Окрім круглого перерізу використовують прямокутну форму каналу перетворювача електромагнітного витратоміра. Тут електродами являються прямокутні пластини, рівні по ширині боковим стінкам каналу, паралельним магнітному полю і тими які знаходяться між полюсами магнітної системи. Як показали теоретичні дослідження, при такій формі каналів різниця потенціалів на пластинчатих електродах визначається середньою швидкістю потоку і не залежить від профілю швидкостей навіть при порушенні його осьової симетрії. Причина цього полягає в усередненні дії пластинчатих електродів.

Прямокутна форма каналу дозволяє також в порівнянні з каналом круглого перерізу рівновеликої форми отримати велику величину індукованої ЕРС при одній і тій же величині магніторушійній силі електромагніту. Це досягається шляхом збільшення відношення сторін b/а прямокутного перерізу каналу, в результаті чого зменшується міжсталевий зазор магнітної системи і збільшується індукція магнітного поля.

Зважаючи на складність виготовлення каналу прямокутного профілю особливо для великих витрат цей профіль, незважаючи на відмічені його переваги, не отримали розповсюдження на практиці. Він застосовується іноді в дослідних і лабораторних зразках витратомірів, особливо він підходить для зразкових або контрольних приладів, від яких вимагається підвищена точність вимірювання.

Вплив осаду.

Внаслідок незалежності показань електромагнітного витратоміра від числа Re і від епюри швидкостей при осесиметричному потоці, концентрично розташований осад на внутрішніх стінках труби не буде впливають на показання, якщо осад буде мати ту ж провідність, що й рідина, але по мірі втоплення осаду його провідність ?0 буде ставати меншою провідності в рідині. При цьому шунтуючий ефект шару знизиться, і напруги на електродах зростає на величину, яка буде залежать як від товщини шару осаду, так і від відношення провідностей ?/?o (рис. 5.3).

В роботі [2] отримано вираз для поправочного коефіцієнта, який враховує вплив осаду

(5.3)

де r? і r0 -- радіуси труби і шару осадів.

При правильному підборі вхідного опору вимірювального ланцюга можна в значній мірі скомпенсувати збільшення е. р. с, що відбувається за рахунок осадів, падінням напруги на опорі самого осаду .

В усіх випадках, коли можливе одностороннє випадіння осаду, рекомендується перетворювач електромагнітного витратоміра встановлювати на вертикальному ділянки трубопроводу або застосовувати нерівномірне магнітне поле, задовольняюче умові BW = const.

Рис. 5.3 Вплив осаду на похибку Q електромагнітного витратоміра при звуженні площі прохідного перерізу труби на: 1 - 19%; 2 - 36%; 3 - 50%

Метою даного розділу є дослідження способів поліпшення метрологічних характеристик електромагнітних витратомірів. Розглянемо різноманітні конструктивні рішення, які ведуть до поліпшення метрологічних характеристик (підвищення точності надійності).

5.2 Методи покращення метрологічних характеристик електромагнітних витратомірів

Збільшення точності вимірювання витрати електромагнітним витратоміром за допомогою зменшення розсіювання магнітної енергії

Технічний результат, створюваний винаходом [13] є таким, що, забезпечується зменшення розсіювання магнітної енергії, збільшується екранування від зовнішніх магнітних полів без значного підвищення вартості приладу.

Винахід забезпечує підвищення чутливості і точності вимірювання завдяки тому, що магнітопровід виконує функцію магнітного екрана.

Зміна конструкції магнітопроводу призводить до зміни конфігурації магнітних силових ліній у витратомірі: ліквідовано додаткові магнітні кола , утворені електромагнітом і фланцями корпусу. Через те , що магнітопровід екранує більшу частину електромагніта, він виконує функцію захисного екрана. Технічний результат, який при цьому досягається, полягає у зменшенні втрат магнітного поля за рахунок зменшення його розсіювання та збільшенні екрануючих властивостей магнітопроводу від впливу зовнішніх магнітних полів.

Електромагнітний витратомір (рис.5.4) містить корпус 1, виконаний з алюмінію і має форму труби. У корпус поміщений ділянку трубопроводу 2, виконаного з немагнітного матеріалу. Внутрішня поверхня трубопроводу покрита шаром 3 неелектропроводної ізоляції, наприклад фторопластом. Трубопровід встановлений між полюсами електромагніту 4. У трубопроводі встановлені електроди 5. Вони повинні бути встановлені в площині, перпендикулярній напряму силових ліній поля електромагніту. По обидві сторони електромагніта на трубопровід 2 надіті дві пластини 6, встановлені паралельно один одному. Пластини 6 з'єднані одна з одною скобами 7, які встановлені паралельно осі трубопроводу 2 і жорстко з'єднані з відповідним сердечником електромагніта . Частина кожної пластини магнітопроводу, спряжена зі скобою, виконана у формі частини кола, а скоба виконана у формі циліндричної поверхні, радіус якої дорівнює радіусу кола пластини. Скоби і пластини виконані з електротехнічної сталі. Ширина скоб може дорівнювати ширині пластин, але може бути і ширше. У другому випадку екрануючі властивості магнітопроводу будуть кращі.



Рис. 5.4. Схематичне зображення електромагнітного витратоміра: 1 - корпус, 2 - екран, 3 - шар неелектропровідної ізоляції, 4 - полюса електромагніту, 5 - електроди, 6 - дві пластини, 7 - скоби

Вимірювання показують , що при виконанні витратоміра відповідно до описаної вище конструкцією втрати магнітного поля скорочуються на 20-25 відсотків. Метод збільшення точності вимірювання витрати зі складною кінематичною структурою потоку Технічний результат, створюваний винаходом [14] є те, що він може точно вимірювати витрату рідин зі складною кінематичної структурою потоку (рис. 5.5).

Рис. 5.5 Схема розташування котушок і електродів на трубі витратоміра: 1 - труба, 2 - електроди, 3 - індукційні котушки, 4 - магнітопровід



Метою пропонованого винаходу є підвищення точності вимірювання витрати при складних розподілах швидкості потоку в робочому обсязі каналу витратоміра. Ця мета досягається тим, що в пропонованому витратомірі є можливість обчислювати витрату з урахуванням поправки на асиметрію розподілу швидкості по двох взаємно ортогональними напрямками поперечного перерізу каналу.

Як відомо, будь-яку складну кінематичну структуру потоку можна представити як суму двох структур , описуваних за взаємно ортогональними напрямками поперечного перерізу каналу, що перетинаються в центрі каналу.

Відмінність витратоміра в тому, що він має два однакових ЧЕ, розміщених поруч на одній трубі, але розгорнутих по осі каналу відносно один одного на 90?. Труба з двома ЧЕ охоплена одним загальним циліндричним магнітопроводом, причому вісь магнітопроводу збігається з віссю каналу. Для того щоб робочі перерізи у каналі з електродами обох ЧЕ були б максимально наближені, індукційні котушки розташовані на трубі у шаховому порядку у два ряди таким чином, що суміжні котушки практично примикають своїми гранями ромба один до одного, а гострими кутами ромба до електродів . При цьому кожна пара електродів і пара індукційних котушок взаємно розташовані на трубопроводі за традиційною схемою електромагнітного витратоміра. Кожна індукційна котушка розташована на трубі короткою діагоналлю вздовж твірної труби, а довгою діагоналлю - по периметру труби. Причому котушки на трубі розташовуються таким чином, що довгі осі ромба котушок складають частину периметра труби , на якому розташовані електроди, а зовнішня сторона кожної котушки гострими кутами ромба близько примикає до електродів, встановленим на трубі протилежно один одному по діаметру каналу.

Причому площини, що проходять через лінію, що сполучає електроди і вісь труби кожного ЧЕ, повернені щодо один одного навколо осі каналу на 90?. Вимірювальний пристрій забезпечує вимірювання сигналів електродів і струмів харчування у двох ЧЕ. Алгоритм обчислення витрати має вигляд:

(5.4)

де величини U11, U12, I11, I12 відносяться до першого ЧЕ, U21, U22, I21, I22 до другого ЧЕ, U11, I22 - напруга між електродами першого ЧЕ і струм живлення індуктора при згодному включенні котушок збудження магнітного поля, U21, I22 - напруга між електродами другого ЧЕ і струм живлення індуктора при згодному включенні котушок збудження магнітного поля, U12, I22 - напруга між електродами і струм живлення індуктора першого ЧЕ при зустрічному включенні котушок збудження магнітного поля, U22, I22 - напруга між електродами і струм живлення індуктора другого ЧЕ при зустрічному включенні котушок збудження магнітного поля; b і с - коефіцієнти, що визначаються розрахунковим або експериментальним методами.

Таким чином обчислюються поправки на асиметрію потоку по двох взаємно перпендикулярним напрямам поперечного перерізу каналу. Одна поправка визначається по лінії , перпендикулярній площині, що проходить через вісь каналу і пару електродів першого ЧЕ, а інша - по лінії, перпендикулярній площині, що проходить через вісь каналу і пару електродів другого ЧЕ .

Завдяки цьому забезпечується підвищення точності вимірювання витрати при складному профілі швидкості потоку (тобто при складній кінематичній структурі потоку).

На рис.5.5 зображена схема розташування котушок і електродів на трубі витратоміра. Електромагнітний витратомір має трубу 1, виконану з немагнітного і неелектропровідного матеріалу. У трубі встановлено дві пари електродів. Електроди 2 кожної пари розташовані по периметру труби діаметрально один до одного в двох різних площинах поперечного перерізу каналу. Згадані перетини каналу, в яких розташовані відповідні пари електродів, розміщені по осі труби на відстані, рівному приблизно половині зовнішнього розміру короткої діагоналі ромбовидної індукційної котушки. Причому площини, що проходять через відповідні пари електродів і вісь каналу, знаходяться під кутом 90? один до одного. На зовнішній поверхні труби розташовані в шаховому порядку, в два ряди чотири ромбовидні індукційні котушки. Кожна котушка 3 короткою діагоналлю ромба розташована вздовж твірної труби, а довгою діагоналлю ромба - по периметру труби. Між гострими кутами суміжних котушок розташовані електроди, а гранями ромба індукційні котушки близько розташовані один до одного. Витратомір має магнітопровід 4 циліндричної форми. Він розташований співвісно з трубою і охоплює трубу з електродами і чотирма індукційними котушками.

Робота витратоміра полягає в наступному. На горизонтальній ділянці технологічного трубопроводу витратомір встановлюється таким чином, щоб осі, що з'єднують кожну пару електродів, перебували під кутом 45? до горизонтальної площини. За допомогою вимірювального пристрою проводиться періодичне і послідовне підключення індукційних котушок та електродів кожного чутливого елемента (ЧЕ) до загального джерела живлення. Внаслідок протікання струму по витках індукційних котушок в робочому обсязі каналу збуджується магнітне поле, спрямоване перпендикулярно площині, що проходить через вісь електродів і вісь каналу відповідного ЧЕ. При русі електропровідної рідини по каналу труби в його робочому обсязі, відповідно до закону Фарадея індукується електричне поле, напруженість якого пропорційна швидкості потоку рідини. Витратомір має вимірювальний пристрій, за допомогою якого вимірюються різниця потенціалів між електродами кожного ЧЕ і струм живлення індукційних котушок. Вимірювання сигналів кожного ЧЕ проводиться по черзі в двох режимах. Один з режимів вимірювання відповідає традиційному включенню індукційних котушок до джерела живлення, при якому магнітні поля котушок взаємно складаються.

А інший режим вимірювання відповідає зустрічному включенню індукційних котушок до джерела живлення, при якому магнітні поля котушок взаємно віднімаються. При першому режимі вимірювання сигнал між електродами кожного ЧЕ характеризує приблизно середню швидкість потоку, а при другому режимі вимірювання сигнал між електродами характеризує асиметрію розподілу швидкості потоку по лінії, перпендикулярній площині, що проходить через осі електродів і каналу. Значення об'ємної витрати Q визначається за формулою (5.4).

Метод вимірювання витрати при змінюваному рівні заповнення каналу трубопроводу.

Технічним результатом [15] є можливість вимірювання витрати електромагнітним способом у трубопроводах великих діаметрів при неповністю заповненому каналі, тобто змінюваному рівні заповнення каналу, і в напірних трубопроводах при вимірюванні витрати багатофазних середовищ, наприклад пульп. Витратомір має ділянку трубопроводу, виконану з немагнітного і неелектропровідного матеріалу, дві котушки збудження, що мають спільну вісь, перпендикулярну осі каналу, кілька пар електродів, розташованих в центральному перерізі трубопроводу по його периметру, і магнітний корпус, що охоплює зовні трубопровід з котушками збудження. Дві додаткові котушки збудження із загальною віссю, що збігається з віссю каналу витратоміра, розташовані на трубопроводі і рівновіддалені від центрального перетину каналу, в якому розташовані електроди (рис. 5.6, 5.7).



Рис. 5.6. Конструкція витратоміра: 1 - ділянка трубопроводу, виконаний з немагнітного і неелектропровідного матеріалу; 2 - корпус витратоміра, що одночасно є магнітопроводом; 3 і 3 "- дві котушки збудження (їх загальна вісь збігається з віссю каналу); 4 і 4" - дві котушки збудження (їх загальна вісь перпендикулярна осі каналу); 5 і 5 "- пара електродів (розташована по діаметру каналу); 6 і 6" - пара електродів (розташована по хорді)

Використання запропонованого рішення дозволяє розширити функціональні можливості електромагнітного способу вимірювання витрати: вимірювати витрату при змінюваному рівні заповнення каналу трубопроводу з високою чутливістю як до швидкості потоку, так і до зміни площі "живого" перерізу потоку.



Рис. 5.7. Структурна схема витратоміра: 1 - трубопровід, 3 та 3 "- котушки збудження (вісь яких збігається з віссю каналу), 4 і 4" - котушки збудження (вісь яких перпендикулярна осі каналу), 5 і 5 "- пара електродів, розташована по діаметру каналу, 6 і 6 "- пара електродів, розташована по хорді, 9 - комутатор, 10 - джерело живлення, 11 - вимірювальний канал сигналу, що знімається з пари електродів 5 і 5", 12 - вимірювальний канал сигналу, що знімається з пари електродів 6 і 6 ", 13 - обчислювач

Недоліками є складність конструкції їх електромагнітної системи, що має чотири котушки збудження. Крім того, для вимірювання рівня необхідно проводити вимірювання швидкості потоку в каналі, оскільки в розрахункову формулу обчислення рівня заповнення каналу входить швидкість потоку рідини. Так само, для виконання функцій магнітопроводу корпус повинен бути виконаний з дорогої електротехнічної сталі, тому і весь прилад стає дорогим і малопридатним для масового виробництва.

Робота витратоміра полягає в наступному. Якщо рівень рідини в каналі знаходиться між повним заповненням і половиною поперечного перерізу каналу, то вимірювання витрати проводиться шляхом обробки сигналів, що знімаються з пари електродів, які розташовані по діаметру каналу (5 і 5', рис. 5.7). Якщо рівень заповнення знаходиться нижче розташування електродів 5 і 5', то сигнал з 5 них буде відсутній з причини розімкненості електродів електропровідною рідиною. У цьому випадку вимірювання витрати здійснюється шляхом обробки сигналів, що знімаються тільки з пари електродів, які розташовані по хорді (6 і 6', рис. 5.7) і омиваються вимірюваної середовищем.

Метод збільшення точності вимірювання витрати електромагнітним витратоміром за допомогою комутаційного пристрою

Винахід [16] відноситься до приладобудування, до галузі вимірювання витрати електромагнітним методом і може бути використано для вимірювання витрати в трубопроводах електропровідних рідин зі складною кінематичної структурою потоку.

Пропонований електромагнітний витратомір має трубу, виконану з немагнітного і неелектропровідного матеріалу, два електроди, магнітопровід, дві індукційні котушки, джерело струму живлення, вимірювально-обчислювальний пристрій, вхід якого приєднаний до електродів, і інтегруючий пристрій, причому керуючі ланцюги вимірювально-обчислювального пристрою з'єднані з джерелом живлення та інтегруючим пристроєм. Також витратомір містить комутаційний пристрій, керуючий ланцюг якого з'єднаний з вимірювально-обчислювальним пристроєм, причому комутаційний пристрій має два положення комутації електричних ланцюгів, з яких одне положення відповідає послідовному підключенню індукційних котушок до джерела живлення, а інше положення відповідає підключенню до джерела живлення однією з індукційних котушок, при цьому друга індукційна котушка підключається до інтегруючого пристрою. Технічним результатом є підвищення точності вимірювань.

Управління роботою джерела живлення, інтегруючим пристроєм і комутаційним пристроєм виконується вимірювально-обчислювальним пристроєм (рис. 5.8).

Витратомір працює в двох режимах, періодично перемикаються за допомогою комутаційного пристрою: в режимі вимірювання різниці потенціалів між електродами і в режимі вимірювання магнітної проникненості вимірюваного середовища. Перший режим вимірювання відповідає вихідному положенню комутаційного пристрою, зображеному на рис. 7. Другий режим відповідає положенню комутаційного пристрою, перемиканням щодо вихідного.

Рис. 5.8. Схема витратоміра: 1 - джерело струму живлення, 2 і 3 - індукційні котушки, 4 - труба з електродами, 5 - електрод, 6 - вимірювально-обчислювальний пристрій, 7 - комутаційний пристрій, 8 - інтегруючий пристрій

У першому режимі схема з'єднань індукційних котушок відповідає їх послідовному включенню до джерела струму живлення. Внаслідок протікання змінного струму по витків обох індукційних котушок в робочому обсязі каналу збуджується змінне магнітне поле, спрямоване перпендикулярно площині, що проходить через вісь електродів і вісь каналу. При русі електропровідної рідини по каналу труби в його робочому обсязі, відповідно до закону Фарадея індукується електричне поле, напруженість якого пропорційна швидкості потоку рідини. Різниця потенціалів між електродами U визначається виразом:

де - магнітна проникність вимірюваного середовища, Н - напруженість магнітного поля в каналі труби, V - швидкість потоку вимірюваного середовища, D - діаметр каналу.

У режимі вимірювання магнітної проникності вимірюваного середовища до джерел струму живлення підключена тільки одна індукційна котушка . При цьому друга індукційна котушка підключена до інтегруючому пристрою. У цьому режимі вимірювання другого індукційна котушка виконує функції індукційної котушки опорного сигналу. При цьому виконується вимір згідно виразу:

Витрата вимірюваного середовища обчислюється в результаті обробки вимірювань обох режимів за допомогою вимірювально - обчислювального пристрою за формулою:

де а0 - градуювальний коефіцієнт.

У режимі вимірювання магнітної проникненості вимірюваного середовища до джерела струму живлення підключена тільки одна індукційна котушка. При цьому друга індукційна котушка підключена до інтегруючого пристрою. У цьому режимі вимірювання друга індукційна котушка виконує функції індукційної котушки опорного сигналу. Витрата вимірюваного середовища обчислюється в результаті обробки вимірювань обох режимів за допомогою вимірювально-обчислювального пристрою.

Перевагою розглянутого винаходу є можливість використання первинного перетворювача витрати від витратоміра загальнопромислового застосування без зміни його конструкції. Змінам підлягають тільки схема вимірювання приладу і програмне забезпечення.



6. Аналіз можливостей застосування комп'ютерного моделювання при проектуванні лічильника електромагнітного типу

Всі знають , що проектування і виробництво нерозривно пов'язані між собою. Конструктор розробляє геометрію виробу, встановлює технічні вимоги і оформляє конструкторську документацію. Технолог забезпечує виготовлення виробу з урахуванням специфіки виробництва, техпроцесів, обладнання. Помилки або незаплановані зміни в конструкції вироби тягнуть за собою додаткові фінансові витрати, які призводять до подорожчання виробленої продукції і таким чином знижують її конкурентоспроможність. З вищесказаного випливає, що можна скоротити витрати на виробництво, лише застосовуючи сучасні засоби інформаційної підтримки життєвого циклу виробу на всіх етапах проектування і технологічної підготовки виробництва.

Допомогти в реалізації цього завдання повинні комплексні програмні рішення SolidWorks та ANSYS, що забезпечують наскрізне проектування і вихід на верстати з ЧПУ.

Призначення програмного комплексу SolidWorks

SolidWorks - це не тільки CAD -, але і CAM - система.

SolidWorks - це потужний засіб проектування, ядро інтегрованого комплексу автоматизації підприємства , яке дозволяє здійснювати підтримку виробу на всіх етапах його життєвого циклу в повній відповідності з концепцією CALS-технологій. Основне призначення SolidWorks - забезпечення наскрізного процесу проектування та підготовки виробництва виробів будь-якої складності і призначення [17].

Комплексні рішення SolidWorks базуються на передових технологіях гібридного параметричного моделювання, інтегрованих засобах електронного документообігу, а також на широкому спектрі спеціалізованих модулів, серед яких важливе місце займають програми для віртуального моделювання процесів механічної і електроерозійної обробки з виходом на ЧПУ. Багаторічна співпраця корпорації SolidWorks Corp з провідними виробниками програмного забезпечення для технологічної підготовки виробництва призвело до того, що в даний час спеціально для SolidWorks розроблено та сертифіковано 26 CAM- модулів, шість з яких мають статус Certified CAM Product (сертифікований CAM- продукт) і два - Certified Gold Product (сертифікований «золотий » продукт, який забезпечує вищу ступінь інтеграції з SolidWorks: роботу в одному вікні, єдину асоціативну геометричну модель). У Росії , СНД і країнах Балтії найбільшого поширення набули CAM -додатки CAMWorks і Mastercam - вони надають користувачам незалежний і інтегрований режими роботи з SolidWorks. Розглянемо основні завдання, які вирішуються в цих двох CAM -додатках, і зупинимося більш детально на технології розробки постпроцесорів .

Призначення програмного комплексу ANSYS

Програма ANSYS - це гнучкий, надійний засіб проектування та аналізу.

Вона працює в середовищі операційних систем найпоширеніших комп'ютерів - від РС до робочих станцій і суперкомп'ютерів. Особливістю програми є файлова сумісність всіх членів сімейства ANSYS для всіх використовуваних платформ. Багатоцільова спрямованість програми (тобто реалізація в ній засобів для опису відгуку системи на впливи різної фізичної природи) дозволяє використовувати одну й ту ж модель для вирішення таких пов'язаних завдань, як міцність при тепловому навантаженні, вплив магнітних полів на міцність конструкції, тепломас в електромагнітному полі. Модель, створена на РС, може використовуватися на суперкомп'ютері. Це забезпечує всім користувачам програми зручні можливості для вирішення широкого кола інженерних задач. Як новачкам, так і досвідченим користувачам ця програма пропонує безперервно зростаючий перелік розрахункових засобів, які можуть врахувати різноманітні конструктивні нелінійності; дають можливість вирішити самий загальний випадок контактної задачі для поверхонь; допускають наявність великих (кінцевих) деформацій і кутів повороту; дозволяють виконати інтерактивну оптимізацію і аналіз впливу електромагнітних полів, отримати рішення задач гідроаеродинаміки та багато іншого - разом з параметричним моделюванням, адаптивним перестроюванням сітки, використанням р-елементів і великими можливостями створення макрокоманд за допомогою мови параметричного проектування програми ANSYS (APDL). Система меню (на основі розробки фірми Motif ) забезпечує введення даних і вибір дій програми за допомогою панелей діалогу, що випадають меню і вікон списку, допомагаючи користувачеві управляти програмою. Засоби твердотільного моделювання містять у собі уявлення геометрії, засноване на використанні сплайнової технології NURBS, геометричних примітивів та операцій булевої алгебри (виконуваних модулем SHAPES фірми XOX Corp., Який вбудований в програму ANSYS ). Модуль програми ANSYS Design Data Access (DDA) забезпечує передачу в програму моделей, створених засобами комп'ютерного проектування (CAD), що виключає повторення виконаної перш роботи. Призначення модуля DDA полягає в тому, щоб дати користувачеві можливість отримати результати звичайно - елементного аналізу, які повною мірою обумовлені вихідною інформацією, що міститься в проектній розробці, а також надати сучасні та найдосконаліші засоби обміну даними. Програмні засоби серії DDA Connection можуть працювати спільно з розробками багатьох провідних постачальників CAD - програм, включаючи компанії Parametric Technology Corporation, EDS/Unigraphics і Computervision Corporation. Останньою версією цієї серії є програмний засіб DDA Interactive, що дозволяє використовувати для кінцево-елементного аналізу безпосередньо CAD - моделі за рахунок сучасного інтефейса і встановленню взаємозв'язку між CAD-інформацією та даними, що вимагаються для проведення аналізу. Крім того, можливості аналізу та оптимізації програми ANSYS легко переносяться на CAD - моделі за рахунок використання форматів IGES і STEP та ін. для пересилки геометрії або відповідного інтерфейсу провідних CAD -програм.



7. Опис інтелектуальної системи моделювання ВПВ та принципу дії

Виходячи з вихідних даних, ми змоделювали електромагнітний лічильник рідини, з прямокутним вимірювальним каналом, використовуючи програмне забезпечення Solid Works (рис. 7.1 а, б,в).

а) б)

в)

Рис. 7.1 Електромагнітний лічильник з прямокутним вимірювальним каналом змодельований в середовищі Solid Works

Даний лічильник складається з вимірюваного каналу - 1, на якому закріплено електродні вузли - 2, все кріпиться в корпус - 3, який закривається з обох боків кришками - 4 за допомогою гвинтів - 5, для забезпечення герметичності використовуємо прокладки - 6, до корпусу за допомогою гвинтів - 5 кріпиться корпус вимірювально-обчислювального блоку - 7, і закривається кришкою - 8.



8. Результати моделювання

В змодельованому електромагнітному лічильнику, рідина протікає по об'єму зображеному на рис. 8.1. Профіль швидкості в прямокутному перерізі зображений на рис. 8.2. [18].

Рис. 8.1 Геометрія, по якій протікає рідина

Рис. 8.2. Профіль швидкості потоку

Після моделювання в ANSYS ми отримали наступне розподілення швидкості (рис. 8.4 а, б, в). Перерізи потоку показані через кожні 10 мм (рис. 8.3).



Рис. 8.3. Перерізи потоку

Рис. 8.4.а. Розподіл швидкості по вимірюваному каналі при мінімальній витраті

Рис. 8.4.б. Розподіл швидкості по вимірюваному каналі при номінальній витраті

Рис. 8.4.в. Розподіл швидкості по вимірюваному каналі при максимальній витраті



Також було проведено моделювання, і визначено, який тиск створює вода в каналі (рис. 8.5 а,б).

а) б)

Рис. 8.5. Розподіл тиску у вимірюваному каналі: а - тиск при мінімальній витраті; б - тиск при максимальній витраті

Проаналізувавши результати моделювання ми побудували залежність розподілу середньої швидкості по довжині вимірюваного каналу (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Залежність розподілу середньої швидкості по довжині вимірюваного каналу



9. Інженерний аналіз результатів математичного моделювання та імітаційного моделювання роботи ВПВ

Розрахунок статичної характеристики

При розробці математичної моделі була виведена формула (4.24) розрахунку різниці потенціалів:

Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітного поля, що характеризує магнітне поле в середовищі:

, (9.1)

де ? - магнітна проникненість;

Н - напруженість магнітного поля.

Для даного ЕМ лічильника, виходячи з формули 9.1, магнітна індукція дорівнює В=0,01 Тл.

Геометричні розміри (рис. 9.1) прямокутного каналу, в даному випадку, дорівнюють: a = 0,03 м; b = 0,01м.

Рис. 9.1 Геометричні розміри вимірювального каналу

Витрата, відповідно до завдання, змінюється в діапазоні: 0,05м3/годQ50 м3/год.

Після проведення розрахунків в програмному забезпеченні Microsoft Office Excel отримали статичну характеристику (рис. 9.2.)

Рис. 9.2 Статична характеристика

Розрахунок метрологічних характеристик

При розрахунку статичних характеристик певних приладів було встановлено, що величина вихідного сигналу залежить не тільки від вимірювальної величини х, але і від цілого ряду параметрів.

,

де qi- параметри схеми і конструкції які впливають на вихідний сигнал.

До qi - параметрів відносять геометричні розміри деталей і величини, які характеризують фізичні властивості матеріалів. При відхиленні цих параметрів від початкових значень, вихідний сигнал у при постійному х отримає деякий приріст:

(9.2)

У відповідності з теорією точності механізмів залежність між приростом сигналу ?у і первинними відмітками можна приблизно представити у вигляді повного диференціалу

. (9.3)

Нульовий індекс у частинних похідних означає, що вони вираховуються для початкових значень q1,q2,…qn. Множник представляє собою коефіцієнт впливу первинної похибки ?qi на помилку в вихідного сигналу приладу [18].

Виходячи із математичної моделі (4.24) маємо:

де .

.

Знайдемо частинні похідні:

;

;

;

.

Згідно з (9.3):

Розрахунки проводились в програмному забезпеченні Microsoft Office Excel. Отримана сумарна похибка не перевищує 1%. Результати приведені на рис.9.3.

Рис. 9.3. Випадкові похибки вихідного сигналу в залежності від витрати



Висновки

В даній курсовій роботі був проведений аналіз методів вимірювання витрати та огляд існуючих електромагнітних лічильників. Розроблений електромагнітний лічильник рідини з прямокутним каналом, для нього були побудовані функціональна та структурна схеми, розроблена математична модель лічильника. Зроблено аналіз метрологічних характеристик, досліджено вплив витрати на похибку. В результаті знайдені способи зменшення похибки, розширення діапазону вимірювань і підвищення завадостійкості електромагнітних витратомірів.

Виходячи з вихідних даних, був змодельований електромагнітний лічильник рідини, з прямокутним вимірювальним каналом, за допомогою програмного забезпечення Solid Works. Далі, ми дослідили модель в ANSYS, виходячи з вихідних даних. В результаті одержали розподіл тиску на стінках вимірювального каналу при русі рідини та розподіл швидкості рідини по перерізах каналу. Також були розраховані та побудовані: статична характеристика, втрати тиску та випадкові похибки вихідного сигналу в залежності від витрати.



Література

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. / П.П. Кремлевский - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989. - 701 с.: ил.

2. Повх И.Л. Техническая гидромеханика 2-е изд., доп.: учеб. пособие для студентов / И.Л. Повх - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1976. -- 504 с. с ил.

3. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Книга 2 / Под общ. ред. Е.А. Шорникова. -- 5-е изд., перераб. и доп. -- СПб.: Политехника, 2004. - 412 с.: ил.

4. Шерклиф Дж. Теория электромагнитного измерения расхода. - М. : МИР, 1965. - 270 с.

5. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. 2-е изд., доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1976. -- 504 с. с ил.

6. Котлярова С.Л., Романашенко В.В., Саприкіна П.А. Моделювання електромагнітних витратомірів при складних кінематичних структурах потоку // Системи обробки інформації. - 2010, №83.

7. Корсунский Л.М. Электромагнитный расходомер с прямоугольным каналом // Измерительная техника №10 56-60с.

8. 2295706 Российская федерация, МПК GO1F 1/60. Электромагнитный расходомер / А.Н. Шилин, В.В. Будько. Действует от 07.06.2005.

9. Пат. 2340877 Российская федерация, МПК GO1F 1/58. Электромагнитный расходомер / И.Д. Вельт, Г.Ю. Сечкина, Н.В. Терехина. - № 2005117503/28; заявл. 07.06.05; опубл. 20.03.07, Бюл. № 8.

10. Пат. 2343423 Российская федерация, МПК GO1F 1/58. Электромагнитный расходомер / И.Д. Вельт, Г.В. Калашникова, Ю.В. Михайлова, З.И. Садовая. - № 2007116437/28; заявл. 03.05.07; опубл. 10.01.09, Бюл. № 1.

Размещено на Allbest.ur