Турбинный преобразователь расхода.
Наибольшее распространение для измерения количества нефти получили турбинные счетчики. В них для определения количества нефти используют помещенное в поток вращающееся тело (турбинка, зубчатая шестерня и т.д.). Вращение турбинки происходит за счет передачи энергии потока нефти на лопасти. Частота вращения непосредственно зависит от скорости потока, что и позволяет определить расход в трубопроводе.
Для преобразования частоты вращения ротора в потоке используют магнитные или магнитно-индукционные датчики. В магнитном датчике взаимодействуют постоянный магнит, закрепляемый в лопастях и вращающийся вместе с ротором, и катушка индуктивности, закрепленная на корпусе. При прохождении магнита вблизи катушки в ней возникает переменный магнитный поток и индуцируется напряжение.
Наибольшее распространение для турбинных счетчиков получил магнитоиндукционный датчик. Он состоит из постоянного магнита, укрепленного в корпусе соленоида, и сердечника из магнитомягкого материала. При прохождении лопастей турбинки вблизи магнитоиндукционного датчика в соленоиде наводится ЭДС, которая зависит от частоты вращения турбинки. Частота ЭДС определяется частотой изменения поля соленоида, т.е. частотой вращения. Скорость вращения турбинки прямо пропорциональна скорости потока и, следовательно, расходу проходящей нефти, а количество оборотов ее за определенный период – объему жидкости, прошедшей за этот период.
На рис.1. приведена схема такого турбинного счетчика. Счетчик состоит из турбинного преобразователя расхода (ТПР) и электронного преобразователя (вторичного прибора) 8. ТПР, в свою очередь, состоит из корпуса 1, в котором расположены передний 2 и задний 3 обтекатели с подшипниками, турбинка 4 с осью и снаружи к корпусу прикреплен магнитоиндукционный датчик 5 (МИД). Обтекатели, снабженные ребрами и подшипниками, обеспечивают симметричное расположение турбинки в корпусе. МИД обычно представляет собой катушку 7 с большим количеством витков из тонкого провода, в которой находится сердечник 6 с таблеткой постоянного магнита.
Катушка, размещенная в корпусе, устанавливается в гнездо корпуса ТПР, который изготавливается из немагнитного материала. При вращении турбинки и прохождении лопастей её мимо катушки в ней вследствие изменения магнитного потока наводится переменная ЭДС, по форме близкая к синусоиде. На рис.2. представлен результат работы ТПР. Этот сигнал может подаваться непосредственно на вход электронного преобразователя, или на вход усилителя, расположенного в корпусе МИД, или вблизи него (предусилителя). Сигнал МИД усиливается и преобразовывается в импульсы прямоугольной формы, частота следования которых пропорциональна расходу нефти, количество - объему нефти. В дальнейшем в электронном преобразователе частотно-импульсный сигнал ТПР преобразовывается в объем и расход нефти.
Основной характеристикой ТПР является его коэффициент преобразования (именуемый в некоторых переводных источниках “импульс-фактором” и “К-фактором”), представляющий собой количество импульсов выходного сигнала, приходящееся на единицу объема, обычно - количество импульсов на один кубометр.
| Рис.1 ТПР. 1-корпус; 2,3-обтекатели; 4-турбинка с осью; 5-магнитоиндукционный датчик; 6-сердечник с магнитной таблеткой; 7-катушка; 8-электронный преобразователь. | Рис.2. Производительность ТПР |
Сигнал оборота турбины снимается с магнитоиндукционных датчиков и передается на контроллер (вторичный прибор, преобразователь). Одновременно с измерением расхода осуществляется измерение давления и температуры нефти в измерительной линии, что дает возможность вести коррекцию показателей расхода по двум этим параметрам.
Электронный преобразователь турбинного счетчика в простейшем случае реализует функции преобразования:
; - расход.
; - объем за промежуток времени.
| Рис.3. Метрологическая характеристика ТПР |
Коэффициент преобразования имеет следующую размерность имп/м3.
Коэффициент преобразования и метрологическая характеристика ТПР определяются экспериментально при аттестации и поверке. Так как вид метрологической характеристики ТПР зависит от условий работы, она определяется на месте эксплуатации ТПР.