectează la fundul vasului, iar cea de presiune mică la partea de sus a vasului, astfel instrumentul răspunde doar la schimbările de nivel ale lichidului (Figura3.1.5 ).

Figura 4.1.5. Joja hidrostatica, sau metoda presiunii diferențiale, determină nivelul lichidului din rezervor (hydrostatic tank gauging HTG).

Pot crea probleme lichidele "murdare" și cheltuielile pentru instalarea conductelor de măsură.

Sistemele HTG furnizează informații precise privind nivelul, masa, densitatea și volumul conținutului din fiecare rezervor, permițâd un inventar corect al transferurilor de lichid în depozite. Valorile măsurate se pot transmite digital într-o rețea către un computer centralizator.

Sistemul simplificat din figura are doar un transmițător de presiune (PT) cu un transmițător de temperatura (TT) și un transmițător de nivel (LT) pentru detectarea acumulării de apă în partea de sus a rezervorului. Masa (greutatea) conținutului se calculează din presiunea hidrostatică (măsurată de PT) înmulțită cu aria bazei rezervorului. Cu relația temperatură-densitate a lichidului se calculează volumul și nivelul. Datele se trimit unui sistem computerizat pentru monitorizare continuă și eventual facturare.

Transmițătorul de nivel (LT), montat oblic în partea de sus a rezervorului, detectează acumulările de apă pe suprafața petrolului și permite corectarea precisă a nivelului de petrol.

Sisteme mai noi utilizează un transmițător de presiune de forma unei țevi din otel inox (similar probelor termometrice). Joja se introduce până la fundul rezervorului. Conexiunile electrice din partea superioară merg către un sistem de afișare care transmite informația spre centrul de monitorizare, înregistrare și control.

Metoda cu microunde

Metoda folosește de obicei microunde din banda X (10 GHz). Din partea de sus a rezervorului se trimite un fascicul de microunde spre suprafața conținutului din rezervor. Fasciculul reflectat este recepționat după un anumit timp. Acest timp este utilizat pentru determinarea nivelului.

În metoda undei continue modulate în frecvență (frequency-modulated continuous wave FMCW) se transmite un semnal la care frecvența variază liniar în timp pe o bandă de frecvențe dată. Din cauza întârzierii fasciculul recepționat va avea altă frecvență decât cel ce se transmite. Prin heterodinarea (amestecul) celor doua semnale se obtine un nou semnal cu frecvența proportională cu distanța. Noua frecvență este o măsură foarte precisă a nivelului din rezervor. Frecvența variază de la 0 la ~200 Hz când distanța variază de la 0 la 60 m. Metoda are o mare imunitate la zgomote.

Metoda în impuls măsoară timpul de tranzit al impulsului de microunde pentru a calcula nivelul lichidului. Fiind de putere mai mica decat FMCW, performanța tehnologiei este influențată de obstrucțiile dimensionale din rezervor, spumă și de constanta dielectrică mica a materialului vizat (dr<2).

Antenele folosite pot fi parabolice, "farfurie" sau conice. Cele conice crează un fascicul mai îngust. Alegerea antenei este dictată de existenta gâtuirilor (șicane) în rezervor, a spumei sau turbulențelor în fluidul vizat.

Figura 4.1.6. Metoda radar (cu microunde) de măsurare a nivelului poate utiliza oricare din cele două tipuri de antene plasate în partea de sus a vasului monitorizat.

Metoda ghidului de unda (guided-wave radar GWR) este invazivă și utilizează o bară sau un cablu pentru ghidarea microundelor. Baza teoretică a metodei GWR o constituie reflectometria în domeniul timp (time-domain reflectometry TDR), care a fost utilizată de ani de zile pentru localizarea rupturilor în cablurile subterane lungi sau în pereții clădirilor. Un generator TDR generează 200 000 pulsuri de microunde pe secundă ce se vor propaga în sus și în jos prin ghidul de undă. Constanta dielectrică a fluidului măsurat schimbă impedanța ghidului și reflectă unda. Timpul de tranzit al pulsurilor este o măsură a nivelului.

Propagarea eficientă a microundelor în ghidul de undă minimizează degradarea semnalului. Se pot astfel măsura materiale cu constanta dielectrică mică (dr<1,7) fără influențe din partea turbulențelor din lichid, spumei, depunerilor sau obstrucțiilor mecanice din rezervor. Fiind o metodă invazivă, joja poate fi afectată de coroziune din partea lichiului vizat sau de lovire din partea agitatoarelor mecanice.

Selectarea celei mai bune metode este indicată în figurile 4.1.7 și 4.1.8

Figura 4.1.7. Unei aplicatii date îi corespunde o anumită tehnică de măsurare a nivelului.

Figura 4.1.8. Costurile inițiale variază cu tehnologia de măsurare a nivelului

Cinci informații definesc tipul tehnologiei de măsurare a nivelului:

• Materialul de măsurat.

• Caracteristicile materialului: consistența (lichid, pastă, solid, granule, pulbere), interfața, constanta dielectrică, conductivitatea electrică (S/m), vâscozitatea centipoise (cP) și densitatea (kg/m3).

• Procesul tehnologic: ce valori minime și maxime de temperatură și presiune sunt, prezența turbulenței, materialul din care e realizat rezervorul, gradul de protecție antiexplozivă și corozivitatea.

• Funcția rezervorului: reactor, stocare, separare și o schemă a vasului cu precizarea nivelului 0% și 100%, prezența unui agitator și a altor obstrucții interne.

• Alimentarea electrică: 220 V~, 24 V~, etc.

Diverse alte tipuri de traductoare de nivel (nivelmetre) in plansa1 numita “plansa cu nevelmetre”.

4.2.Prezentarea soluției alese pentru proiectarea traductorului de nivel

Ca temă de proiectare s-a ales construirea unui traductor de nivel care să transmită nivelul din vasul etalonat de 7000L al standului de verificare.Acest nivel va fi citit cu o precizie de citire în rezervorul de apă sub 0,1%.

S-a ales soluția cu mercur pentru că mercurul este un bun conducător electric și are o densitate și o tensiune superficială foarte mare.Datorită tensiunii superficiale mari, mercurul nu „udă”.Acest lucru este un avantaj în favoarea preciziei indiferent de soluția aleasă pentru citirea nivelului.

Un alt aspect al problemei de proiectare care a dus la alegerea mercurului este faptul ca vasul de apă este foarte mare și citirea directă a nivelului apei ar fi dus la o soluție foarte mare din punct de vedere constructiv fie la o soluție bazată pe unde radio sau ultrasunete.Soluția cu unde nu este fiabilă în cazul de față pentru ca nu poate fi controlată agitația apei, iar traductoarele respective sunt afectate de fenomenul de „spumare”.

Principiul de functionare al traductorului este bazat pe diferenta de greutate dintre apa si mercur.

Greutatea coloanei de apă din vas împinge cu o forță F1 pe suprafața S1 a pistonului de separare a mediilor. În același timp greutatea coloanei de mercur exercită o forță F2 asupra suprafeței S2 a pistonului. În momentul în care apa urcă în vas, forța F1 creste, ceea ce duce la deplasarea pistonului pe o distanță proporțională cu creșterea coloanei de apă. Această deplasare va duce la creșterea nivelului de mercur din tubul în care se va face msăurarea.

Pentru măsurarea nivelului de mercur au fost luate în calcul diverse alte soluții, cum ar fi citirea prin impulsuri de tip binar 0-1, printr-o tensiune de 10-12V, dar soluția nu este portivită pentru cazul de față pentru ca ar fi însemnat să se citească nivelul mercurului printr-o riglă gradată. Aceste gradații ar fi trebuit să iasă fiecare în sistemul de numărare de impulsuri, ceea ce ar fi fost incomod din punct de vedere constructiv, fiind foarte mare numarul de fire ce trebuia scos din tub.

De asemenea a fost luată în calcul metoda optică de citire a nivelului, printr-o riglă cu senzori optici plasați din milimetru în milimetru și o sursă de lumină de partea opusă tubului cu mercur. Dezavantajele unei astfel de soluții sunt în primul rând influența luminii din mediu înconjurător și de asemenea necesitatea menținerii tubului cu mercur perfect transparent.

O altă metodă de citire ar fi fost metoda capacitivă, dar citirea este puternic influențată de câmpurile magnetice din jurul sistemului și de asemenea de temperatură. Alegerea acestei soluții ar fi implicat ecranarea sistemului, ceea ce ar fi îngreunat accesul.

Metoda aleasă este metoda rezistivă, pentru că din punctul de vedere al preciziei este o citire continuă deci foarte precisă și în același timp nu este influențată de mediul înconjurător. Din punct de vedere constructiv, elementul prin care se face citirea va fi un conductor de nichelină (Fe-Ni) cu rezistivitate foarte mare, pntru a da o variație bună de rezistență chiar și pe distanțe foarte scurte. Acest conductor a fost bobinat pe o baghetă de textolit, un bun material izolator.

Pe bagheta de textolit s-a executat prin strunjire un filet cu pas de 0,75 mm după care s-a bobinat conductorul prin gangurile filetului. Rezistența sa totală s-a calculat funcție de lungimea totală a conductorului de nichelină(8,4m), lungimea baghetei de textolit (lungime utilă de 250mm și o rezervă de 50mm) și de rezistivitatea specifică materialului (7,1Ω/m), după care s-a verificat prin măsurare. Valorile obținute au fost identice și anume 59,5Ω pe o distanța utilă de 250mm.

Bagheta de textolit nu a fost bobinată pe o lungime fixă, lăsând o lungime de 40-50mm pentru rezervă și pentru a evita punerea sursei de tinsiune în scurtcircuit.

Folosind bagheta de textolit cu firul de nichelină obțin o variație de curent în intervalul 168mA – 1A, variație de curent ce va fi normalizată printr-un modul elecrionic astfel încât să varieze în intervalul 4 – 20mA.

Tubul în care se citeste nivelul de mercur este un tub de PEX de diametru de 11mm, în calcul din aceasta valoare se va scădea valoarea de 8mm reprezentand diamtetrul baghetei de textolit.

Pentru separarea mediilor a fost ales pistonul în favoarea separării mediilor cu membrană deoarece membrana introduce o eroare datorata forței de deformare, specifică membranei, și în celași timp oferă o deplasare mica. De asemenea un dezavantaj este faptul ca forța de deformare variază cu deplasarea.

De asemenea pistonul trebuie etanșat prin manșete de cauciuc care dau forțe de frecare. Aceste forțe de frecare sunt calculate funcție de coloana de apă sau de mercur, de suprafața pistonului și de profilul manșetei alese.

Suprafețele pistonului de separare sunt corelate după un anumit raport, dat de cerința de precizie a sistemului și de raportul de greutăți dintre volumul de apă și volumul de mercur.

De asemenea sprafata S2 a postonului depinde și de diametrul tubului cu mercur S3, care se a alege constructiv, din considerente tehnice.

Pistonul și camera de separare vor fi realizate din poliamidă, material dur dar în același timp usor. De asemenea prezintă avantajul ca nu este atacat nici de apă nici de mercur, așa cum se poate întampla cu alte materiale metalice.

Etanșarea se va face cu manșete din cauciuc de profil „T” prinse pe piston în ambele capete cu două șaibe de prindere.

Din cerința de precizie a sistemului, de 1mm coloană de mercur și 3mm coloană de apă, rezultă un raport de 1/3, ceea ce înseamnă că pentru fiecare milimetru de mecur citit se vor citi 3mm de apă din vas. Cunoscând dimensiunile vasului, înalțimea de 750mm și un diametru de 1000mm va rezulta că 1mm coloană de mercur echivalează în vas cu 2,35L de apă. Știind volumul total al vasului, 7000L, va rezulta o precizie de 0,034%, după cum se va arata în continuare.

Pentru realizarea practică a dispozitivului sunt necesare calcule de dimensionare a pistonului de separare a mediilor, un calcul de dimensionare a volumelor de apă respectiv de mercur dislocate de piston, calculul de dimensionare pentru manșetele de etanșare, alegerea unui profil de manșeta adecvat aplicației și un calcul asupra elementelor electronice din compoziția sistemului.

Pistonul se dimensionează din echilibrul de forțe de pe suprafețele pistonului S1 și S2. Forta F1 exercitată de coloana de apă pe suprafața S1 trebuie să fie egală la echilibru cu forța F2 exercitată de coloana de mercur pe suprafața S2. Acest echilibru de forte este influiențat de fortele de frecare Ff1 si Ff2. Aceste forte de frecare apar în momentul deplasării pistonului și influențează aceasta miscare. Măsurarea se va face static, după oprirea pompelor și stabilizarea nivelului de apă. Din această cauză nivelul de mercur este influențat de forțele de frecare foarte puțin.

Traductorul de nivel cu mercur este prezentat schematic în figura de mai jos cu următoarele notații:

d1 este diametrul vasului circular în care se dorește măsurarea nivelului

D1 este diametrul pistonului de separare pe partea pe care acționează presunea statică a apei

D2 este diametrul pistonului de separare pe partea pe care acționează presiunea statică a mercurului

d3 este diametrul tubului de PEX în care se va introduce bagheta de textolit bobinată cu firul de nichelină

Db este diametrul baghetei de textolit

S1 este suprafața secțiunii corespunzătoare diametrului D1

S2 este suprafața secțiunii corespunzătoare diametrului D2

S3 este supafața secțiunii corespunzătoare diametrului d3

Pentru a dimensiona complet dispozitivul sunt necesare calculele pentru dimensionarea pistonului, volumului de mercur ce va urca în tubul de PEX precum și o dimesionare a manșetelor cu ajutorul cărora urmează a fi etanșate capetele pistonului, cât și un calcul al erorii reale a sistemului de măsurare.

4.4. Memoriu tehnic de calul

1.Date inițiale și calculul erorii

2.Calculul elementului rezistiv din punct de vedere mecanic (fizic)

3.Calculul pistonului

4.Dimensionarea manșetelor și calculul forțelor de frecare

5.Calculul elementului rezistiv din punct de vedere electric

4.4.1. Datele inițiale și calculul erorii

Datele de proiectare sunt urmatoarele:

ρapă = 1.103 Kg / m3 densitatea specifică a apei, ce va fi notată în calcul cu ρH2O

ρmercur = 13,596.103 Kg / m3 densitatea specifică a apei, ce va fi notată în calcul cu ρHg

Volumul rezervorului de apă în care se va citi nivelul este de 7000L sau 7000dm3. Va fi notat în calcul cu Vvas.

Diametrul rezervorului în partea superioară, partea în care se va citi nivelul este de 1000mm. Va fi notat în calcul cu dvas.

Înălțimea la care urcă maxim coloana de apă din rezervor este de 750mm. Va fi notată în calcul cu Hapă.

Se cere prin temă o precizie de citire a mercurului de 1 mm. Această valoare va fi notată în calcul cu ∆hHg.

Pentru a putea determina exact toate valorile se va face un calcul cu valori alese pe criterii tehnice constructive cu care se va calcula și dimensiona pistonul de separare. Valorile diametrelor obținute din calcul se vor alege din STAS, pentru a putea găsi elemente de etanșare pentru respectivele diametre. Cu valorile standardizate pentru diametrele pistonului se vor reface calculele în sens invers și se vor obține valorile reale de construcție.

Astfel, se presupune un raport de citire între rezervor și tubul de mercur de 1/3. Va rezulta o precizie de citire a rezervorului de 3mm, notată în calcule cu ∆Hapă.

∆Hapă = 3. ∆hHg (1)

= 3. 1mm

= 3mm

Tot din raportul de citire de 1/3 va rezulta înălțimea maximă la care va urca mercurul, de 250mm, notată în calcul cu hHg.

hHg = Hapă / 3 (2)

= 750mm / 3

= 250mm

Cunoscând precizia de citire a rezervorului de 3mm, calculată în relația (1), diametrul rezervorului în partea superioară de 1000mm, dat constructiv,se poate calcula volumul de apă ce se citește la o diviziune a mercurului.Această valoare va fi notată în calcule ∆Vapă.

∆Vapă = π .dvas2 . ∆Hapă / 4 (3)

= 3,1415 . 106 mm2 . 3mm

= 2356194 mm3

=2,356 dm3

=2,356 l

Știind astfel precizia de citire a rezervorului de 2,356 l, calculată în relația (3) și volumul total al rezervorului, se poate calcula eroarea de citire a nivelului apei. În calcule va fi notată cu ε.

ε = ∆Vapă . 100 / Vvas (4)

= 2,356 l . 100 / 7000 l

= 235,6 l / 7000 l

= 0,034 %

Această eroare este foarte bună și convine din punct de vedere tehnic, deci se vor folosi aceste valori pentru calculul teoretic al pistonului.

4.4.2.Calculul elementului rezistiv din punct de vedere meacnic (fizic)

Elementul rezistiv cu ajutorul căruia se face citirea nivelului de mercur este o baghetă de textolit cu diametrul Db = 8mm pe care se execută un filet metric cu pas de 0,75mm prin strunjire cu filieră corespunzătoare diametrului baghetei și pasului cerut. Pe canalele astfel obținute se bobinează fir de nichelină cu diametrul de DFe-Ni = 0,3mm. Strunjirea și respectiv bobinarea se execută pe o înălțime de 300 mm, dar utilă citirii va fi doar înălțimea hHg = 250mm.

Prin execuția filetului metric pe bagheta de textolit, se pierde un volum Vfilet din volumul total al baghetei Vbaghetă ce trebuie luat în calcul și compensat. De asemenea trebuie luat în calcul și compensat volumul firului de nichelină.

Așadar,

Vbaghetă = π . Db2 . hHg /4 (5)

= 3,1415 . 64 mm2 . 250 mm /4

= 12.566,370 mm3

Filetul metric are secțiunea prezentată în figura de mai jos:

Dacă filetul ar fi tăiat triunghiular, ar avea profilul desenat cu linie punctată. Dar, constructiv, filetul metric este generat de un profil triunghiular echilateral, cu unghiul de 60○ având înălțimea teoretică H = 0,866 . pasul la care s-a generat filetul.Vârful filetului este tăiat la distanța H / 8. Baza filetului este de asemenea taiată la aceeași înălțime.

Așadar, din punct de vedere al volumului se poate calcula ca și cum sectiunea ar fi triunghiulară, pentru ca aria triunghiului tăiat din vârful filetului este egală cu cea a triunghiului rămas la bază.

De asemenea, se va calcula numărul de spire care se execută pe lungimea utilă, funcție de pasul filetului.

nr_spire = lungime_activă / pas (6)

= 250 mm / 0,75 mm

= 333,334 spire

Funcție de numărul de spire se poate calcula lungimea totală a firului de nichelină bobinat pe filet și, în acelși timp lungimea totală a filetului.

lungime_nichelină = π . Db . nr_spire / cosα

unde

α = arctg pas/ Db

= 5,356○

si cum 1/cosα = 1,004 poate fi neglijat,

rezulta ca

lungime_nichelină = π . Db . nr_spire (7)

= 3,1415 . 8mm . 333,334

= 8377,597 mm

= 8,378 m

totodată

lungime_filet = 8,378 m sau 8377,597 mm (8)

Suprafața secțiunii triunghiulare a filetului este dată de formula

Sfilet = pas . H / 2 (9)

și cum se cunoaște H, dat constructiv,

H = 0,866 . pas (10)

rezultă că

Sfilet = pas . 0,866 . pas / 2 (11)

= 0,75mm . 0,866 . 0,75mm /2

= 0,243 mm2

Cunoscând astfel suprafața filetului și lungimea acestuia, din relațiile (11) și (8) rezultă că

Vfilet = Sfilet . lungime_filet (12)

= 0,243 mm2 . 8377,597 mm

= 2035,756 mm3

Știind lungimea firului de nichelină, calculată din relația (7) și de asemenea cunoscând diametrul DFe-Ni = 0,3 mm, se poate calcula volumul ocupat de firul de nichelină bobinat pe bagheta de textolit

Sfir =π . DFe-Ni2 /4 (13)

= 3,1415 . 0,9mm2 /4

= 0,706 mm2

Astfel, din relațiile (13) și (7) se poate obține volumul ocupat de firul de nichelină

Vfir = Sfir . lungime_nichelina (14)

= 0,706 mm2 . 8377,597 mm

= 5914,583 mm3

Știind volumul filetului și volumul ocupat de firul de nichelină, se poate calcula volumul real al baghetei de textolit.

Vreal baghetă = Vbahetă – Vfilet + Vfir (15)

= 12.566,370 mm3 – 2035,756 mm3 + 5914,583 mm3

= 16.455,197 mm3

Știind diametrul tubului de PEX, cât și înălțimea utilă a acestuia se poate calcula volumul tubului

VPEX = (π . DPEX2 /4) . hHg (16)

= (π . 121mm2 /4) . 250mm

= 23.757,593 mm3

Din relațiile (15) și (16) se poate calcula volumul real de mercur care se va ridica la înălțimea de 250 mm în tubul de PEX inclusiv cu bagheta de textolit introdusă în tub.

Vmercur = VPEX – Vreal baghetă (17)

= 23.757,593 mm3 – 16.455,197 mm3

= 7302,396 mm3

4.4.3.Calculul pistonului

Forma pisonului și forțele date de presiunile statice ale apei – F1 și respectiv mercurului – F2.

Forța F1 este dată de presiunea statică a coloanei de apă și acționează pe suprafața S1, iar forța F2 este dată de presiunea statică a coloanei de mercur și acționează pe suprafața S2. Pentru a fi în echilibru, forța F1 trebuie să fie egală cu forța F2.

F1 = F2 (18)

și cum

F1 = S1. P1 (19)

și

F2 = S2 . P2 (20)

rezultă că

S1. P1 = S2 . P2 (21)

În același timp volumul de mercur necesar pentru a urca înălțimea hHg de 250mm, notatat cu Vmercur , trebuie sa fie același cu volumul pe care îl dislocă pistonul în momentul deplasării, notat cu Vpiston , deci

Vmercur = Vpiston (22)

Deplasarea pistonului va fi aleasă Xmax = 40mm, urmând a fi calculată valoarea exactă dupa normalizarea diametrelor pistonului.

Cum

Vpiston = S2 . Xmax (23)

rezulă că

Vmrecur = S2 . Xmax (24)

de unde se poate scoate S2

S2 = Vmercur / Xmax (25)

= 7302,396 mm3 / 40 mm

= 182,560 mm2

Cunoscând suprafața secțiunii S2 putem calcula diametrul pistonului

S2 = π . d22 /4 (26)

de unde obținem

d2 = ( 4 . S2 /π )-2 (27)

= ( 4 . 182,560 mm2 / 3,1415 )-2

= 15,246 mm

Această valoare se normalizează conform STAS 7970 – 67 alegând

d2 STAS = 16mm (28)

Pentru a putea îndeplini condiția de echilibru raportul dintre suprafețele S1 și S2 trebuie sa fie funcție de raportul densităților apei respectiv mercurului și funcție de precizia de citire cerută.

Astfel,

S1 = rap . S2 (29)

Unde,

rap = ∆HHg . ρHg / ∆HH2O . ρH2O (30)

Din relațiile (29) și (30) obținem

S1 = ∆HHg . ρHg . S2 / ∆HH2O . ρH2O (31)

= 1mm . 13,596.103 Kg / m3 . 182,560 mm2 / 3mm . 1.103 Kg /

m3

= 827,361 mm2

Cunoscând suprafața secțiunii S1 putem calcula diametrul d1 al pistonului

S1 = π . d12 /4 (32)

de unde obținem

d1 = ( 4 . S1 /π )-2 (33)

= ( 4 . 827,361 mm2 / 3,1415 )-2

= 32,456 mm

Această valoare se normalizează conform STAS 7970 – 67 alegând

d1 STAS = 32 mm (34)

Cu valorile diametrelor pistonului astfel standardizate, se reface calculul suprafețelor.

S2STAS = π . d2STAS2 / 4 (35)

= 3,1415 . 256 mm2 / 4

= 201,056 mm2

și respectiv

S1STAS = π . d1STAS2 / 4 (36)

= 3,1415 . 1024 mm2 / 4

= 804,224 mm2

Revenind în relația (25), știind suprafața S2 calculată cu diametrul ales din STAS, se poate calcula deplasarea reală a pistonului

Xreal = Vmercur / S2STAS (37)

= 7302,396 mm3 / 201,056 mm2

= 36,320 mm

Recalcularea erorii și recalcularea înălțimii la care urcă mercurul în tubul de PEX

Prin introducerea baghetei de textolit în tubul de PEX, va rămâne liberă o suprafață inelară. Această suprafață se poate calcula astfel

Sinelar = SPEX – Sbaghetă (38)

Cum se cunoaște diametrul tubului respectiv baghetei, se poate scrie că

SPEX = π . DPEX2 / 4 (39)

= 3,1415 . 121mm2 /4

= 95,033 mm2

și respectiv

Sbaghetă = π . Dbaghetă2 / 4 (40)

= 3,1415 . 64 mm2 /4

= 50,265 mm2

Astfel, înlocuind în relația (38) valorile obținute în relațiile (39) și (40) se obține

Sinelar = 95,033 mm2 – 50,265 mm2 (41)

= 44,767 mm2

Știind suprafața secțiunii inelare prin care urcă mercurul și știind volumul real de mercur, se poate calcula înălțimea maximă la care va ajunge nivelul de mercur.

hHg real = Vmercur / Sinelar (42)

= 7302,396 mm3 / 44,767 mm2

= 163,120 mm

De asemenea știind înălțimea coloanei de apă se poate recalcula raportul de citire dintre tubul de mercur și rezervorul cu apă.

precizie = hHg real / Hapă (43)

= 163,120 mm / 750 mm

= 0,217

față de 1/3 = 0,333.

Știind acest raport se poate recalcula volumul de apă aflat la citirea unei diviziuni a mercurului.

∆HH2O real = ∆hHg / 0,217 (44)

= 1 mm / 0,217

= 4,06 mm

De unde rezultă că volumul de apă este

∆Vreal apă = π . Dvas2 . ∆HH2O real /4 (45)

= 3,1415 . 1000000 mm2 . 4,06 mm /4

= 3188716,543 mm3

= 3,189 l

Și recalculând eroarea se va obține eroarea reală a dispozitivului de citire a nivelului

εreal = ∆Vreal apă . 100 / Vvas (46)

= 3,189 l . 100 / 7000 l

= 0,045 %

4.4.4.Dimensionarea manșetelor și calculul forțelor de frecare

Pentru etanșare se va alege o garnitră cu profil „L” prezentată în figura de mai jos

Materialul ales este cauciuc, cu un coeficient de frecare între cauciuc și materialul din care se va face corpul pistonului de μ = 0,18

S-a ales profilul „LE” deoarece conform STAS poate lucra pană la presiuni de 10 bar și apar frecări mult mai mici decât la oringuri și la manșete „UE”.

Pentru acest tip de manșete, LE 32 STAS 7907 – 67, pentru diametrul d1STAS = 32mm, dimensiunile mecanice constructive sunt următoarele

DN1 = 32 mm

dN1 = 12 mm

b1 = 7 mm

b11 = 2 mm

De asemenea se calculează diferența minimă de presiune în ambele capete ale pistonului, valori necesare pentru caclulul suprafețelor de contact pentru manșete și de asemenea pentru calculul forțelor de frecare.

∆papă = 4,06 . 10-4 bar

Și

∆pHg = 1 / 760 bar

Cu ajutorul acestor valori se va calcula forța de frecare.

Pentru acest calcul trebuie calculată și suprafața de contact a manșetei cu peretele corpului.

Scontact1 = ρH2O . g . ∆HH2O real S1STAS . 1/ (μ . ∆papă) (47)

= 1.103 Kg/m3 . 9,8 m / s2 . 4,06mm . 804,224 mm2 . 1/ 0,18 .

. 3 . 10-4 bar

= 0,0059 mm2

Știind suprafața de contact a manșetei cu peretele corpului pistonului și de asemenea datele constructive ale manșetei se poate calcula forța de frecare corespunzătoare diametrului d1STAS

Ff1 = π . d1STAS . μ . b1 . ∆papă (48)

= 3,1415 . 32mm . 0,18 . 7mm . 3.10-4 bar

= 0,00380 N

La fel se va calcula și pentru manșeta LE 16 STAS 7907 – 67 corespunzătoare diametrului d2STAS

Pentru diametrul d2STAS = 16mm, dimensiunile mecanice constructive sunt următoarele

DN2 = 16 mm

dN2 = 6 mm

b2 = 7 mm

b12 = 2 mm

Suprafața de contact pentru manșetă

Scontact2 = ρHg . g . ∆HHg S2STAS . 1/ (μ . ∆pHg) (49)

= 13,596.103 Kg/m3 . 9,8 m / s2 . 1mm . 201,056 mm2 .

. 1/ 0,18 . 1/760 bar

= 0,000000001131 mm2

Știind suprafața de contact a manșetei cu peretele corpului pistonului și de asemenea datele constructive ale manșetei se poate calcula forța de frecare corespunzătoare diametrului d2STAS

Ff2 = π . d2STAS . μ . b2 . ∆pHg (50)

= 3,1415 . 15mm . 0,18 . 5mm . 1/760 bar

= 0,00833 N

Suma forțelor de frecare din manșete trebuie să fie mai mică decât presiunea statică a apei dată de coloana de 4 mm astfel încât pistonul să se deplaseze.

Ff1 + Ff2 < ∆papă . S1STAS

0,00380 N + 0,00833 N < 4,06 . 10-3 bar . 804,224 mm2

0,01213 N < 0,326 N

De unde rezultă că forța exercitată de coloana de apă de 4mm este destul de mare pentru a deplasa pistonul.

4.4.5.Calculul elementului rezistiv din punct de vedere electric

Din punctul de vedere al schemei electrice dispozitivul este echivalent cu circuitul din figură

Odată cu creșterea nivelului de mercur din tub, rezistența elementului de citire variază funcție de nivel. Această variație a rezistenței se citește în felul următor: se aplică o tensiune fixă de 10Vcc în mercur, și pe măsură ce urca nivelul se citește un curent de pe firul bobinat.Acest curent variază conform legii lui Ohm.

U = R . I

de unde se poate scrie

I = U / R

Această variație de curent este o funcție liniară de rezistență și în același timp de nivelul de mercur.

Pentru a calcula rezistența totală a firului de nichelină vor fi necesare datele referitoare la proprietățile lui fizice calculate anterior și de asemenea de rezistivitatea electrică, dată de producător ρFe-Ni = 7,1 Ω /m.

Pentru a verifica posibilitatea îndeplinirii temei de proiectare, adică citirea nivelului mercurului la o rezoluție de 1mm, se va calcula variația rezistenței pe o singură spiră

Lspiră = π . Db

= 3,1415 . 8mm

= 25,132mm

Rspiră = Lspiră . ρFe-Ni

= 25,132 mm . 7,1 . 10-3 Ω /mm

= 0,178 Ω

Se constată că variația rezistenței la o singură spiră este destul de mare pentru a putea fi citită.

Rezistența maximă a firului de nichelină, cu vasul gol este

Rmax = lungime_nichelină . ρFe-Ni

= 8,378 m . 7,1 Ω /m

= 59,483 Ω

La această valoare maximă a rezistenței, valoarea minimă a curentului va fi

Imin = U / Rmax

= 10V / 59,483 Ω

= 0,168 A

= 168 mA

Pentru a calcula rezistența minimă se va calcula lungimea totală a firului de nichelină bobinat dar nefolosit

nr_spire_r = lungime_b_rez / pas

= 86,88mm / 0,75mm

= 115,84

lungime_rezervă = π . Db . nr_spire_r

= 3,1415 . 8mm . 115,84

= 2911,376mm

Rezistența minimă a firului de nichelină, cu vasul plin este

Rmin = lungime_rezervă . ρFe-Ni

= 2,911 m . 7,1 Ω /m

= 20,668 Ω

La această valoare minimă a rezistenței, valoarea maximă a curentului va fi

Imax = U / Rmin

= 10V / 20,668 Ω

= 0,483 A

= 483 mA

Această variație de curent va fi unificată printr-un modul electronic, pentru a obține la ieșirea traductorului o variație între 4 și 20mA.

Adaptoare electronice

Adaptoare electronice pentru traductoare de tip rezistiv

În prima figura este prezentată schema de detaliu a unui amplificator pentru traductoare rezistive în punte cu ieșirea unificată în tensiune, iar cea de-a doua prezintă varianta cu ieșire în curent 4…20mA în varianta two wire.

Alimentarea punții rezistive se face cu un generator de curent constant de cca. 1mA

traductoare de presiune

Adaptorul MOOG pentru două punți rezistive cu ieșire în tensiune

Un adaptor simplu este cel realizat de firma REXROTH, care intră în componența traductoarelor de presiune cu mărci tensometrice. Schema acestui adaptor este dată în figura următoare

Adaptorul electronic integrat pentru traductoare REXROTH

Pentru cazul de față se va volosi următoarea schemă constructivă pentru adaptorul electronic

Schema explicativă pentru un curent de 4mA

Schema explicativă pentru un curent de 20mA

Calculul schemei blocului electronic

Se impune R1 = R2 » Rx

Se alege R1 = R2 = 10KΩ

Se alege Uz = 5V

Deoarece curentul minim prin ciruit este

Imin = Ix + Iz = 4mA

Se alege Ix = I2 = 2mA

I1 = (Ux – U1 )/ R1

Deci

U2 = U1 – R2 . I1 = U1 – (R2 / R1). (Ux – U1) = 2. (U1 – Ux)

unde

Ux = Ix . Rx . (1-l/x)

Pentru liniarizare este necesar ca

2 . U1 = Rx . I0

deci

U2 = (I0 . Rx ). x/l

rezulta ca

U1 = Rx . Ix / 2

= 59,5Ω . 2mA / 2

= 59,5mV

Se dimesioneaza R3 pentru R4 = Rx = 59,5Ω

U1 = Uz . Rx/(Rx + R3)

rezulta ca

R3/Rx + 1 = U2/U1

R3 = Rx . (Uz/U1 – 1)

= 59,5Ω . (5V/0,065V-1)

= 4,935K Ω

Se dimensioneaza Re

Re = Rx/16

= 8,1 Ω

Imax – Imin = Rx . I0 / Re

= 16mA

Deci rezulta ca variatia de curent pe distanta utila a elementului rezistiv va fi de 16Ma, de la 4mA la 20mA.

C A P I T O L U L 5

METODE DE CONDUCERE CU CALCULATORUL

5.1 Norme metrologice de verificare a aparaturii de măsurare debite și volume

Normele metrologice impun verificarea aparaturii la patru debite: Qn (debitul nominal), QM (debitul maxim), Qm (debitul minim) și QT (debitul de tranziție).

Justificarea normei este că aparatul trebuie să măsoare corect în toate situațiile posibile de consum.

Relațiile de calcul pentru cele 3 debite măsurabile corespund la 3 clase metrologice conform normei NML3-03/1-94, și sunt redate de tabelul 5.1.

Tabel 5.1

Valorile abaterilor tolerate sunt

pentru QM 0,4%

pentru QT și Qm …..0,2%

5.2 Principiul metodei

Instalând pe un calculator IBM PC Pentium programul TESTPOINT for Windows, se pot efectua verificările debitmetrelor cu diverse tipuri de mărimi de ieșire (REED sau OPTO).

Numărarea impulsurilor de la senzori se face printr-o procedură software care sesizează și contorizează schimbările unei linii de intrare numerică a unei plăci de achiziție de la 1 la 0; starea 1 (sus) înseamnă lipsă de impuls, starea 0 (jos) există impuls.

Pentru sesizarea și contorizarea impulsurilor primite de la sistemul de achiziție se utilizează o rutină pentru testarea cu frecvență suficientă a stării bitului. Numărul de impulsuri N este stocat într-un obiect matematic.

Pentru repetarea procedurii de testare a stării bitului și incrementarea condițională a numărului de impulsuri (N), se folosește un obiect timer generator de evenimente cu frecvență impusă de proces.

Lista de acțiuni a obiectului timer reprezintă rutina care se va executa periodic cu frecvența dorită.

In verificarea debitmetrelor, indiferent de mărimea de ieșire (OPTO sau REED), se folosește de un circuit electronic de alimentare a senzorului și adaptarea semnalului pentru corecția la intrarea numerică a plăcii de achiziție.

5.3 Programe folosite în sistemele de testare a debitmetrelor

Interfața sistemului de achiziție poate fi utilizată cu numeroase programe specializate: cel mai performant este TestPOINT for Windows.

Scrierea aplicațiilor sub sistemul de operare WINDOWS se face cu:

Programul MS Visual Basic for Windows

Borland TurboPascal for Windows

Elaborarea aplicațiilor permise de setul de funcții de bază (ce însoțește placa de achiziție), se face în limbajele de nivel superior cum ar fi:

Microsoft C/C++

Borland C-C++

Borland C/C++

Microsoft Visual C++

Prelucrarea informațiilor achiziționate cu placa de achiziție se poate face cu programele reprezentabile în plottere și imprimante

MS EXCEL

MS WORD

MS ACCES

Comanda elementelor hidro-mecanice din cadrul sistemului de testare

In fig. 5.2 este schematizată diagrama acțiunilor mecanice necesare testării. Notațiile conform schemei Fig. 5.2. O succesiune posibilă a acțiunilor este următoarea:

Stabilirea temei de testare

1.Setarea parametrilor de tip de aparat care să conțină QM, Qm, QT, s (eroarea are componentele 8m, sm și &r) Și DN; prin DN se determină forța de strângere F necesară a pachetului de aparate.

2.Setarea numărului de aparate (N), se stabilește lungimea pachetului de aparate de probă (ls), care determină cursa necesară a dispozitivului de fixare a pachetului (s = ls + lm)

Se pornește ciclul automat de testare

Forța de strângere (F) și cursa de montaj (s) determină:

3. MONTAJUL PROBEI când cele două condiții îndeplinite determină:

4.PORNIREA PROBEI și consecutiv se conectează debitul pompei direct în aparate, se reglează debitul minim Qpmjn și se setează automat timpul de probare (Td) funcție de Qm, DN și N înregistrați anterior.

5.PROBA HIDRAULICĂ este inițiată de sfârșitul reglajului Qpmin . Operatorul din observația pasivă a pachetului de probare deliberază asupra etanșeității acestuia;

– rezoluția NEETANȘ determină oprirea procesului de către operator prin comanda manuală STOP POMPĂ, iar când F=0, îndepărtare probă.

– rezoluția ETANȘ determină continuarea acțiunilor și determină după consumarea timpului T

6.CICLU MĂSURARE care are ca primă acțiune conectarea indirectă (prin rezervorul de nivel constant). Secvențele sunt următoarele:

pas 1 – Se reglează debitul QM și se înregistrează valoarea indicată de etalon (Qe) Și cea indicată de fiecare probă în parte (Qmi)

Se fac diferențele |Qe-Qmi|

pas 2 -Se reglează debitul Qm și se înregistrează valoarea indicată de etalon (QE) și cea indicată de fiecare probă în parte (Qmi)

Se fac diferențele |QE-Qmi

pas 3 – Se reglează debitul Qt și se înregistrează valoarea indicată de etalon (QE) și cea indicată de fiecare probă în parte (QTi)

Se fac diferențele |Qe-Qti

Raportând diferențele la QE se obțin 8m, £m și &r.

7.ÎNREGISTRAREA lui eMi, smi Și £ti distinct pentru fiecare aparat.

Se determină STOP POMPĂ.

8.EDITAREA REZULTATELOR permit printarea BULETINULUI DE TESTARE care după caz conține toate elementele relevante înregistrate în cursul acțiunilor:

Date de identificare

Datele standard pentru aparat

Parametrii de intrare

Rezultatele de evaluare a coformității

Un exemplar de buletin în anexa III.

5.5.Achiziția și prelucrarea datelor achiziționate de la debitmetre

Descrierea plăcii de achiziție, instalare, operare, caracteristici. Descrierea plăcii de achiziție, instalare, operare, caracteristici a) Caracteristicile interfeței DAS 1700

DAS 1700 este o interfață performantă de achiziție a semnalelor analogice și numerice destinată microcalculatoarelor compatibile IBM, produsă de firma KEITHLEY din S.U.A. Interfața poate fi configurată prin comutatoare pentru 16 canale de măsură simple sau pentru 8 canale diferențiale.

Intrările analogice pot fî configurate prin comutatoare pentru semnale unipolare (0-10V) sau bipolare (± IOV). Factorul de amplificare al fiecărui canal analogic poate fi asignat individual la valorile 1, 10, 100 sau 500. Rata de eșantionare maximă este de 100 KHz la o rezoluție de 12 biți.

Conversia analog/digitală poate fi inițiată prin comenzi software, prin comenzi hardware specifice interfeței sau prin comenzi externe. Transferul de date poate fi realizat printr-una din următoarele metode: prin programul de comandă, prin rutine de asistare a întreruperilor și prin acces direct la memoria RAM a microcalculatorului (DMA). Transferul de date pe magistrala ISA se face pe 8 biți.

Un numărător – cronometru cu 3 canale „programabil" asigură succesiunea operațiilor de intrare analogice sau generarea unor impulsuri de comandă cu o frecvență cuprinsă între 1 impuls/oră și 100 KHz. Același dispozitiv poate fi utilizat pentru a măsura frecvențe, perioade sau durate de impulsuri.

Interfața este prevăzută cu 4 intrări digitale unidirecționale și 4 ieșiri digitale unidirecționale, utilizabile pentru conducerea procesului de achiziție, sau pentru conducerea unor sisteme automate. DAS 1700 este prevăzută cu două canale de conversie digital – analogă (DAC) pe 12 biți. Ieșirile acestor canale configurate prin comutatoare între domeniile 0-5V, 0-10V, ± 5V, ± IOV. In plus, se poate utiliza o referință externă pentru a modifica aceste domenii, sau pentru a utiliza convertoarele ca atenuatoare.

Interfața DAS 1700 poate fi utilizată cu numeroase programe specializate. Dintre acestea, cel mai performant este TESTPOINT for WINDOWS.

Setul de funcții de bază (ce însoțește placa) permite elaborarea aplicațiilor în limbajele de nivel superior de programare: Microsoft C/C++, Borland C-C++, Borland C/C++, Microsoft Visual C++. De asemenea, este posibilă scrierea aplicațiilor sub sistemul de operare WINDOWS cu programele MS Visual Basic for Windows și Borland Turbo Pascal for Windows.

b) Caracteristicile programului TESTPOINT

TESTPOINT este un software specializat pentru utilizarea optimă a interfețelor de achiziție a datelor experimentale, elaborat de firma Capital Equipement Corporation din S.U.A.

Programul este conceput sub mediul de operare MS Windows, fiind orientat pe obiecte pentru a utiliza integral facilitățile oferite de acesta. Ca urmare, programul permite schimbul dinamic de date (DDE) între ferestrele de programare, lucrând simultan cu alte programe scrise sub Windows: editoare de texte, procesoare de date bănci de date etc. Astfel, TESTPOINT servește ca o interfață ideaală între diferitele aplicații concepute sub Windows și programele moderne de achiziție și prelucrare a datelor experimentale.

Programul permite utilizatorului elaborarea unor secvențe complexe de achiziție, calcul și prezentare a datelor experimentale, fără a fi necesară o pregătire de nivel înalt în programare. Pe de altă parte, el permite integrarea funcțiilor — proșram elaborate de utilizator în alte medii de programare. Secvențele de program sunt stabilite prin selectarea și deplasarea pictogramelor atașate funcțiilor rezidente în bibliotecă într-un panou al utilizatorului. Se constituie apoi o listă de accțiuni ai cărei parametri sunt tipul și numărul de eșantioane, modul de reprezentare grafică etc. Toate obiectele necesare în programul astfel constituit sunt amplasate secvențial într-o listă de obiecte.

Biblioteca matematică a programului permite efectuarea unui mare număr de calcule științifice complexe, ca de ex. Transformata Fourier directă și inversă.

Informațiile achiziționate cu DAS 1700 sub TESTPOINT pot fi imediat prelucrate cu MS EXCEL, MS WORD, MS ACCESS etc. și pot fi reprezentate grafic pe plottere sau imprimante.

In lucrare s-a realizat o aplicație pentru achiziția și prelucrarea datelor cu ajutorul produsului software TestPoint. Aplicația realizată permite achiziționarea și prelucrarea datelor de la debitmetrele probate și debitmetrele etalon din componența unui stand de verificare a debitmetrelor de apa, permițând creșterea eficienței procesului de verificare a debitmetrelor, prin creșterea gradului de automatizare a standului.

Determinarea erorii de măsurare se face pentru debitele caracteristice Qmin, Qt, Qmax, prin compararea cu indicația unor debitmetre etalon (MID). Aplicația permite verificarea debitmetrelor prevăzute cu posibilitatea transmiterii la distanță a mărimii măsurate, atât a celor cu ieșire în semnal analogic, cât și a celor cu ieșire digitală sau în impulsuri.

Aplicația realizată furnizează o interfață comodă cu utilizatorul, care se prezintă sub forma unor ferestre (paneluri) care sunt afișate succesiv pe display-ul calculatorului, odată cu evoluția procesului de probare a debitmetrelor. Există o fereastră de inițializare (fig.5.3), o fereastră principală a aplicației și mai multe ferestre secundare. In fiecare fereastră sunt dispuse elemente de comandă de tipul "pushbutton" pentru declanșarea unor operații, câmpuri de introducere a valorilor unor parametri ai regimului de probare, casete de vizualizare a unor mărimi măsurate, indicatoare de semnalizare, etc. In fig.5.4 este prezentată lista de acțiuni pentru inițializarea aplicației și trecerea la fereastra principală. Fereastra principală a aplicației este prezentată în fig. 5.5. Butoanele "strângere" și "desfacere" permit realizarea operației de strângere rapidă și etanșare a liniei hidraulice după instalarea unei noi serii de debitmetre de verificat. De asemenea, în această fereastră există câmpuri pentru introducerea și vizualizarea unor date caracteristice pentru debitmetrele verificate și parametrii regimului de probare, precum și pentru eroarea maximă impusă.

Prin apăsarea (cu ajutorul mouse-ului) butonului "continuă" se afișează fereastra corespunzătoare operației de amorsare (aerisire) a liniei hidraulice (fig. 5.6). Fereastra conține un obiect de tipul potențiometru alunecător (slider) pentru setarea timpului alocat operației de aerisire a liniei hidraulice. Prin apăsarea butonului "aerisire" se pornește operația de aerisire, care durează un timp egal cu valoarea introdusă de la cursorul-slider, după care este afișată fereastra pentru operațiile de verificare propriuzisă (fig. 5.8). Acțiunile executate pentru operația de amorsare sunt cuprinse în fereastra de acțiuni a butonului "aerisire", prezentată în fig. 5.7. Fereastra conține trei butoane-'Verificare Qmax", "verificare Qt" și "verificare Qmin"- pentru operațiile de verificare la cele trei debite caracteristice de probare, un buton pentru întoarcerea la fereastra principală, după încheierea operațiilor de verificare pentru un set de debitmetre, precum și un buton pentru oprația de generare automată a buletinelor de probare a debitmetrelor. In fig. 5.9 se arată fereastra de verificare la debitul maxim care este afișată pe display-ul calculatorului electronic după aleegerea opțiunii "Verificare Qmax". Ferestrele pentru verificările la celelalte debite caracteeristice sunt similare. In fîg. 5.10 se prezintă fereastra de acțiuni a cursorului alunecător "Iqmax", în care sunt cuprinse instrucțiunile (acțiunile) care se execută ori de câte ori cursorul este mișcat. Prin aceasta se poate regla valoarea curentului electric de comandă a ventilului electromagnetic pentru reglarea debitului la care se face probarea.

Funcționarea aplicației realizează următoarele trei operații principale": achiziționarea datelor de la cele trei debitmetre etalon MID; achiziționarea datelor de la debitmetrele probate; prelucrarea datelor și afișarea rezultatelor. Prin folosirea facilităților de programare vizuală ale produsului TestPoint s-a reușit executarea unei aplicații software care îndeplinește cu succes cele trei sarcini principale prezentate mai sus, asigurând o exploatare ușoară a aplicației și o interfață comodă cu utilizatorul, precum și o bună acuratețe a măsurării.

Achiziția datelor de Ia debitmetrele etalon.

Standul de verificare a debitmetrelor este echipat cu trei debitmetrt electromagnetice de tipul MAG 3100 având diametrele nominale respective de 15, 40 și 150 mm. Acestea au ieșire în semnal analogic de tensiune, furnizând o tensiune de 200 mV la un debit de 400 m3/h, caaracteristica fiind liniară. Ele sunt prevăzute și cu display pentru citirea pe loc a debitului, alimentat la tensiunea de 5V c.c.

In scopul achiziției datelor de la aceste debitmetre etalon se folosește o rilacă de achiziție de date dotată cu (cel puțin) un convertor A/D (analog/digital), cu un total de cel puțin trei canale de achiziție. Această placă de achiziție constituie dispozitivul hardware necesar achiziției datelor de la debitmetrele etalon. Software-ul aferent este constituit din aplicația TestPoint.

Semnalul analogic în tensiune continuă furnizat de cele trei debitmetre etalon este captat folosind un obiect A/D cu trei canale, câte un canal pentru fiecare debitmetru etalon. Canalele sunt numerotate începând de la zero.Obiectul A/D este instrumentul software folosit în TestPoint pentru gestionarea operațiiilor cu convertoarele annalog/digitale, acestea fiind, dispozitive hardware de pe placa de achiziție. Pentru a folosi plăci de achiziție de date și deci convertorul A/D trebuiesc efectuate setările hardware, software și ale programului Testpoint. Setările programului Testpoint referitoare la plăcile A/D, cuprinse în fișierul de configurare Testpt.ini sunt arătate în fig. 5.11. Fereastra de setări a obiectului A/D MID este prezentată în fig. 5.12. Instrucțiunile pentru citirea datelor de la debitmetrul etalon sunt incluse în lista de acțiuni a butonului "măsoară" din ferestrele corespunzătoare verificării la Qmax, Qt și Qmin (fig.5.13).

Achiziția de date de la debitmetrele verificate

Debitmetrele verificate prevăzute cu traductoare teletransmit informația sub formă de impulsuri număruul lor (N) fiind proporțional cu debitul măsurat (Q):

Q = kN Modul de ordonare a datelor este următorul:

La o gamă de DN-uri pentru

Tipul de traductor M1 un impuls corespunde volumului V1

Tipul de traductor M2 un impuls corespunde volumului V2

Pentru achiziția cu ajutorul calculatorului electronic a debitului măsurat cu aceste debitmetre este necesară folosirea unui convertor de frecvență a impulsurilor (FM85 sau FM-1 D/K). Acestea permit achiziționarea simultană a semnalelor de la două debitmetre.

Convertoarele transmit semnalele măsurate

sub formă analogică (iunificat= 0…20 mA)

sub formă digitală

Prelucrarea datelor achiziționate de la debitmetre

Datele achizițonate de la aparatele de măsură sub forma unor tensiuni electrice sunt convertite în unități de debit prin intermediul unor obiecte matematice, care conțin formula de transformare a mărimilor, în funcție de constanta aparatelor respective. De exemplu, debitmetrele etalon (MID) au constanta egală cu 0,2 V / 400 m/h. Fereastra de setări a obiectului matematic debitmetrul se arată în fig.5.14, în care se observă că formula matematică utilizată face extragerea valorii dintr-o listă, aceasta pentru că obiectul A/D cu mai multe canale oferă mărimile achiziționate de la canalele l..n sub forma unei liste.

Valoarea debitului măsurat cu ajutorul debitmetrului etalon și a debitmetrelor probate sunt afișate prin intermediul unor obiecte de tip display. Calcularea erorii se face cu ajutorul unor obiecte matematice care calculează diferența dintre debitul măsurat cu debitmetrul etalon și cel al debitmetrelor probate. Erorile celor patru debitmetre probate sunt afișate în partea dreaptă a ferestrei cu ajutorul obiectelor de tip display . De asemenea s-au folosit indicatoare de semnalizare a depășirii erorii admisibile, care permit evidențierea rapidă și cu ușurință a debitmetrelor care nu dau rezultate corespunzătoare.

Generarea buletinelor de probare se face automat, folosindu-se facilitatea DDE (schimbul dinamic de date între programe) pentru actualizarea automată a unor zone de text dintr-un document Word (fig.5.15). In TestPoint aceasta s-a realizat folosind un obiect DDE. în fig. 5.16 se arată cum a fost setat obiectul DDE Buletin pentru a realiza comunicarea cu programul Word.

5.6.Utilizarea produselor software pentru testarea debitmetrelor Măsurarea volumului de fluid cu debitmetrele etalon

Semnalul analogic furnizat de debitmetrul MID este cules cu ajutorul plăcii de achiziție.

In procesul de elaborare a aplicației software aferentă standului, s-a folosit, pentru a simula semnalul MID, o sursă de tensiune reglabilă, de precizie. Astfel s-a putut realiza integrarea în timp a unei tensiuni variabile între 0 și IOV, ceea ce corespunde plajei de curent unificat a semnalului MID.

Pachetul TestPoint dispune de facilități avansate pentru prelucrarea matematică a datelor achiziționate. Folosind acțiunea Acquire a obiectului A/D, având ca parametri numărul de mostre N și intervalul de eșantionare dt, se generează în mod automat un vector de N valori.

Realizarea integralei prin metoda trapezului se realizează cu funcția de integrare numerică integrate, folosind un obiect matematic (Math).

Frecvența de eșantionare se specifică în lista de parametri a acțiunii Acquire, fie printr-un număr, de exemplu:

1) Acquire A/D 1 #samples= 100, rate= 100 Hz fie prin șirul de caractere "externai", caz în care înseamnă că se va folosi pentru
eșantionare semnalul de "clock" al hardware-ului plăcii de achiziție:
1) Acquire A/Dl #samples=100, rate="external"

Lista de acțiuni pentru măsurarea și afișarea consumului de apă cu ajutorul unui MID este:

Acquire A/Dl #samples=100, rate=10Hz

Calculate Math 1 with yvect=A/Dl, dx = 0.1, k=constanta etalonare

Set Displayl to , Mathl

unde obiectul matematic Mathl este setat să calculeze formula: k* [index(integrate(yvect,dx), dim(yvect)-1)]

5.7.2 Verificarea contoarelor în frecvență de impulsuri

Eroarea de măsurare a unui contor poate fi exprimată și în debite:

E = (Q – Qe )*100% / Qe

Pentru determinarea într-un timp scurt a erorii de măsurare se face proba în domeniul frecvenței de impulsuri. Acest tip de probă este foarte util pentru că permite efectuarea operației de calibrare a unui aparat într-un timp scurt și deci cu un consum energetic redus.

Operația de verificare în frecvență pentru un contor decurge numărându-se un număr de impulsuri N impus și măsurându-se intervalul de timp în care s-au produs cele N impulsuri. Pentru eliminarea erorilor timpul se măsoară exact din momentul în care s-a produs un impuls (numerotat cu 0) și până în momentul când s-a produs al N-lea impuls (pe frontul descrescător). Frecvența impulsurilor rezultă din formula

f= N / ∆t

iar debitul se calculează cu relația

Q = f*∆V

unde ∆V este cantitatea de apă corespunzătoare unui impuls.

Debitul etalon se obține ca fiind media debitelor instantanee în intervalul de timp ∆t, măsurate în N+l momente de timp, unde valorile debitelor instantanee sunt date de semnalul analogic achiziționat de la debitmetrul etalon magneto-inductiv (MID) și se calculează cu relația: Qi=K.ei

ei fiind tensiunea (în volți) achiziționată pe convertorul analog/digital A/D la momentul de timp ti, iar K – constantă de transformare tensiune-debit, măsurată în (m3/h)/V.

Senzorii folosiți sunt de tip REED sau OPTO, cei de tip OPTO având un increment AV mai mic (cu unul sau două ordine de mărime) decât cele REED.

Senzorii REED se leagă direct la intrările digitale ale plăcii de achiziție. Senzorii OPTO în schimb, necesită un montaj electronic pentru alimentarea senzorului și pentru adaptarea semnalului. Acest montaj este reprezentat în figura de mai jos:

Funcționarea aplicației și modul de lucru pentru testarea contoarelor de apă cu ieșire în impulsuri

Se pornește calculatorul

Se deschide fișierul executabil sau fișierul sursă al aplicației

Se face click cu mouse-ul pe butonul „Verificare în frecvență(debit)"

In panelul care apare se face click pe butonul „Setări"

Se introduc datele privind contoarele probate

Se activează switch-ul „Proba la Qmin" (se pune în poziția ON)

Se face click pe butonul „Exit Setări"

Se verifică dacă constantele dv și K sunt cele corecte și eventual se fac modificările necesare

Se introduce valoarea N (fie prin tastatura, fie cu ajutorul slider-ului) a numărului de impulsuri care se vor număra \

Se face click pe butonul „Start regim de probă"

Se așteaptă până ce proba se încheie

Se citește eroarea pentru fiecare contor, în casetele „Eroare 1%", „Eroare 2%"

Se face click pe butonul „Setări"

Se dezactivează switchul „Proba la Qmin"

Se activează switch-ul „Proba la Qt" (se pune în poziția ON)

Se face click pe butonul „Exit Setări"

Se introduce valoarea N (fie prin tastatura, fie cu ajutorul slider-ului) a numărului de impulsuri care se vor număra

Se face click pe butonul „Start regim de probă"

Se așteaptă până ce proba se încheie

Se citește eroarea pentru fiecare contor, în casetele „Eroare 1%", „Eroare 2%"

Se face click pe butonul „Setări"

Se dezactivează switchul „Proba la Qt"

Se activează switch-ul „Proba la Qn" (se pune în poziția ON)

Se face click pe butonul „Exit Setări"

Se introduce valoarea N (fie prin tastatura, fie cu ajutorul slider-ului) a numărului de impulsuri care se vor număra

Se face click pe butonul „Start regim de probă"

Se așteaptă până ce proba se încheie

Se citește eroarea pentru fiecare contor, în casetele „Eroare 1%", „Eroare 2%"

Se face click pe butonul „Exit"

Se face click pe butonul „Completează buletin"

Se fac completările de rigoare dacă este cazul (producător, nume, comentarii)

Se face click pe butonul „Exit"

Se face click pe butonul „Tipărește buletin"