ИССЛЕДОВАНИЕ  ХАРАКТЕРИСТИК  ОТКЛОНЕНИЯ  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ  РАСХОДА

Марактаева  Татьяна  Афанасьевна

студент  Иркутского  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Иркутск

Половнева  Светлана  Ивановна

научный  руководитель,  доцент  Иркутского  государственного  технического  университета,  РФ,  г.  Иркутск

Преобразователь  расхода  —  это  технический  прибор  измерения,  который  характеризует  расход  вещества,  проходящего  через  данное  сечение  трубопровода  в  единицу  времени.

Серия  вихреакустических  преобразователей  расхода  определена  для  измерения  объемного  расхода  и  объема  водопроводной,  теплофикационной,  технической  воды,  водных  растворов  и  пластовых  вод,  в  том  числе  в  составе  АСУ  ТП  «Цитата»  [3,  с.  5].

Вихреакустические  преобразователи  расхода  являются  существенными  элементами  систем  учёта  потребления  энергоресурсов  и  управления  технологическими  процессами  в  различных  отраслях  промышленности,  а  также  жилищно-коммунальном  хозяйстве. 

Поверка  всех  вихреакустических  преобразователей  расхода  производится  двумя  методами,  которые  утверждены  государственным  стандартом  Российской  Федерации:  первый  —  проливной  и  второй  —  беспроливной  (имитационным).  Поверка  имитационным  методом,  более  сложна  и  производится  в  2  этапа:

Первый  этап  это  измерение  размера  тела  обтекания  (ТО)  и  сравнение  его  с  номинальным  значением  данного  размера;

Второй  этап  это  определение  периода  выходного  сигнала  преобразователя  и  сравнение  его  с  образцовым  значением.

На  первом  этапе  поверки  тело  обтекания  (ТО)  извлекается  из  проточной  части  расходомера.  Тело  обтекания  можно  извлекать  непосредственно  на  трубопроводе  без  демонтажа  преобразователя.  Далее  преобразователь  расхода  поверяется  с  помощью  комплекта  аппаратуры,  имеющегося  в  каждом  региональном  центре  государственного  стандарта  (генератор  сигналов,  частотомер,  осциллограф,  вольтметр  цифровой,  магазин  сопротивлений,  секундомер)  или  с  помощь  имитатора  расхода  «Метран550ИР»  (по  импульсным  выходным  сигналам)  непосредственно  на  месте  проведения  или  эксплуатации. 

Проведение  поверки  вторым  проливным  методом,  который  оценивает  прибор  с  меньшей  точностью,  производится  на  образцовой  расходомерной  установке,  которая  обеспечивает  пределы  относительной  погрешности  измерений  объема  не  более  ±0,3  %.

Достоинства  вихреакустических  преобразователей  расхода.

Долговременная  стабильность  всех  метрологических  характеристик  в  условиях  высокого  содержания  ферромагнитных  примесей  и  механических  загрязнений  измеряемой  среды,  в  результате:

·     принципом  действия,  не  использующим  магнитные  поля;

·     эффектом  «самоочищения»  проточной  части  преобразователя,  выполненной  из  специальной  стали  12Х18Н10Т;

·     Широкий  диапазон  динамических  значений

·     Надежная  работа  в  области  маленьких  значений  расходов,  благодаря  температурной  коррекции  расходной  характеристики

·     утвержденные  государственным  стандартом  методики  поверки:

Вихреакустические  расходомеры  имеют  множество  достоинств  и  преимуществ.  Продолжительная  стабильность  практически  всех  метрологических  характеристик  в  условиях  высокого  содержания  ферромагнитных  примесей  и  механических  загрязнений  измеряемой  среды,  обусловленна:

·     принципом  действия  работы  устройства,  не  использующим  магнитные  поля;

·     эффектом  «самоочищения»  проточной  части  преобразователя,  выполненной  из  специальной  стали  12Х18Н10Т;

·     отсутствием  футеровки  проточной  части  материалами,  подверженными  деформациям  в  процессе  монтажа  и  эксплуатации

·     Широкий  динамический  диапазон

·     Надежная  работа  в  области  малых  значений  расходов,  благодаря  температурной  коррекции  расходной  характеристики

·     утвержденные  государственным  стандартом  РФ  методики  поверки:  проливная  и  имитационная

·     Оперативная  диагностика  и  возможность  поверки  непосредственно  на  трубопроводе

·     100  %ное  обеспечение  соосности  при  монтаже,  благодаря  конструктивным  решениям  КМЧ

·     Самодиагностика  расходомера

·     Широкая  гамма  стандартных  выходных  сигналов  для  связи  с  вторичными  устройствами

Принцип  измерения  расхода  состоит  в  зависимости  частоты  образования  вихрей  за  телом  обтекания,  установленным  в  проточной  части  преобразователя  от  скорости  и  расхода. 

Преобразователь  (Рис.  1).  В  корпусе  проточной  части  расходомера  расположены:  тело  обтекания  —  призма  трапецеидального  сечения  (1),  пьезоизлучатели  ПИ  (2),  пьезоприемники  ПП  (3)  и  термодатчик  (7).  Электронный  блок  включает  в  себя  генератор  (4),  фазовый  детектор  (5),  микропроцессорный  адаптивный  фильтр  с  блоком  формирования  выходных  сигналов  (6),  смонтированные  на  печатной  плате.

Тело  обтекания  (ТО)  установлено  на  входе  жидкости  в  проточную  часть  расходомера.  При  обтекании  ТО  потоком  жидкости  за  ним  образуется  вихревая  дорожка  Кармана,  частота  следования  вихрей  в  которой  с  высокой  точностью  пропорциональна  скорости  потока,  а,  следовательно,  и  самому  расходу.  За  ТО  в  корпусе  проточной  части  диаметрально  противоположно  друг  другу  установлены  стаканчики,  в  которых  соответственно  собраны  ультразвуковой  пьезоизлучатель  (ПИ)  и  пьезоприемник  (ПП).  От  генератора  на  ПИ  подается  переменное  напряжение,  которое  преобразуется  в  ультразвуковые  колебания.  При  прохождении  через  поток,  в  результате  взаимодействия  с  вихрями,  ультразвуковые  колебания  модулируются  по  фазе.  На  ПП  модулированные  ультразвуковые  колебания  вновь  преобразуются  в  напряжение,  которое  подается  на  фазовый  детектор  [3,  с.  9].

Рисунок  1.  Принципиальная  схема  ВАР:  а)  Продольный  разрез  расходомера  б)  Поперечный  разрез  расходомера

Зависимость  частоты  образования  вихрей  за  телом  обтекания  в  потоке  жидкости,  газа  или  пара  (вихревые)  от  объемного  расхода  описывается  уравнением  Кармана:

  (1)

  (2), 

Откуда

  (3)

где:  f  —  частота  образования  вихрей, 

St  —  коэффициент  Струхаля,  зависит  oт  режима  течения, 

v  —  скорость  ; 

S  —  площадь  сечения  проточной  части  расходомера; 

=  объемный  расход

Неопределенность  измерения  —  параметр,  связанный  с  результатом  измерения,  который  характеризует  дисперсию  так  называемый  разброс  значений  или  дисперсию,  которые  могли  бы  быть  приписаны  измеряемой  величине.

Неопределенность  результата  измерения  отражает  отсутствие  точного  знания  значения  измеряемой  величины.  Такое  значение  даже  после  внесения  поправки  на  известные  систематические  погрешности  будет  являться  только  оценкой  измеряемой  величины  в  результате  возникновения  неопределенности.

В  данной  работе  были  рассчитаны  три  типа  неопределенностей  расходомера:  суммарная,  стандартная  и  расширенная.

Стандартная  неопределенность  —  неопределенность,  которая  определяется  по  результатам  многократных  измерений,  где,  исходными  данными  для  ее  вычисления  являются  результаты  этих  же  многократных  измерений.

Суммарная  стандартная  неопределенность  uc  (y)  —  это  стандартная  неопределенность  результата  измерения,  когда  результат  получают  из  значений  ряда  других  величин.  Суммарная  стандартная  неопределенность  представляет  собой  оцененное  стандартное  отклонение  и  определяет  разброс  значений,  которые  могут  быть  с  достаточным  основанием  приписаны  измеряемой  величине.

Расширенная  неопределенность  —  величина,  задающая  интервал  вокруг  результата  измерения,  в  пределах  которого,  как  ожидается,  находится  большая  часть  распределения  значений,  которые  с  достаточным  основанием  могут  быть  приписаны  измеряемой  величине.

Для  определения  неопределенностей  вихреакустических  расходомеров  были  произведены  измерения  на  стенде  НИЛ  кафедры  АПП.  Далее  были  рассчитаны  стандартная,  расширенная  и  суммарная  неопределенности  по  формулам:

Стандартная  неопределенность: 

  (4), 

  (5)

Cуммарная  неопределенность: 

  (6), 

где:    (7)

  (8)

Расширенная  неопределенность: 

  (9)

Результаты  расчетов  и  исходные  данные  приведены  в  таблице  1

Таблица  1.

Расчет  неопределенностей  и  промежуточные  расчеты

Продолжение  таблицы  1.

В  ходе  расчетов  в  предлагаемом  исследовании  были  получены  значения  суммарной  и  расширенной  неопределенностей  вихреакустических  расходомеров,  которые  необходимо  учитывать  наряду  с  относительной  погрешностью  при  поверке  расходомеров.  При  проведении  данного  исследования  все  неопределенности  находятся  в  пределах  нормы.  Так  как  «погрешность»  и  «неопределенность»  совершенно  разные  понятия  и  каждое  из  них  играет  крайне  важную  роль  в  поверке,  работе,  длительном  использовании  всех  приборов.

Список  литературы:

1.Кремлёвский  П.П.  Расходомеры.  М.:  Машиностроение,  1990.  —  400  с.

2.Мишин  В.М.  Метрология.  Стандартизация.  Сертификация.  М.:  ЮНИТИ-ДАНА,  2009.  —  128  с.

3.Половнева  С.И.,  Ёлшин  В.В.,  Толстой  М.Ю.  Измерение  расхода  газов  и  жидкостей.  Иркутск:  Изд-во  ИрГТУ,  2010.  —  89  с.