Лепявко А.П. Средства измерений расхода жидкости и газа. Академия стандартизации, метрологии и сертификации а. П. Лепявко средства измерений
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
установки для поверки счет- чиков воды с мерным баком. Рис. 7.2. Схема установки для поверки счетчиков воды с мерным баком: 1 − поверяемые счетчики; 2 − регулятор расхода; 3 − указатель расхода; 4 − сопло; 5 − мерный бак; 6 − водомерная трубка; 7 − визир; 8 − шкала; 9 − сливной клапан 153 Вода из напорного бака, насоса или водопровода поступает в поверяемые счетчики 1. Одновременно могут проходить повер- ку несколько счетчиков. Требуемый текущий расход устанавли- вается регулирующим вентилем 2. При изменении расхода изме- няются перепад давления в сужающем устройстве – сопле 4 – и давление перед соплом. Значение расхода контролируется по указателю расхода 3, который представляет собой манометр, из- меряющий давление воды перед соплом. Шкала указателя отгра- дуирована непосредственно в единицах расхода. Мерный бак 5 изготавливается из стальных листов достаточ- ной толщины, чтобы не иметь деформации при заполнении. Форма бака может быть цилиндрической или прямоугольной с постоянным по высоте поперечным сечением. Бак снабжен водомерной трубкой 6 и реечной шкалой. Водо- мерная трубка – толстостенная стеклянная трубка с внутренним диаметром не менее 20 мм. Шкала 8 выполнена из коррозионно- стойкого металла. Для устранения параллакса может использо- ваться визир 7, который перемещается вдоль шкалы. Для слива рабочей жидкости мерный бак снабжается сливным клапаном 9. Сливной клапан представляет собой цилиндрический груз с рези- новым торцом. Под действием собственного веса груз прижима- ется к седлу сливного клапана. Резиновый торец обеспечивает герметичность. Клапан поднимается и опускается с помощью рычажного механизма. Шкалу мерных баков градуируют с помощью эталонных мер вместимости – эталонных мерников – или весовым методом. Схема установки для поверки камерных счетчиков про- мышленных жидкостей представлена на рис. 7.3. Жидкость из сливной емкости 16 подается насосом 17 к поверяемым счетчи- кам 11. Избыточное количество жидкости через байпасный тру- бопровод 18 возвращается в сливную емкость. Параметры жид- кости перед счетчиками контролируются термометром 12 и ма- нометром 13. В трубопроводе на выходе из счетчиков установле- ны сужающее устройство 6 для контроля текущего расхода и смотровое стекло 7 для проверки отсутствия пузырьков газа в жидкости. Значение расхода определяется по указателю 8, пред- ставляющему собой дифференциальный манометр со шкалой, от- градуированной в единицах расхода. 154 Рис. 7.3. Схема установки для поверки камерных счетчиков жидкости: 1 − эталонная мера вместимости; 2 − компенсатор вместимости; 3 − горловина; 4 − шкала; 5 − крышка; 6 − насадочный кран (сужающее устройство); 7 − смотровое стекло; 8 − указатель расхода; 9, 12 − термометры; 10 − регулятор расхода; 11 − поверяемые счетчики; 13 − манометр; 14 − фильтр-воздухоотделитель; 15 − нагреватель или охладитель; 16 − сливная емкость; 17 − насос; 18 − байпасный трубопровод Мерный бак 1 выполнен в виде эталонного жидкостного мерника. Для повышения точности отсчета мерник имеет узкую горловину 3 со смотровым стеклом и шкалой 3. Мерник снабжа- ется компенсатором вместимости 2 и термометром 9. Компенса- тор вместимости служит для регулирования объема в процессе поверки и градуировки мерника. Он представляет собой цилинд- рическое тело, которое перемещается в сальниковых направляю- щих с помощью винтового механизма. Объем регулируется пу- тем изменения длины цилиндрического тела, находящегося внут- ри объема мерника. Термометр позволяет измерять температуру жидкости непосредственно в мернике. По показаниям этого тер- мометра и термометра, измеряющего температуру жидкости пе- ред поверяемым счетчиком, рассчитываются соответствующие поправки. 155 Для предохранения жидкости от испарения мерник закрыт крышкой 5. Трубопровод, соединяющий горловину мерника и сливную емкость, служит для отвода воздуха из мерника при его заполнении и предохраняет от перелива жидкости в мерник. Измерение количества жидкости в эталонных установках с использованием объемных или весовых мерных устройств при больших расходах требует больших размеров этих установок и приводит к их высокой стоимости. Установки с эталонными средствами измерений расхода (установки сличения) имеют меньшие габаритные размеры и проще в эксплуатации. Принципиальная гидравлическая схема такой установки с эталонными преобразователями расхода приведена на рис. 7.4. Рис. 7.4. Схема установки с эталонными средствами измерений расхода: 1 − накопительный бак; 2 − насос; 3 − ресивер; 4 − испытательный участок; 5 − поверяемые приборы; 6 − эталонные преобразователи расхода; 7 − регулирующий вентиль; 8 − запорный вентиль Необходимый напор создается насосом с регулируемой час- тотой вращения 2 из накопительного бака 1. Демпфирование пульсаций, создаваемых насосом, и стабилизация расхода обес- печиваются ресивером 3, который заполнен сжатым газом. На испытательном участке 4 монтируются поверяемые приборы 5. Действительные значение текущего и суммарного расхода оп- ределяются эталонными преобразователями расхода 6, которые обеспечивают измерение в разных диапазонах расхода. Регулиро- вание и установление поверочных расходов производится венти- лями 7. В зависимости от требуемого расхода запорными венти- лями 8 в гидравлический контур включается тот или иной эта- лонный преобразователь расхода. 156 При поверке расходомеров методом сличения предъявляются менее жесткие требования к стабильности текущего расхода, чем при косвенном методе измерения. В таких установках изменение текущего расхода фиксируется одновременно поверяемым и эта- лонным расходомерами. Преобразователи расхода, входящие в состав таких устано- вок, градуируются и поверяются на соответствующих эталонных расходомерных установках более высокого разряда. По аналогичной схеме выполнены жидкостные расходомер- ные установки, в которых в качестве эталонных средств измере- ния расхода используются кавитационные сопла. Расход жидко- сти через кавитацинное сопло после достижения некоторого пе- репада давления на нем определяется только давлением на его входе. Недостатком установок с кавитационными соплами явля- ется значительное энергопотребление, которое определяется не- обходимостью обеспечения требуемого перепада давления на со- плах. В целом ряде современных эталонных расходомерных уста- новок реализуется как косвенный метод измерения текущего рас- хода, так и метод сличения. Такие установки выполняются по схеме, приведенной на рис. 7.4, но дополнительно в их состав входят мерный бак и перекидное устройство. У таких установок нормируются различные значения погрешности (неопределенно- сти) при измерении косвенным методом и методом сличения. При этом погрешность (неопределенность) расхода при косвен- ном методе меньше, чем при методе сличения. Установки с эталонными средствами измерений расхода в силу своих малых размеров и веса могут использоваться для по- верки непосредственно на месте эксплуатации без демонтажа по- веряемого прибора. Схема первой российской переносной уста- новки для поверки счетчиков воды «Пролив», разработанной НИИТеплоприбором, приведена на рис. 7.5. Поверочная установка состоит из эталонного счетчика 1, вы- прямителя потока 2 для формирования требуемого распределения скорости в сечении перед эталонным счетчиком, регулирующих вентилей грубой 3 и тонкой 4 регулировки. Установка гибкими рукавами 5 подсоединяется к трубопро- воду, в котором установлен поверяемый прибор 6. Подсоедине- ние проводится с использованием запорных вентилей 7, как пока- 157 зано на рис. 7.5, или непосредственно к раздаточному крану во- допровода (при поверке счетчиков поквартирного учета). При поверке вода последовательно проходит через поверяемый и эта- лонный счетчики и сливается в канализацию. Рис. 7.5. Схема установки для поверки счетчиков воды на месте эксплуатации: 1 − эталонный счетчик; 2 − выпрямитель потока; 3, 4 − регулирующие вентили; 5 − гибкий рукав; 6 − поверяемый счетчик; 7 − запорный вентиль Установка «Пролив-М10» предназначена для поверки счет- чиков воды с D у от 10 до 50 мм, «Пролив-М50» – для поверки счетчиков с D у от 50 до 250 мм. В настоящее время разработано уже несколько переносных установок для поверки квартирных счетчиков воды. Часть из них в своем составе не имеет регулирующих вентилей. Соответст- вующий расход устанавливается с помощью вентилей, установ- ленных в квартире. Как уже отмечалось выше, установки с эталонными средст- вами измерений расхода имеют меньшие размеры и проще в экс- плуатации по сравнению с установками, имеющими объемные или весовые мерные устройства. Это преимущество особенно важно в установках для больших расходов. Недостатком таких установок является необходимость градуирования и поверки эта- лонных приборов на других эталонных расходомерных установ- ках более высокой точности. Для «больших» расходов могут применяться установки, включающие в себя исходное эталонное средство и несколько эталонных средств измерений расхода. Схема такой установки приведена на рис. 7.6. Эталонные преобразователи расхода 1 размещены в парал- лельных трубопроводах. Для постоянного контроля их состояния в каждом трубопроводе последовательно могут устанавливаться 158 по два эталонных преобразователя расхода. Эталонные преобразо- ватели расхода последовательно градуируются и поверяются не- посредственно в составе установки с использованием исходного эталонного средства 2. Расход через эталонные приборы регули- руется и устанавливается вентилями 5. В качестве исходного эта- лонного средства могут использоваться эталонные мерник и часы, трубопоршневая установка и т.д. Напорное устройство 4 включает в себя емкость с поверочной средой, насос и устройство стабили- зации расхода (напорный бак или ресивер со сжатым газом). Рис. 7.6. Принципиальная схема установки для воспроизведения «больших» расходов: 1 − эталонные преобразователи расхода; 2 − исходное эталонное средство; 3 − поверяемые приборы; 4 − напорное устройство; 5 − регулирующий вентиль; 6 − запорный вентиль Поверяемые приборы 3 установлены в гидравлический кон- тур последовательно с эталонными преобразователями расхода 1. Поверка при малых расходах может производиться с использова- нием как исходного эталонного средства 2, так и эталонных пре- образователей расхода 1. При «больших» расходах в гидравличе- ский контур запорными вентилями 6 подключается требуемое количество эталонных преобразователей расхода 1. В таких установках в качестве эталонных возможно приме- нение серийно выпускаемых приборов. При этом они могут ис- пользоваться в составе установки только при одном расходе, близком или равном верхнему пределу измерений. 159 Поверка и калибровка средств измерения больших расходов жидкости при использовании традиционных схем установок при- водит к необходимости применять, кроме больших емкостей, также и насосы большой мощности. Снижение мощности насосов обеспечивается в установке, в которой совмещены напорный и мерный баки (рис. 7.7). Основными элементами установки являются напорный бак (динамический мерник) 1, имеющий калиброванный объем меж- ду датчиками уровня 5 и 6, регулятор расхода 3 и сливная ем- кость 4. Напорный бак в таких установках является динамиче- ским мерником жидкости. Рис. 7.7. Принципиальная схема эталонной установки для больших расходов: 1 − напорный бак (динамический мерник); 2 – поверяемые (калибруевые) приборы; 3 – регулятор расхода; 4 − сливная емкость; 5, 6 − датчики уровня Перед поверкой напорный бак заполняется водой с любым достаточно малым расходом. После заполнения башни начинает- ся процесс: открываются вентили в гидравлической магистрали, и поток воды проходит через калибруемые приборы 2. Когда уро- вень воды в напорном баке снижается до датчика уровня 5, начи- нается отсчет времени и импульсов от поверяемых приборов. По- сле того как уровень воды снижается до датчика уровня 6, отсчет прекращается. Постоянство текущего расхода в процессе поверки или калибровки может быть обеспечено с помощью регулятора расхода и соответствующим увеличением давления наддува на- порного бака. 160 По такому принципу выполнены эталонные установки, обес- печивающие возможность градуирования и поверки расходоиз- мерительных устройств с внутренним диаметром преобразовате- ля расхода более 1 м при максимальном расходе до нескольких десятков тысяч м 3 /ч. При поверке высокоточных счетчиков и преобразователей расхода нефти, нефтепродуктов и газового конденсата, в том числе и непосредственно на месте эксплуатации, используются трубопоршневые установки (ТПУ). Они применяются прежде всего для поверки преобразователей расхода, имеющих импульс- ный выход (турбинных, вихревых, камерных и т.д.). В зависимо- сти от исполнения, методов и средств градуирования и поверки эти установки обеспечивают погрешность измерений объема в пределах ±(0,05…0,15) %. ТПУ используются в качестве этало- нов 1-го и 2-го разрядов в Государственной поверочной схеме для средств измерений объемного и массового расхода (объема и массы) нефти и нефтепродуктов (ГОСТ 8.373–2013). На рис. 7.8изображенаоднонаправленная ТПУ с жидкостной петлей. Рис. 7.8. Схема однонаправленной ТПУ с жидкостной петлей: 1 – калиброванный участок «петли»; 2 – шаровой поршень; 3 – датчик калиброванного участва; 4 – клапан-манипулятор; 5 – электронно-счетное устройство; 6 – поверяемый прибор Она состоит из «петли» 1, изготовленной из бесшовной стальной трубы, двух шаровых поршней 2, датчиков калиброван- ного участка трубы 3, клапана-манипулятора 4 и электронно- 161 счетного устройства 5. Внутренняя поверхность «петли» покрыта специальным стойким покрытием. Один шаровой поршень вы- полняет роль вытеснителя жидкости из «петли», второй выполня- ет функции запорного устройства в клапане-манипуляторе. ТПУ работает следующим образом. ТПУ включается в жид- костную магистраль последовательно с поверяемым счетчиком 6. Под напором жидкости шаровой поршень перемещается в «пет- ле». При прохождении поршнем первого датчика включается счетное устройство, и начинается отсчет импульсов, поступаю- щих от поверяемого счетчика. В момент прохождения поршнем второго датчика отсчет импульсов прекращается. Затем шаровой поршень падает в клапан-манипулятор, выталкивает второй ша- ровой поршень в поток и занимает его положение. Цикл измере- ний повторяется. Объем калиброванного участка петли определяется при по- мощи эталонных мерников или весов. Рассчитываются соответст- вующие поправки на температуру и давление рабочей жидкости. В однонаправленной установке поршень всегда перемещает- ся в одном направлении. Применяются также двунаправленные ТПУ как с жидкостной петлей, так и с прямолинейным измери- тельным участком. В двунаправленной установке за счет соот- ветствующего переключения внешних клапанов поршень пере- мещается сначала в одном направлении, приводя к срабатыванию датчиков калиброванного участка, а затем в обратном направле- нии на том же калиброванном участке, проходя те же датчики. В передвижных средствах поверки используются ТПУ мало- го объема. Устройство ТПУ малого объема с гидравлическим приводом (с внутренним клапаном) и принцип их действия иллю- стрируются на рис. 7.9. Основной частью установки является цилиндр 1, в котором находится свободно движущийся поршень 2. Внутри поршня смонтирован тарельчатый клапан 3, который подсоединен с по- мощью штока к поршню 5 силового цилиндра 4. Поршень сило- вого цилиндра приводится в действие путем подачи давления сжатого газа 9 или гидравлического давления 10. Давление сжа- того газа обеспечивает закрытие тарельчатого клапана и приво- дит в движение поршень. Гидравлическое давление возвращает поршень в исходное положение и удерживает тарельчатый кла- пан в открытом положении (режим ожидания). 162 Рис. 7.9. ТПУ с гидравлическим приводом: I − режим ожидания; II − контрольный рабочий ход; III − конец рабочего хода; 1 − цилиндр; 2 − поршень; 3 − тарельчатый клапан; 4 − силовой цилиндр; 5 − поршень силового цилиндра; 6, 7 − вход и выход жидкости; 8 − ограничитель; 9 − сжатый газ; 10 − гидравлическое давление; 11 − электромагнитный клапан; 12 − измерительный стержень; 13, 14, 15 − оптоэлектронные концевые переключатели Положение поршня в цилиндре определяется с помощью оп- тоэлектронных концевых переключателей. Сигнал вырабатывает- ся в тот момент, когда флажок, укрепленный на измерительном стержне 12 и движущийся синхронно с поршнем, проходит мимо щели переключателя и прерывает световой поток. Используются три переключателя: один, 13, – для определения положения поршня в режиме ожидания, а два, 14 и 15, – для определения вы- тесненного объема жидкости. Эти сигналы используются для приведения в действие различных таймеров и счетчиков для по- лучения измерительной информации, а также для приведения в действие соответствующих клапанов и элементов системы управления. Для приведения установки в режим ожидания (рис. 7.9,I) за- крывается электромагнитный клапан 11. Гидравлическое давле- 163 ние перемещает поршень силового цилиндра 5, при этом откры- вается тарельчатый клапан и поршень перемещается в крайнее левое положение. Жидкость проходит через открытый тарельча- тый клапан. После команды пуска открывается электромагнитный клапан, снижается гидравлическое давление, действующее на поршень силового цилиндра. Под действием давления сжатого га- за поршень закрывает тарельчатый клапан 3. Поршень с закры- тым клапаном движется синхронно с потоком жидкости, прохо- дящей через установку (рис. 7.9,II). По мере движения поршня флажок измерительного стержня проходит через переключатель начала рабочего цикла, а затем переключатель окончания рабоче- го хода. После окончания рабочего хода (рис. 7.9,III) закрывается электромагнитный клапан 11, и установка приводится в режим ожидания. Для защиты от прерывания потока жидкости в выход- ном фланце установки имеется ограничитель 8, который прину- дительно открывает тарельчатый клапан при отсутствии команды на окончание рабочего цикла. Таким образом обеспечивается не- прерывный поток жидкости через установку. |