Программно-аппаратный комплекс - расходомер-счетчик ультразвуковой «Иволга» предназначен для измерения скорости течения, объемного расхода и объема жидкостей в водоводах с напорным режимом течения. Под напорным режимом течения подразумевается полное заполнение жидкостью поперечного сечения водовода в створе измерений. Измеряемые параметры регистрируются как при прямом, так и при реверсивном течении, при этом учет ведется как для каждого направления течения отдельно, так и в балансе. Применяется в различных отраслях народного хозяйства для решения следующих задач:
- узлы коммерческого и технологического учета
- контроль нештатных ситуаций в технологических процессах
- цифровизация средств измерений промышленных предприятий
- водный аудит
- временные измерения
- предпроектные изыскания и проч.
В общем случае расходомер состоит из следующих составных частей:
- вторичный преобразователь
- комплект первичных преобразователей
- кабели соединения первичных преобразователей
- монтажные аксессуары для размещения и закрепления первичных преобразователей
Основные элементы расходомера-счетчика Иволга
- вторичный преобразователь измерительный (ВПИ)
- вторичный преобразователь промежуточный (ВПП) (опция)
- комплект первичных преобразователей с кабелями (ПП)
- монтажные аксессуары
Вторичные преобразователи расходомера Иволга
Доступны три исполнения вторичных измерительных преобразователей.
Исполнение «Ц» («цифровое»):
Вторичный измерительный преобразователь исполнения «Ц» (цифровой) оснащен сенсорным экраном диагональю 4.3’’ и в базовой комплектации имеет только цифровые интерфейсы (RS485, Ethernet) для взаимодействия с контроллерами и верхним уровнем системы АСУ (опционально может быть установлен только один интерфейсный модуль с импульсным выходом, аналоговым выходом или 4G модемом). Наличие установленного интерфейсного модуля с беспроводным 4G модемом, позволит производить удаленную наладку и администрирование, а также передачу данных на любой удаленный облачный сервис по протоколу MQTT. Возможна передача данных в облако vCloud (НКФ «Волга»). Может иметь только один комплект ПП, установленный на одном створе измерений (водоводе).
Исполнение «П» («промышленное»)
Вторичный измерительный преобразователь исполнения «П» (промышленный), в отличие от исполнения «Ц», оснащен сенсорным экраном диагональю 7’’ и, в дополнение к цифровым интерфейсам, может иметь на борту любые два интерфейсных модуля (импульсные выходы, аналоговые выходы, 4G модем) для подключения к существующим УСПД и контроллерам системы АСУ. Может иметь от одного до четырех комплектов ПП, установленных на одном, двух, трех или четырех различных створах измерений (водоводах).
Исполнение «Н» («переносной»)
Вторичный измерительный преобразователь исполнения «Н» (переносной) предназначен для организации кратко- и среднесрочных временных измерений и выполнен в виде пластикового кейса с сенсорным экраном диагональю 7’’. Опционально доступно автономное электропитание от встроенных или внешних аккумуляторных батарей. Может иметь от одного до четырех комплектов ПП, установленных на одном, двух, трех или четырех различных створах измерений (водоводах).
Электропитание ВПИ исполнений «Ц» и «П» может осуществляться от источника переменного тока (220В, 50Гц) или постоянного тока 24В. Электропитание ВПИ исполнения «Н» может осуществляться от сети переменного тока (220В, 50 Гц), встроенной и/или внешней аккумуляторной батареи.
Опционально расходомеры могут оснащаться интерфейсными модулями ввода-вывода:
• ВМЛ.АВЫХ - 4 аналоговых выхода 4-20 мА, 0-10 В
• ВМЛ.АВХ – 4 аналоговых входа 4-20 мА для подключения дополнительных первичных преобразователей
• ВМЛ.ДВВ – 8 дискретных входов, 7 частотных/импульсных/дискретных выходов
• ВМЛ.4G – 4G модем для удаленного подключения к расходомеру по беспроводным 4G сетям и передачи данных в сетях IIoT
Первичные преобразователи расходомера Иволга
| ФОТО | МОДЕЛЬ | ОПИСАНИЕ |
 |
НС-01,НС-02,НС-03 | Первичные преобразователи накладные снаружи |
 |
НС-01ВТ,НС-02ВТ,НС-03ВТ | Первичные преобразователи накладные снаружи высокотемпературные |
 |
НС-04 | Первичные преобразователи накладные снаружи |
 |
П-01 | Первичный преобразователь однолучевой, полнопроходной |
 |
П-02 | Первичный преобразователь двухлучевой, полнопроходной |
 |
ВР-01 | Первичный преобразователь врезной |
 |
Интерфейсный модуль: 4G, WiFi | |
 |
Кабель первичного преобразователя серий НС/ В/ П, экранированный, надводный | |
|
Кабель первичного преобразователя серии НИ, экранированный, подводный, ПЭВП оболочка | |
 |
Удлинитель системы точного позиционирования для первичных преобразователей НС-04/НС-05 | |
 |
Монтажные хомуты для установки первичных преобразователей ВР-01/ВР-01У на неметаллические трубопроводы (пластик, керамика, асбест, бетон и т.п.) |
.
По типу монтажа на водовод первичные преобразователи могут быть накладными снаружи, врезными, накладными изнутри и полнопроходными. Они позволяют разместить створ измерений на любом водоводе, изготовленном из любого материала с учетом конструктивных особенностей.
Типы первичных преобразователей: врезные, накладные снаружи и накладные изнутри.
Накладной снаружи тип ПП не имеет контакта с измеряемой средой, а ультразвуковой сигнал проходит через стенку трубопровода и футеровку. Использование данного типа ПП целесообразно в следующих приложениях:
• контакт излучателя с измеряемой средой нежелателен (например, агрессивные среды, высокая температура или пищевые продукты)
• высокое давление (свыше 3 МПа)
• по каким-либо причинам нельзя нарушать целостность стенок трубопровода
• организация временных измерений.
Для корректной работы накладных снаружи ПП необходимо точно знать скорость распространения звука в материалах стенки трубопровода и футеровки (при наличии).
Также на корректность показания расходомера с накладными ПП влияют:
• отложения на внутренних стенках трубопровода;
• ухудшение контакта излучателя со стенкой вследствие потери свойств звукопроводящей смазки (геля) между излучателем и стенкой трубопровода;
• подвижность ПП на трубопроводе и изменение его первоначального положения (например, вследствие вибрации или ослабления крепежных приспособлений).
Диапазоны расходов в зависимости от DN.
| DN (Ду, мм) | Мин. расход, м3/ч | Макс. расход, м3/ч | Тип ПП |
| 25 | 0,018 | 21,206 | НС, П |
| 32 | 0,029 | 34,744 | НС, П |
| 40 | 0,045 | 54,287 | НС, П |
| 50 | 0,071 | 84,823 | НС, П |
| 65 | 0,119 | 143,351 | НС, П |
| 80 | 0,181 | 217,147 | НС, П |
| 100 | 0,283 | 339,292 | НС, ВР, П |
| 125 | 0,442 | 530,144 | НС, ВР, П |
| 150 | 0,636 | 763,407 | НС, ВР, П |
| 200 | 1,131 | 1357,168 | НС, ВР, П |
| 250 | 1,767 | 2120,575 | НС, ВР, П |
| 300 | 2,545 | 3053,628 | НС, ВР, П |
| 350 | 3,464 | 4156,327 | НС, ВР, П |
| 400 | 4,524 | 5428,672 | НС, ВР |
| 450 | 5,726 | 6870,663 | НС, ВР |
| 500 | 7,069 | 8482,3 | НС, ВР |
| 600 | 10,179 | 12214,51 | НС, ВР |
| 700 | 13,854 | 16625,31 | НС, ВР |
| 800 | 18,096 | 21714,69 | НС, ВР, |
| 900 | 22,902 | 27482,65 | НС, ВР |
| 1000 | 28,274 | 33929,2 | НС, ВР |
| 1200 | 40,715 | 48858,05 | НС, ВР |
| 1400 | 55,418 | 66501,23 | НС, ВР |
| 1600 | 72,382 | 86858,75 | НС, ВР |
| 1800 | 91,609 | 109930,6 | НС, ВР |
| 2000 | 113,097 | 135716,8 | НС, ВР |
| 2200 | 136,848 | 164217,3 | НС, ВР |
| 2400 | 162,86 | 195432,2 | НС, ВР |
| 2800 | 221,671 | 266004,9 | НС, ВР |
| 3000 | 254,469 | 305362,8 | НС, ВР |
| 3400 | 326,851 | 392221,6 | НС, ВР |
| 4000 | 452,389 | 542867,2 | НС, ВР |
Методика измерений
Времяимпульсный метод измерения расхода основан на разном времени прохождения акустического сигнала под углом к вектору скорости потока в прямом и обратном направлении течения.
Траектория УЗ сигнала при врезном и накладном снаружи способах монтажа.
В результате измерения разницы времени прохождения сигнала в прямом и обратном направлениях, при известной длине акустического луча, становится возможным определить компоненту скорости, добавленную течением воды. Для реализации этого метода на стенках водовода устанавливаются акустические преобразователи, которые формируют акустический луч под углом α к потоку, излучая и принимая ультразвуковой сигнал.
T=L/c+ε*Vα*cosα,
где:
T - время прохождения акустического сигнала;
L - длина акустического луча в измеряемой среде;
c - скорость звука в воде;
α - угол между осью трубопровода и акустическим лучом;
Vα - средняя по лучу скорость течения воды вдоль оси водовода;
ε – знаковый коэффициент (ε=-1 при движении акустического сигнала по течению «Tпрям» и ε=1 при движении акустического сигнала против течения «Tобр»).
Таким образом, зная время прохождения ультразвуковой волны в прямом и обратном направлениях, становится возможным определить среднюю скорость течения жидкости по оси водовода через акустический луч.
vα=(L/2cosα)*(1/Tпрям−1/Tобр)
Объемный расход определяется как произведение площади поперечного сечения на среднюю скорость через акустический луч.
Q=vα∗S
Двухлучевая однохордовая схема размещения первичных преобразователей используется в случае необходимости уменьшения длины прямых участков до и после створа измерений. В этом случае расход определяется как
Q=1/2(Q1+Q2)
где:
Q1 – расход определенный по формуле 1 для луча 1;
Q2 – расход определенный по формуле 1 для луча 2.
Использование штатных ПП позволяет реализовать три траектории распространения ультразвуковой волны через измеряемую среду – схемы: «Z», «V» и «П».
Схемы размещения ПП
Для того, чтобы створ измерений был всегда в напорном течении, рекомендуются следующие схемы его размещения:
Рекомендуемые схемы размещения створа измерений.
Не допускается наличие сильной вибрации в месте размещения створа измерений. При наличии вибрации следует принять меры по её уменьшению, например - дополнительная фиксация участка трубопровода.
Однохордовые схемы размещения первичных преобразователей чувствительны к неравномерности эпюры распределения скоростей в потоке, поэтому необходимо соблюдать требования к длинам прямых участков до и после центра створа измерений. Данные требования указаны в таблице 3. Все расстояния указаны до центра створа измерений.
Минимальные длины прямых участков до и после створа измерения определяются по следующей зависимости:
Д = К · Ш
где К - относительная длина прямого участка
Ш – ширина водовода (в случае водовода круглого сечения – диаметр условного прохода Ду)
Д – длина прямого участка
Минимальные длины прямых участков в стандартных условиях.
|
Тип гидравлического сопротивления |
Относительная длина прямого участка К |
|||
|
Однолучевые схемы 1ZНС, 1VНС, 1ПВР, 1VВР, 1ZВР, 1ZПП, 1ZНИ |
Двухлучевые схемы 2ZНС, 2VНС, 2VВР, 2ZВР 2ZНИ |
|||
|
Выше по течению |
Ниже по течению |
Выше по течению |
Ниже по течению |
|
|
Конфузор (сужение) |
5 |
3 |
3 |
1 |
|
Диффузор (расширение) |
10 |
2 |
6 |
1 |
|
90о колено |
10 |
2 |
6 |
1 |
|
Насос |
30 |
3 |
15 |
3 |
|
Регулирующая задвижка |
30 |
3 |
15 |
2 |
|
Тройник |
10 |
6 |
6 |
4 |
- Узлы коммерческого и технологического учета
- Цифровизация средств измерения промышленных предприятий
- Водный аудит
- Временные измерения
- Предпроектные изыскания
|
Наименование характеристики |
Значение |
|
Допустимый диаметр водовода DN или его ширина для первичных преобразователей, мм |
|
|
НС-01, НС-01ВТ |
От 25 до 100 |
|
НС-02, НС-02ВТ |
От 50 до 700 |
|
НС-03, НС-03ВТ, НС-04ВТ |
От 300 до 6000 |
|
ВР-01 |
От 100 до 6000 |
|
ВР-02 |
От 800 до 6000 |
|
П-01, П-02 |
От 50 до 1000 |
|
НИ-01 |
От 1000 до 4000 |
|
НИ-02 |
От 3000 до 6000 |
|
Диапазон измерения скорости потока, м/с |
От 0,01 до 12 |
|
Относительная погрешность измерения объемного расхода и объема, % |
|
|
накладные первичные преобразователи НС |
±(1,5+0,4/v) |
|
врезные первичные преобразователи ВР |
±(1,2+0,4/v) |
|
полнопроходной первичный преобразователь П |
±(1+0,4/v) |
|
полнопроходной первичный преобразователь П при калибровке методом непосредственного сличения |
±(0,5+0,4/v) |
|
накладные изнутри первичные преобразователи НИ |
±(1,5+0,4/v) |
|
Максимальное давление в трубопроводе для ВР-01, МПа |
1,6 |
|
Максимальное давление в трубопроводе для ВР-02, МПа |
3 |
|
Максимальное давление в трубопроводе для накладных снаружи ПП, МПа |
Определяется эксплуатационным ограничением трубопровода |
|
Максимальное давление в трубопроводе для НИ-01, НИ-02, МПа |
5 |
|
Максимальное давление в трубопроводе для П-01, П-02, МПа |
1,6 |
