что такое градуировка расходомера

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Градуировка расходомера РГД-3 показала, что его рабочие характеристики практически не зависят от смещения прибора относительно оси скважины, в связи с чем необходимость в применении центратора отпадает. [3]

Общая градуировка расходомера для обоих противоположных направлений может иметь место только при строго симметричном расположении термометров и нагревателей. [4]

Градуировку расходомеров объемным способом производят в следующем порядке. [6]

Градуировку расходомеров или сужающих устройств с помощью напорных трубок проводят в тех случаях, когда ее невозможно провести объемным способом. [7]

Оптимальным вариантом градуировки расходомеров для условий Вук-тыльского НГКМ ( ртах 6 МПа) являлось создание стенда с использованием в качестве источника газа магистрального газопровода, проходящего через Вуктыл. В этом случае снималась проблема отдельного мощного компрессора и предварительной осушки газа, так как тюменский газ в газопроводе имеет давление около 7 0 МПа и осушен до товарной кондиции. Немаловажным фактором является высвобождение обустроенных производственных площадей в подразделениях ВГПУ, обусловленное естественным снижением уровня добычи газа на Вуктыльском НГКМ, и наличие технологических установок, которые могут быть использованы для создания газовых потоков с нормированными характеристиками, например стенда для испытания струйных аппаратов, имеющего смеситель газа и жидкости. [9]

Заключительным этапом градуировки расходомеров является математическая обработка опытных результатов, преследующая несколько целей. [11]

Наиболее точно градуировку расходомеров можно осуществить весовым или объемным методом на стационарных испытательных установках. Но таких установок, к сожалению, еще очень мало, а пропускная способность их недостаточна для градуировки расходомеров большой пропускной способности. [12]

Поверку и градуировку расходомеров для безнапорных потоков приходится, как правило, проводить на месте их установки, в связи с чем нет возможности использовать те образцовые раеходомерные установки, которые приняты для расходомеров, устанавливаемых IB напорных системах. [13]

Источник

Добыча нефти и газа

нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти

8.3. Основы градуировки и поверки расходомеров

Основы градуировки расходомеров. Между измеряемым расходом Q (М) и показаниями П любого расходомера существует зависимость, ха­рактеризуемая его уравнением измерений (статической характеристикой преобразования). В общем случае коэффициенты, входящие в зги урав­нения, зависят как от конструктивных параметров расходомеров, так и от физико-химических свойств измеряемой среды. В подавляющем боль­шинстве случаев рассчитать с достаточной для практических целей точ­ностью значения этих коэффициентов чисто аналитическим путем невоз­можно. Кроме того, из-за отсутствия полного геометрического подобия элементов эти коэффициенты различны для разных расходомеров одной конструкции и одного типоразмера (исключение составляют лишь стан­дартизованные типы расходомеров переменного перепада давления, для которых геометрическое подобие, а следовательно, и возможность кос­венной градуировки обеспечивается стандартизованной технологией из­готовления и производственного контроля сужающих устройств). Поэто­му большинство существующих расходомеров индивидуально градуиру­ют с помощью описанных выше расходомерных установок.

Целью градуировки является количественное определение зависи­мости между измеряемым расходом и показаниями расходомера и пред-

ставление этой зависимости в виде уравнения, таблицы, графика или оцифрованных в ециницах расхода делений шкалы градуируемого рас* ходомера.

Процесс градуировки состоит в следующем: регулировочным уст­ройством устанавливают определенный расход на установке, затем од­новременно точно измеряют расход на установке и снимают показания градуируемого расходомера. Эту операцию повторяют многократно на различных расходах.

Имея совокупность определенных на установке расходов и соответ­ствующих им показаний расходомера, можно определить искомую градуировочную зависимость и аппроксимировать значения расхода на всю шкалу прибора и весь диапазон измерений.

Поскольку вид градуировочной зависимости, как правило, известен, он характеризуется уравнением измерений расходомера; необходимые для количественной оценки и аппроксимации расчеты проводят спосо­бом наименьших квадратов.

где п — число неизвестных коэффициентов, которые определялись при градуировке; бу — погрешность градуировочной установки, оцененная при ее метрологической аттестации.

Для индивидуально градуируемых приборов (каковыми являются расходомеры) процедура градуировки (нахождение числа градуировоч-ных точек, их номинальных значений, числа измерений на каждой точке, характеристик средств градуировки) должна регламентироваться в нор­мативно-технической документации на эти приборы.

Основы поверки расходомеров. Существуют два технологических процесса поверки расходомеров: поверка на образцовых расходомерных установках и поэлементная поверка.

На образцовых расходомерных установках осуществляется поверка индивидуально градуируемых расходомеров. Процесс поверки при этом сводится к сравнению расхода Qa, измереннного с помощью установки, с показаниями расходомера (при том же расходе) Qp, определенными по шкале прибора или по его градуировочной зависимости/(Л).

Если значение разности (Q— бд) на всех поверяемых точках (пове­рочных значениях расхода) не превосходит определенного нормирован­ного классом точности или предельной относительной погрешностью рас­ходомера значения, результаты поверки считают положительными, а при­бор — пригодным для использования. В противном случае, прибор необ­ходимо переградуировать.

Процедура и методика проведения поверочных операций (определе­ние числа и значения поверяемых точек, числа измерений на каждой точ-

ке, точности средств поверки и др.) определяются поверочной схемой, точностью поверяемого расходомера, допустимыми вероятностями бра­ка поверки (вероятностью забраковать заведомо годный прибор и ве­роятностью пропустить негодный прибор) и регламентируются в соот­ветствующей нормативно-технической документации.

Поэлементный способ применяют при поверке расходомеров пере­менного перепада давления. При этом методе образцовые расходомер-ные установки не нужны; сужающее устройство и дифманометр поверя­ют отдельно.

При поверке сужающего устройства необходимо:

проверить правильность расчета сужающего устройства

убедившись в правильности расчета, измерить диаметр сужающего устройства. Диаметр цилиндрической части отверстия диафрагмы изме­ряют не менее, чем в четырех диаметральных направлениях, а сопла и со­пла Вентури — в двух поперечных сечениях и не менее, чем в четырех даиметральных направлениях. Погрешность измерений не должна пре­вышать 1/3 допуска на диаметр;

проверить соответствие действительного (измеренного) диаметра су­жающего устройства расчетному;

установить нормальное техническое состояние сужающего устройст­ва, т. е. проверить остроту входной кромки диафрагмы или геометрию профильной части отверстия сопла, плоскостность входного торца и чис­тоту поверхностей сужающего устройства и установить отсутствие за­усенцев и зазубрин на кромках входного отверстия.

Для поверки дифманометров используют различные образцовые манометрические устройства и установки,

Контрольный вопрос № 16

На весовой расходомерной установке поверяли электро­магнитный расходомер. Поверку проводили на воде. При этом было принято, что плотность воды постояннаиравнаО,9997г/см’. По результатам поверки расходомер был забракован, так как показания установки превышали показания прибора на недо­пустимо большое значение. После поверки было обнаружено, что вода на установке в процессе опыта сильно насыщалась воз­духом.

Необходимо ли повторно поверять прибор- или можно оставить в силе выводы о его метрологической негодности?

Если Вы решите, что необходимо повторно поверить расхо­домер, загляните на с. 228, если же Вы решите, что в этом нет необходимости — см. с. 237.

Источник

Особенности градуировки и поверки расходомеров.

При градуировке и поверке расходомеров приходится сталкиваться с рядом проблем. Они связаны с необходимостью поддержания на постоянном фиксированном уровне целого ряда параметров, от которых зависит определяемое значение массового или объемного расхода. Это температура, плотность и давление среды, на которой проводится градуировка (тарировка). Особые сложности возникают для двухфазных потоков и для сжимаемых жидкостей.

Стандартными градуировочными средствами для расходомеров служат: вода — для ротаметров, предназначенных для измерения расхода жидкости, и воздух — для ротаметров, измеряющих расходы газов. Такая укоренившаяся практика градуировки ротаметров на стандартных средах и при условиях, указанных в стандарте, позволяет легко организовать поверку ротаметров, ибо вода и воздух имеются всегда в наличии.

Градуировку ротаметров можно производить и на рабочих средах при условиях, соответствующих действительным, т. е. реальным. Однако в этом случае также необходимо иметь стандартную градуировочную характеристику на воде или воздухе для облегчения организации поверки.

Температура градуировочной среды указывается в технических требованиях и обычно равна 20±5°С. Изменение температуры градуировочной среды и окружающего воздуха в процессе градуировки должно быть не более 1 °С, так как при этом физические свойства среды изменяются на незначительную величину.

Градуировочные устройства (гидростенды) имеют ряд особенностей. В разделе I было показано, что задачами УС при градуировке являются, во-первых, воспроизведение состоятельной модели измеряемой единицы (в данном случае расхода) и, во-вторых, измерение параметров этой модели. Процесс моделирования расхода на УС, таким образом, распадается на фазы воспроизведения и измерения, чего не наблюдается при моделировании расхода на установках косвенного воспроизведения расхода по количеству жидкости и времени.

Рис. 40 Классификация УС

Классификация УС (рис. 40). На первом месте стоит дифференциация УС по способу воспроизведения расхода. В соответствии с этим принципом УС разделяются на:

— проточные, в которых расход воспроизводится обычным образом путем пропускания жидкости через трубопровод (магистраль), где последовательно установлены испытываемый и образцовый расходомеры;

— имитационные, в которых испытываемый и образцовый расходомеры одновременно и с одной и той же скоростью перемещаются (буксируются) в неподвижной жидкости.

По второму признаку — структуре образцового расходомера проточные УС подразделяются на последовательные и параллельные.

Названия эти условны и означают, что в последовательных УС образцовый расходомер состоит из одного или нескольких последовательно установленных первичных преобразователей, имеющих один и тот же диапазон измерений и дублирующих друг друга. В параллельных УС в качестве образцового расходомера применяют набор параллельно включенных первичных преобразователей, сумма верхних пределов измерений которых образует верхний предел измерений образцового расходомера. Для имитационных УС дифференциация по структуре образцового расходомера не имеет смысла, на что указывает отсутствие связей на рис. 40.

По третьему признаку — способу представления воспроизводимого расхода — УС подразделяются на объемные и массовые, что определяется типом первичных преобразователей образцового расходомера. Указанная классификация остается в силе также в тех случаях, когда в УС имеется средство измерения плотности жидкости, по показаниям которого возможен пересчет объемного расхода в массовый и наоборот. Подавляющее большинство действующих проточных УС являются объемными, а имитационные массовые УС пока вообще не применялись, хотя в принципе они возможны.

Четвертым классификационным признаком УС служит наличие разделительной жидкости. При наличии такой жидкости УС является двухсредовой: в рабочей жидкости работает испытываемый расходомер, в разделительной — образцовый. Имитационные УС в настоящее время выполняются только односредовыми, хотя использование двух сред с различными физическими свойствами, а главное — с различной степенью агрессивности, имеет определенный смысл и будет рассмотрено как перспективное при описании схем имитационных УС.

Деление по последующим классификационным признакам является второстепенным, поскольку отражает различия отдельных элементов УС. Так, по пятому признаку — степени автоматизации — УС бывают автоматизированными и полуавтоматизированными. В первых осуществляется программное управление запорными органами и системой опроса образцового и испытываемого расходомеров, а также (в имитационных УС) режимом перемещения расходомеров, во вторых УС управление осуществляется операторами с пульта управления.

Два последних классификационных признака специфические: один из них — способ создания напорного потока — имеет смысл только для проточных УС, которые, таким образом, подразделяются на наносные и вытеснительные, а другой — форма движения — относится только к имитационным УС, которые в этом смысле могут быть вращательными и поступательными.

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧКСТВА И РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ.

Источник

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ОБЪЕМНЫХ РАСХОДОМЕРОВ ТЕПЛОСЧЕТЧИКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01F25/00

Описание патента на изобретение RU2296959C1

Изобретение относится к экспериментальной измерительной технике и может быть использовано в энергетике, нефтяной, химической промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и т.д.

Известно устройство для градуировки и оценки погрешности расходомеров. Блок-схема градуировки расходомеров открытой системы теплопотребления содержит объемные расходомеры (водосчетчики) подающего и обратного трубопроводов, водосчетчик горячего водоснабжения и теплообменник. Водосчетчики и теплообменник между собой последовательно соединены. Водосчетчик в канале (трубопровода воды) горячего водоснабжения через два управляемых вентиля соединен параллельно с подающими и обратными каналами (трубопроводами). Устройство открытой системы разбивается на две группы: открытую, состоящую из двух управляемых вентилей и водосчетчика горячего водоснабжения, и закрытую с утечками (расхода воды), состоящую из двух водосчетчиков и теплообменника. При этом в открытой подсистеме количество теплоносителя в водоснабжении определяется по показанию водосчетчика в этом канале, а количество тепловой энергии по уравнению для однотрубной системы теплоснабжения.

Такое решение позволяет градуировать объемные расходомеры теплоносителя в разных отраслях промышленности. (Как уменьшить измерение тепловой энергии и утечки теплоносителя. Журнал «Законодательная и прикладная метрология», №5, 2002, стр.6-13, автор И.Ю.Шешуков).

Известен способ градуировки объемных расходомеров теплоносителя и определения погрешности и количества расхода теплоносителя.

Такое решение позволяет градуировать объемные расходомеры теплоносителя (Как уменьшить погрешность измерений тепловой энергии и утечки теплоносителя. Журнал «Законодательная и прикладная метрология», №5, 2002, стр.6-13, автор. И.Ю.Шешуков).

Недостаток этого способа заключается в том, что этот способ трудно реализовать без дополнительной типовой методики. Для этого необходимо проводить капитальную реконструкцию существующих узлов учета и значительно усложнять конструкцию вновь вводимых узлов учета тепловой энергии и количества теплоносителя. Кроме того, большие затраты для реализации способа в повседневной жизни до конца не устраняют большие погрешности коэффициента преобразования расходомеров.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство для градуировки объемных расходомеров теплоносителя и оценки погрешности его измерения. Устройство содержит в подающем и обратном каналах (трубопроводах) расходомеры. Диаметры труб в подающем и обратном каналах одинаковые (32 мм). Расходомер с диаметром условного прохода 10 мм в байпасном канале имитирует измерения в трубопроводе (канале) горячего водоснабжения (ГВС). На выходе каналов обратного и ГВС подсоединены весы. Значение расхода теплоносителя через расходомер канала горячего водоснабжения изменялось от 0,09 т/ч до 2,8 т/ч. При этом значение расхода расходомера подающего канала подбиралось таким образом, чтобы значение расхода обратного канала было постоянно. Измерения проводились в течении трех дней непрерывно.

Максимальное расхождение по весам 23,3%, по подающим трубопроводам 2,2%, обратным 3,3% и горячего водоснабжения 23,4%.

Такое решение позволяет градуировать объемные расходомеры и оценить погрешности градуировки в открытой и закрытой системах теплоснабжения (Методическая ошибка при линейной аппроксимации характеристик погрешности расходомеров. В книге Симпозиум «Мир измерений. Вода, тепло, газ, 9-11 ноября 2004 г.» Сборник докладов, СПб, 2004, с.138-148, авторы А.Г. Сафин, В.М. Кузовков).

Недостаток этого устройства: измеренное значение утечки теплоносителя по разности показаний расходомеров прямого и обратного каналов до 20% отличается от показаний расходомера канала ГВС, хотя погрешности всех расходомеров по результатам индивидуальной градуировки не превышают ±0,5%. Точность определения массы утечки теплоносителя зависит от наклона градуировочной характеристики канала ГВС.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ градуировки объемных расходомеров теплоносителя и оценки погрешности его измерения.

Сущность способа определения расхода теплоносителя и оценки погрешности измерений обосновывают методом определения характеристики взаимного расхождения результатов измерений по каналам (трубопроводам). Анализ погрешности измерений разности расходов проводят с помощью линейной аппроксимации.

— Совместно решают уравнения для Q и М_у и определяют потребление тепловой энергии в системах с открытым водоразбором, т.е. Q=M₁(h₁-h₂)+(M₁-М₂)(h₂-h_ХВ).

— Осуществляют контроль работы теплосчетчика путем определения зависимости М_ГВС от приращения M₁ при допущении, что М_ГВС не зависит от М₂, т.е. устройство идеализируют.

— Далее допускают, что приращение величины y зависит от приращения величины x в соответствии с выражением: где Δ(x)- взаимное расхождение величин x и y. При этом угол наклона между двух величин x и y окончательно определяют как: Если величина взаимного расхождения не зависит от x, то угол наклона всегда равен 1. В этом случае невозможно оценить взаимное расхождение показаний. Если Δ(x_i)=δx_i, то угол наклона прямой характеризует величину взаимного расхождения, β=1+δ. Если величина взаимного расхождения переменна, то угол наклона зависит от характера этой зависимости.

— Допускают, что в точках x_i взаимное расположение величин x и y равно Δ(x_i)=0,009x_i; а в точке x_i+1-Δ(x_i+1)=-0,009x_i+1. Тогда угол наклона зависит от ширины по выражению: , где . Зависимость β_i от k почти гиперболическая.

Такой способ позволяет градуировать объемные расходомеры для теплосчетчиков и оценить погрешности их измерений в открытых и закрытых системах теплоснабжения (Методическая ошибка при линейной аппроксимации характеристик погрешности расходомеров. В кн. Симпозиум «Мир измерений. Вода, тепло, газ. 9-11 ноября 2004 г.» Сборник докладов. СПб, 2004, с.138-148. Авторы Сафин А.Г., Кузовков В.М.).

Недостатки способа определения расхода теплоносителя и оценки погрешности измерения следующие. Замена прямых измерений М_ГВС на косвенные измерения эквивалентна математически, но не эквивалентна метрологически. Определение массы теплоносителя, отобранного из системы теплоснабжения по разности измеренных значений M₁ и М₂, может привести к достаточно большой методической ошибке определения массы теплоносителя, отобранного из системы теплоснабжения.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и точности градуировки пар идентичных объемных расходомеров для теплосчетчиков. Точность градуировки пар объемных расходомеров повышается за счет прямого измерения разности расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, а по ней и массы теплоносителя, отобранного из открытых водяных систем теплоснабжения (ОВСТ) и условно открытых водяных систем теплоснабжения (УОВСТ). Производительность устройства градуировки повышают за счет одновременной градуировки партии пар объемных расходомеров и для подающего, и для обратного трубопроводов открытых и условно открытых водяных систем теплоснабжения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для градуировки объемных расходомеров теплосчетчика, содержащем разделенные группой колен или вытянутые одну линию подающий и обратный трубопроводы с установленными в них последовательно соединенными объемными расходомерами, блок байпасных открытых и условно открытых воляных систем теплоснабжения, содержащий одну или более параллельных ветвей байпасных трубопроводов, каждый из которых соединен параллельно с обратным трубопроводом через управляемые регулируемые вентили, а в каждой ветви байпасного трубопровода последовательно с не менее чем двумя рабочими эталонными объемными расходомерами соединены управляемые регулируемые вентили, при этом вода в устройство поступает из оборотной емкости в измерительный канал подающего трубопровода, ко входу которого подсоединен блок рабочих эталонных расходомеров, а с выхода обратного трубопровода вода поступает в исходный эталон объемного расхода, состоящий из распределителя потока и мерников объема, причем все управляемые и сигнальные выходы объемных расходомеров и управляемых вентилей соединены входами индикатора.

На выходе оборотной емкости 3 присоединен первый эталонный блок 22 фиг.1б с объемными расходомерами 25-28, по конструктивному исполнению аналогичный блоку эталонных расходомеров 13, 14, 13′, 14′ на байпасном блоке 3. Эталонный блок 22 служит для поточной индивидуальной градуировки каждого расходомера в составе пар объемных расходомеров 8-11 в каналах 1, 2 по эталонным расходомерам 25-28. Для обеспечения регулировки подачи воды в блок 22 последовательно с расходомерами в каждой ветви соединены высокоточные регулируемые управляемые вентили 29 м 30. Число параллельных ветвей в блоках 3 и 22 зависит от решаемой задачи.

Наибольшее количество градуируемых расходомеров на каждой из ветвей 1 и 2 зависит от размеров устройства и занимаемого рабочего места каждым расходомером с учетом требуемых длин прямых участков.

При полностью закрытом состоянии вентиля 12 и при открытых вентилях 16-17 вода, минуя канал 2, поступает в блок 3, где содержатся эталонные объемные расходомеры 13, 14, 13′, 14′ и высокоточные регулируемые управляемые вентили 15, 15′. Блок 3 построен аналогично блоку 22. Поэтому градуировать эталонные расходомеры блоков 3 и 22 по исходному эталону расхода (далее исходный эталон) 31 можно одновременно. Такой подход к градуировке эталонных объемных расходомеров повышает скорость их градуировки в два раза.

В процессе градуировки 13, 14, 13′, 14′ и 25-28 вода через трубопровод l12 может поступать в блоке эталона 31, либо в мерник 7 или 20, либо через 17 или l20 в оборотную емкость 5. Блок эталона 31 содержит распределитель потока 18, который в зависимости от расхода направляет воду (по трубопроводам l18 или l21) к мернику 7 или 20 соответствующего объема, в которые при подаче команды на измерение поток направляется соответствующим переключателем потока 19, 21. В течение заданного времени вода будет поступать в мерник, а затем при подаче команды на конец измерения переключатель направит поток через трубопроводы l7 или l20 в оборотную емкость 5.

В эталоне 31 вместо мерников 7, 20 могут применяться резервуары, в которых масса поступившей воды определяется с помощью весов.

Из оборотной емкости 5 вода в измерительный канал 6 поступает через трубопровод 24 с помощью нагнетающего блока (или насоса) 23. Таким образом, цикл градуировки расходомеров прямым измерением разности расходов в подающем и обратном трубопроводах в ОВСТ и УОВСТ завершается. Количество повторений этих циклов не ограниченно, но для устранения грубых промахов не менее трех. При неоднократном повторении эксперимента повышается точность градуировки расходомеров.

На фиг.1а показана блок-схема устройства градуировки пар объемных расходомеров путем воспроизведения наиболее важных условий работы расходомеров в открытой или условно открытой водяной системе теплоснабжения. По ГОСТ 26691 в открытых водяных системах теплоснабжения вода частично или полностью отбирается из сети потребителями. Типичным примером открытых водяных систем теплоснабжения (ОВСТ) является наличие отбора теплоносителя на горячее водоснабжение в жилых, общественных и производственных зданиях.

Если отбор теплоносителя несанкционированный, то ОВСТ принято называть условно открытой водяной системой теплоснабжения (УОВСТ). Признаком (УОВСТ) являются, например, элементы систем отопления, где имеются краны для удаления воздушных пробок, препятствующих нормальному теплоснабжению. Через эти краны теплоноситель может не санкционировано отбираться. Известно, что в реальных системах теплоснабжения отбор теплоносителя возможен и через штатные элементы (краны, гидранты и т.п.), и через случайные образования (свищи в трубопроводах, неисправности оборудования и т.п.) и расходомер, установленный на трубопроводе горячего водоснабжения, не дает полной информации о количестве теплоносителя, отобранного из системы теплоснабжения. Полное количество теплоносителя, отобранного из ОВСТ или УОВСТ за отчетный период, можно определить только по разности показаний расходомеров, установленных на входе в подающий и на выходе из обратного трубопроводов. Однако погрешность косвенного измерения разности масс теплоносителя по разности показаний расходомеров будет велика даже в случае, если погрешности обоих расходомеров находятся в допускаемых пределах.

При этом учитывается, что масса теплоносителя определяется умножением объема теплоносителя на его плотность, которая определяется по измеренным значениям давления и/или температуры и данным ГСССД 188-99. Объем теплоносителя определяется интегрированием по времени объемного расхода (т.е. показаний расходомеров). Кроме того, обычно пренебрегают зависимостью плотности теплофикационной воды (теплоносителя) от ее давления в системе теплоснабжения.

Для существенного уменьшения погрешности косвенного измерения разности масс теплоносителя, прошедшего по подающему и обратному трубопроводам, целесообразно применять теплосчетчики с прямым измерением разности расходов теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. Однако в существующих устройствах для градуировки расходомеров воспроизводимой и измеряемой величиной является расход теплоносителя (воды). Устройства для проведения поточной градуировки пар расходомеров по разности расходов в двух трубопроводах отсутствуют. Этот недостаток устраняется в предлагаемом устройстве с помощью блока байпасных трубопроводов путем точного (0,15-0.3%) воспроизведения и измерения заданного количества отобранного из сети теплоносителя, существующего в реальной системе водяного теплоснабжения, в том числе и через трубопровод горячего водоснабжения (ГВС).

Отличительной особенностью предлагаемого устройства градуировки является определение метрологических характеристик объемных расходомеров для теплосчетчиков попарно по воспроизведенной разности объемных расходов с помощью присоединенного к обратному трубопроводу 2 блока байпасных трубопроводов 3 с расходомерами 13, 14 и 13′ и 14 и регулирующими вентилями 15, и 15′, кроме того, наличием на трубопроводе 2 регулирующего вентиля расхода 12. С помощью вентилей 12, 15 из обратного трубопровода 2 по открытым в байпасном блоке трубопроводам часть теплоносителя можно пропускать, минуя расходомеры 10, 11. Таким образом, для пар расходомеров 8 и 10, 9 и 11 создается требуемая величина разности расходов теплоносителя, измеряемая с помощью расходомеров 13, 14 и 13′, 14′. Именно этому измеренному с высокой точностью значению разности расходов в трубопроводах 1, 2 ставятся в соответствие выходные сигналы (напряжения) градуируемых (поверяемых) пар расходомеров 8 и 10, 9 и 11 и т.д.

При полностью закрытом вентиле 12 и открытых вентилях 16, 17 расходомеры блока 3 (одновременно с расходомерами блока 22) предварительно градуируются по исходному эталону 31. Пределы допускаемой относительной погрешности эталонных объемных расходомеров 13, 14 и 13′, 14′ при проведении однократных измерений должны быть пренебрежимо малы по сравнению с допускаемыми пределами относительной погрешности градуируемых объемных расходомеров 8, 11. Отношение погрешностей эталонных расходомеров 13, 14 и 13′, 14′ и поверяемых расходомеров 8-11 должно быть не менее 1:3. Такое же отношение погрешностей должно быть у поверяемых расходомеров и эталонных расходомеров блока 22. Наличием на каждой из эталонных линий блоков 3 и 22 двух и более последовательно установленных эталонных расходомеров достигается повышение точности и надежности измерений, наличие регламентировано ГОСТ Р 8.608.

Ошибки при измерении объемного расхода теплоносителя могут возникать из-за паразитного напряжения между электродами расходомера. Эти напряжения появляются вследствие гальванических потенциалов между электродами и другими металлическими частями, а также при поляризации расходомера напряжением постоянного напряжения. Величина случайных шумов, возникающих в расходомере, и влияние внешних электромагнитных полей увеличивается с ростом сопротивления теплоносителя.

Наилучшие результаты при градуировке (поверке) пар электромагнитных расходомеров по разности расходов могут быть достигнуты для теплосчетчиков, выпущенных из производства с отработанной технологией и качественной сборкой, например теплосчетчиков типа КМ-5.

В устройстве вентили 16-17 представляют собой управляемые шаровые краны, позволяющие полностью открывать, либо прекращать подачу воды. Управляемые регулируемые вентили 15, 15′ с обратной связью позволяют регулировать расход воды в трубопроводах на основании показаний 13, 14, 13′, 14′. Все вентили стандартные, серийно выпускаемые промышленностью.

Резервуары 7, 20 представляют собой мерники второго разряда по ГОСТ 8.400, если определяется объем жидкости, либо простые резервуары с антикоррозионным покрытием, они должны обеспечивать полный слив жидкости после выполнения измерения, в том числе должны обеспечивать минимальное налипание жидкости на внутренней поверхности.

Принцип работы расходомеров устройства градуировки основан на явлении электромагнитной индукции, при прохождении электропроводящей жидкости через блок 22, эталонные расходомеры 25-28, регулируемые управляемые вентили 29, 30 и магнитное поле с индукцией В в расходомерах наводится э.д.с. Снимаемые сигналы с выходов эталонных и градуируемых объемных расходомеров пропорциональны индукции магнитного поля В, средней скорости прохождения потока жидкости и напряжению поляризации объемных расходомеров.

Способ градуировки объемных расходомеров для теплосчетчиков ОВСТ и УОВСТ осуществляют следующим образом.

Воспользуются тем, что в настоящее время для измерений тепловой энергии и массы теплоносителя, отобранного из ОВСТ и УОВСТ, применяются теплосчетчики, представляющие собой измерительные системы вида ИС-1 по ГОСТ Р 8.596. Алгоритм вычисления тепловой энергии Q и массы теплоносителя, отобранного из тепловой сети ΔM, основан на непосредственной реализации уравнений измерений этих величин, приведенных в МИ. 2412-97 ГСОЕИ «Водяные системы теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии и теплоносителя» и имеющих соответственно вид

1 этап. Задают нулевую разность объемных расходов в подающем и обратном трубопроводах 1, 2, т.е. Δq=0. Этого достигают равенством объемных расходов в трубопроводах, т.е. q₁=q₂, при этом закрывают вентили 16, 17. И если характеристики градуируемой пары расходомеров идентичны, то в качестве градуировочной характеристики при Δq=0 получают идеальную прямую, проходящую симметрично осей координат, фиг.2. Кроме того, при закрытых вентилях 16, 17 расходомеры 8-11 градуируются индивидуально и попарно. На фиг.3 показывают, что реальная градуировочная характеристика при Δq=0 может не совпадать с идеальной, но находится в поле допуска. Далее в зависимости от решаемой задачи градуировку пар расходомеров производят при нескольких выбранных значениях разности расходов в трубопроводах 1 и 2 Δq≠Δq₁≠. ≠Δq_n и отличных от нуля. В этом случае также строят зависимости выходных сигналов (напряжение) пары объемных расходомеров U₁, U₂ между собой при заданных значениях разности объемных расходов. Полученное семейство прямых, фиг.4, заносится в индикатор теплосчетчика. Во время градуировки при заданных значениях величин Δq_j не производят операции вычитания значений объемных расходов в подающем и обратном трубопроводах. Значения расхода q₁ в подающем трубопроводе 1 и разность расходов Δq_j в трубопроводах 1 и 2 устанавливают по показаниям эталонных расходомеров блоков 3 и 22. Для этого с помощью регулируемого управляемого вентиля расхода 12 в байпасный блок подают расход, несколько больший, чем требуемое значение разности расходов Δq_j в трубопроводах 1 и 2. Затем с помощью вентилей 15, 15′ по показаниям расходомеров 13, 14, 13′ 14′ это значение корректируют, максимально приближая его к требуемому значению Δq_j.

2 этап. Добиваются высокой точности измерений разности объемных расходов (0.15-0.3%) путем введения прямого воспроизведения величины разности расходов в двух трубопроводах, измеряемого с высокой точностью, для градуировки (поверки) пары объемных расходомеров, вводимого в теплосчетчике измерительного канала прямого измерения разности объемных расходов теплоносителя, фиг.1а.

Канал прямого измерения разности расходов является сложным измерительным каналом по ГОСТ Р 8.596, на входы которого подают выходные электрические сигналы с расходомеров в подающем и обратном трубопроводах. При определении величины разности объемных расходов в двух трубопроводах с помощью канала прямого измерения разности расходов не применяют операцию вычитания расходов, измеренных расходомерами, и являющуюся источником большой методической погрешности.

4 этап. Градуировочную характеристику пары объемных расходомеров канала прямого измерения разности расходов получают следующим образом:

— Устанавливают расходомеры на подающем и обратном трубопроводах поверочного (измерительного) участка устройства, при этом соблюдают требование к выбору длины прямых участков трубопроводов, определенных для данного типа расходомера;

— На установке последовательно устанавливают m значений разности расходов в подающем и обратном трубопроводе Δq_j где j от 0 до m-1, причем Δq₀=0 (количество значений m и их распределение в диапазоне измерений выбирают в зависимости от конкретных требований к точности измерений в решаемой задаче);

— При каждом из m значении Δq_j задают n значений величин расхода в подающем трубопроводе q_1i, где i от 1 до n (количество значений n и их распределение в диапазоне измерений выбирают в зависимости от конкретных требований к точности измерений в решаемой задаче);

Путем подбора в пару расходомеров достигают высокой точности градуировки расходомеров с линейной градуировочной характеристикой (этому требованию наиболее удовлетворяют электромагнитные расходомеры, что подтверждают Р 50.2.026-2002).

5 этап. Проводят аппроксимацию точек, полученных в результате проливок, и градуировочные характеристики канала прямого измерения разности расходов представляют как семейство прямых, в прямоугольных координатах, по осям которых отложены выходные сигналы расходомеров U₁, U₂ (фиг.4).

6 этап. Определяют погрешность каждой прямой из семейства градуировочных характеристик канала прямого измерения разности расходов как сумму погрешностей устройства (0,15-0,3%) и погрешности аппроксимации точек градуировки, которую получают при изменении расхода в подающем трубопроводе при Δq_j=const. Погрешность аппроксимации уменьшают путем увеличения количества точек измерений расхода в подающем трубопроводе.

7 этап. Определяют суммарную погрешность канала прямого измерения разности объемных расходов из суммы погрешности каждого расходомера (на фиг.4 выделяют пунктирными линиями) и погрешности интерполяции. Причем погрешность интерполяции уменьшают путем увеличения количества градуировочных прямых. Таким образом, показывают, что погрешность канала прямого измерения разности расходов от измеряемой разности расходов не зависит, и ее оптимизируют на этапе градуировки.

8 этап. Определяют погрешности градуировки канала прямого измерения разности расходов как:

— Выбирают градуируемые объемные расходомеры, однотипные из одной группы изготовления.

— Задают пределы допускаемых относительных погрешностей у каждого расходомера ±δ, в этом интервале допускают произвольный закон изменения погрешности по времени. Допускают, что градуировочные характеристики обоих расходомеров в пределах допускаемых погрешностей линейны. Пренебрегают погрешностью применяемых эталонных средств измерений.

10 этап. Учитывают погрешности расходомеров, изменяют их показания в допускаемых пределах, в каждой точке измерения. Зону допуска ограничивают квадратом со стороной 2 |δ| (фиг.2). А во всем диапазоне измерений расходов зону допуска представляют полосой, ограниченной линиями, отстоящими от математического ожидания на расстояниях . Подробную градуировку в одной точке представляют на фиг.3. Реальную градуировочную характеристику располагают внутри данной полосы (пунктирная линия), где она может изменять свое местоположение.

11 этап. Оценивают (определяют) пределы погрешностей, возникающих при выполнении измерений.

Анализом погрешностей показывают оценку пределов возможных значений, погрешности при одновременном стечении наиболее неблагоприятных факторов. Проведением градуировочных работ на предлагаемом устройстве определяют действительные значения погрешностей измерений разности расходов для конкретных пар расходомеров.

Таким образом, предлагаемый способ градуировки расходомеров позволяет:

— Снять ограничение на характер распределения погрешности для обоих расходомеров. Внутри допускаемого интервала изменение погрешностей обоих расходомеров допускают произвольным, что особенно существенно при наличии различных условий при градуировке расходомеров на установке и их применении на реальном объекте.

— Устраняют наибольшую по величине погрешность метода измерений тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя путем отказа от измерений разности масс в подающем и обратном трубопроводах по разности показаний расходомеров, установленных на этих трубопроводах.

— Градуировку или поверку пары расходомеров могут проводить поточным методом на устройстве, где воспроизводят разность расходов теплоносителя с минимальной нормированной погрешностью и соблюдают требуемое соотношение погрешностей для эталонных и градуируемых (поверяемых) средств измерений.

Технико-экономический эффект в предлагаемом изобретении повышается за счет введения в теплосчетчике канала прямого измерения разности расходов, повышают точность путем прямого измерения разности расходов в открытых водяных системах теплоснабжения с помощью пары объемных электромагнитных расходомеров, установленных в подающем и обратном трубопроводах без применения операции вычитания значений расходов. Тем самым решают поставленные задачи, т.е. повышают точность измерений тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя в открытых и условно открытых водяных системах теплоснабжения, сохраняя при этом возможность поточной градуировки (поверки) пар расходомеров теплосчетчиков, что выгодно отличается от выбранного прототипа и аналога.

В ООО «ТБН энергосервис» проведен анализ пределов погрешности градуировки каналов прямого измерения разности расхода теплосчетчиков с помощью предлагаемых устройства и способа.

Повышение точности измерений массы отобранного из сети теплоносителя, получаемое в результате предлагаемого способа градуировки пары расходомеров на предлагаемом устройстве, наиболее наглядно показывают при оценке предельных погрешностей результатов измерений, реально возникающих на практике.

Пусть показания расходомеров будут М₁ и М₂, а значения их относительных погрешностей при выполнении измерений будут δ₁ и δ₂. Требуется найти погрешность измерений разности ΔМ=М₁-M₂.

Абсолютные погрешности измеряемых величин М₁ и М₂ определяют как

Измеренные значения массы теплоносителя с учетом погрешности пары расходомеров определяют как М₁+Δ₁=M₁+δ₁ M₁ и М₂+Δ₂=М₂+δ₂ М₂.

Абсолютная погрешность измерений разности масс ΔM по определению равна

Тогда относительная погрешность измерений разности масс ΔM запишется как ,

после приведения подобных членов получают окончательно .

Следует отметить, что формула (δ) справедлива для разности значений любых физических величин (температур, давлений, расходов и т.д.). Применительно к измерению разности масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах эта формула приводится в нормативном документе МИ 2553-99.

Для наглядности применения формулы для определения погрешности 5 рассматривают в устройстве градуировки пары объемных расходомеров ряд практических примеров, в которых определяют относительную погрешность измерений массы условно отобранного из сети теплоносителя.

Пределы допускаемой относительной погрешности обоих расходомеров в составе теплосчетчика выбирают ±1%. (Следовательно, такими же по условию будут пределы погрешности измерений массы по каждому трубопроводу).

Измеренные значения массы теплоносителя выставляют: на подающем трубопроводе М₁=100 т, на обратном М₂=90 т.

а. Пара расходомеров не согласованная. Действительные значения погрешностей расходомеров, полученные на устройстве градуировки, составляют δ₁=-0,6% и δ₂=+0,3%, подставляют их в формулу для δ и получают

б. Пара расходомеров согласованная. Оценивают действительные значения погрешностей расходомеров на устройстве градуировки, по абсолютной величине получают такими же, как и в примере а, но знаки у них будут одинаковыми, отрицательными, т.е. δ₁=-0,6% и δ₂=-0,3%. Тогда по б получают

Видно, что согласование расходомеров по метрологическим характеристикам дает ощутимое повышение точности измерений.

в. Выбирают пару согласованных расходомеров, а значения их погрешностей, как и в примере б, будут δ₁=-0.6% и δ₂=-0.3%, измеренные значения массы составят М₁=100 т и М₂=99 т, тогда

г. Наибольшую погрешность для несогласованной пары расходомеров (погрешности которых остаются в допускаемых пределах) получают, когда δ₁=-1.0% и δ₂=+1.0%, тогда при измеренных значениях масс М₁=100 т и М₂=99 т погрешность измерений разности масс составит

Из случая (в) видно, что согласование расходомеров по метрологическим характеристикам при уменьшении разности расходов в подающем и обратном трубопроводах в ситуациях наиболее часто встречающихся на практике уже не дает никакого эффекта и в предельных случаях эта погрешность может иметь неприемлемо высокие значения.

Таким образом, из приведенных выше примеров видно, что основным источником погрешности измерений разности масс является применение метода измерений разности масс по разности показаний расходомеров. Погрешность измерений разности масс, вызванная применением предлагаемого способа градуировки объемных расходомеров, неприемлемо высока, даже если погрешности расходомеров находятся в допускаемых пределах и согласованы по знаку.

Анализ формулы погрешности позволяет сделать следующие выводы:

Если теплоносителя из водяной системы теплоснабжения отбирается достаточно много (10% и более, что на практике встречается редко), знаки погрешностей обоих средств измерений совпадают, то погрешность разности уменьшается, поэтому в некоторых случаях целесообразно подбирать средства измерений в согласованную пару. При этом погрешности обоих средств измерений должны носить систематический характер и сохранять стабильность во времени (что на практике весьма проблематично).

Уменьшение значения измеряемой величины М₁-М₂ приводит к возрастанию погрешности ее измерений не зависимо от величин и знаков погрешностей обоих средств измерений. Повышать точность измерений разности объемных в этом случае можно, только отказавшись от применения косвенного метода измерений разности и перейдя к изобретению способа прямого измерения искомой разности М₁-М₂. Для этого необходимо применять теплосчетчики с каналом прямого измерения разности расходов в подающем и обратном трубопроводах.

Градуировать пары расходомеров для таких теплосчетчиков следует на предлагаемом устройстве предлагаемым способом.

Похожие патенты RU2296959C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 296 959 C1

Реферат патента 2007 года СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ОБЪЕМНЫХ РАСХОДОМЕРОВ ТЕПЛОСЧЕТЧИКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Устройство и способ предназначены для поточной индивидуальной и попарной градуировки расходомеров, применяемых в теплосчетчиках. Устройство содержит подающий, обратный и блок байпасных трубопроводов. С помощью байпасных трубопроводов создают разность расходов в подающем и обратном трубопроводах и этим имитируют движение теплоносителя в открытой водяной системе теплоснабжения. Пары градуируемых расходомеров устанавливают в подающем и обратном трубопроводах. На каждом байпасном трубопроводе последовательно установлено два и более эталонных расходомеров и управляемый регулируемый вентиль для точной регулировки расхода. Грубую регулировку подаваемой разности расходов осуществляют с помощью управляемого регулируемого вентиля, расположенного на обратном трубопроводе. Поточная градуировка расходомеров при отсутствии отбора теплоносителя производится по блоку эталонных расходомеров, конфигурация которого аналогична байпасному блоку. Устройство оснащено исходным эталоном расхода с переключателями потока и эталонными мерниками (или весами). По исходному эталону одновременно градуируют эталонные объемные расходомеры в эталонном и байпасном блоках с погрешностью ±0,15-0,3%. Способ и устройство повышают точность градуировки. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 296 959 C1

Источник