Лепявко А.П. Средства измерений расхода жидкости и газа. Академия стандартизации, метрологии и сертификации а. П. Лепявко средства измерений
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
критическими соплами приведены на рис. 7.20. На рис. 7.20а приведена схема установки, работающей при избыточном давлении. Сжатый газ от источника 4 поступает в ресивер 5, где гасятся пульсации давления, возникающие в ис- точнике. Требуемое давление на входе в критические сопла 1 поддерживается регулятором давления 6. Расход газа, поступаю- щий к поверяемым приборам 3, изменяется путем открытия элек- тромагнитных клапанов 2 и подключения соответствующего со- пла или нескольких сопел, а также изменением давления перед соплами. 176 Рис. 7.20. Схемы установок с критическими соплами: а − с избыточным давлением; б − с разрежением; 1 − сопло; 2 − электромагнитный клапан; 3 − поверяемые приборы; 4 − источник сжатого газа; 5 − ресивер; 6 − регулятор давления; 7 − запорный вентиль; 8 − вакуум-компрессор; 9 − емкость Схема установки, работающей при разрежении, приведена на рис. 7.20б. Воздух из помещения с давлением р, температурой Т и относительной влажностью φ поступает в поверяемый прибор 3. Пульсации давления и расхода, возникающие при прохождении воздуха через поверяемый прибор, гасятся в емкости 9. Необхо- димое разрежение для обеспечения критического режима течения воздуха через сопло обеспечивается вакуум-компрессором 8. Погрешность воспроизведения расхода эталонной установ- кой с критическими соплами с учетом погрешностей измерений давления и температуры составляет ±0,2…0,5 %. Схема поверочной установки с докритическими соплами показана на рис. 7.21. Воздух из помещения подается вентилято- ром 3, проходит через поверяемый прибор 2, поступает в ресивер 5 и через сопла 1 выходит в помещение. Требуемый расход воз- духа обеспечивается установкой необходимого числа сопел и поддержанием давления в ресивере регулирующими вен- тилями 4. а 177 Рис. 7.21. Схема поверочной установки с докритическими соплами: 1 − сопло; 2 − поверяемый прибор; 3 − вентилятор; 4 − регулирующий вентиль; 5 − ресивер Расход воздуха через докритическое сопло определяется по его паспортным данным и измеренным значениям избыточно- го давления, температуры воздуха в ресивере и барометрического давления. При расчете действительного значения объемного расхода через поверяемый прибор учитывается поправка на раз- ность давлений перед поверяемым прибором и в ресивере перед соплами. 8. ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ РАСХОДА 8.1. ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ПОВЕРОЧНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ РАСХОДА Поверочные схемы определяют порядок, средства и методы передачи единицы измерения от эталона рабочим средствам из- мерений. Государственные поверочные схемы для средств измерений расхода приведены в государственных стандартах: ГОСТ 8.142–2013. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений массового расхода и объемного расхода (массы и объема) жидкости; ГОСТ 8.373–2012. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений массового и объемного расхода (объема и массы) нефти и нефтепродуктов; ГОСТ 8.374–2013. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расхода (объема и массы) воды; 178 ГОСТ Р 8.618–2014. ГСИ. Государственная поверочная схе- ма для средств измерений объемного и массового расхода газа; ГОСТ Р 8.637–2013. ГСИ. Государственная поверочная схе- ма для средств измерений массового расхода многофазных потоков. В состав Государственных поверочных схем для средств изме- рений расхода жидкости входят государственные первичные этало- ны, рабочие эталоны и рабочие средства измерений. Принципиальным отличием всех вновь разработанных пове- рочных схем для средств измерений расхода является то, что из них исключены эталоны (эталонные средства измерений), заимствован- ные из других поверочных схем. При таком построении повероч- ных схем должна быть обеспечена прослеживаемость измерений расхода к государственным первичным эталонам. Это требование соответствует общей тенденции в мировой метрологии, изложенной в совместной Декларации МБМВ, МОЗМ, ИЛАК и ИСО «О мет- рологической прослеживаемости» 9 ноября 2011 г. Для получения надежных результатов при поверке и калиб- ровке необходимо обеспечить прослеживаемость измерений к первичному государственному эталону. Для обеспечения прослеживаемости должны проводиться межлабораторные сличения эталонных расходомерных устано- вок. Общие принципы проведения межлабораторных сличений изложены в ГОСТ Р ИСО 5725–1…6–2002 «Точность (правиль- ность и прецизионность) методов и результатов измерений». Для сличения эталонных расходомерных установок могут быть ис- пользованы положения, изложенные в международном докумен- те OIML D 7 «The evaluationof flow standards and facilities used for testing water meter». Кроме того, так как все более широко примененяются высоко- точные рабочие средства измерений расхода, в поверочных схемах отсутствует требование о соотношении пределов допускаемых по- грешностей эталона и поверяемого рабочего средства измерений 1:3. Это соотношение должно устанавливаться в конкретном доку- менте, регламентирующем проведение поверки. Государственные первичные эталоны массового и объемного расхода жидкости ГЭТ 63–2013, расхода воды ГЭТ 119–2010 и рас- хода нефти и нефтепродуктов ГЭТ 120–2010 – это массовые стати- ческие расходомерные установки с косвенным методом измере- 179 ния текущего расхода с наивысшей в стране точностью. Опреде- ление объемного расхода обеспечивается путем измерения плот- ности жидкости входящим в состав эталона плотномером. Входящие в состав эталона расходомеры предназначены для регулирования и контроля стабильности текущего расхода жид- кости. Государственная поверочная схема для средств измере- ний расхода жидкости ГОСТ 8.142–2013 состоит из первичного эталона двух частей: часть 1 – для средств измерений массового расхода; часть 2 – для средств измерений объемного расхода. В состав каждой части входят вторичные эталоны, рабочие эталоны 1-го и 2-го разрядов и рабочие средства измерений. Государственный первичный эталон расхода жидкости ГЭТ 63–2013 обеспечивает воспроизведение массового и объемного расхода жидкости в пределах от 2,5 до 500 т/ч (м 3 /ч). В качестве рабочей жидкости используется водопроводная вода при темпе- ратуре от 15 до 25 ºС. Расширенная неопределенность воспроизведения текущего расхода при уровне доверия 0,95 составляет 3,6∙10 –4 В качестве рабочих средств измерений массового расхода поверочная схема предусматривает: расходомеры и счетчики массовые с диапазонами измерений от 2,5 до 4500 т/ч и пределами допускаемых относительных по- грешностей от ±0,05 до ±5,0 %; автоматизированные (автоматические) системы налива с диапазонами измерений от 2,5 до 500 т/ч и пределами допускае- мых относительных погрешностей от ±0,15 до 0,5 %; расходомеры и счетчики объемные с диапазонами измерений от 2,5 до 15 000 м 3 /ч и относительной погрешностью от ±0,07 до 5,0 %. В качестве рабочих средств объемного расхода используются: расходомеры и счетчики массовые (в режиме измерения объ- емного расхода и объема) с диапазонами измерений от 2,5 до 4 500 м 3 /ч и пределами допускаемых относительных погрешно- стей от ±0,05 до ±0,5 %; расходомеры и счетчики объемные (в режиме измерения объ- емного расхода и объема) с диапазонами измерений от 2,5 до 4 500 м 3 /ч и пределами допускаемых относительных погрешно- стей от ±0,07 до ±5,0 %; 180 автоматические системы налива с диапазонами измерений от 4,5 до 500 м 3 /ч и пределами допускаемых относительных по- грешностей от ±0,15 до ±0,5 %; железнодорожные и автоцистерны с пределами допускаемых относительных погрешностей от ±0,4 до ±1,0 %; резервуары с пределами допускаемых относительных по- грешностей от ±0,2 до ±1,0 %. Государственная поверочная схема для средств измере- ний расхода воды ГОСТ 8.374–2013 включает в себя первичный эталон, вторичный эталон, рабочие эталоны 1-го и 2-го разрядов и рабочие средства измерений. Государственный первичный специальный эталон расхода воды ГЭТ 119–2010 обеспечивает воспроизведение массового и объемного расхода жидкости в пределах от 0,01 до 50 т/ч (м 3 /ч). В качестве рабочей жидкости используется водопроводная вода при температуре от 15 до 25 ºС. Расширенная неопределенность воспроизведения объемного и массового расхода при уровне доверия 0,95 составляет 3,8∙10 –4 В качестве рабочих средств измерений поверочная схема предусматривает: расходомеры и счетчики объемные и массовые с диапазона- ми измерений от 0,01 до 450 м 3 /ч (т/ч) и пределами допускаемых относительных погрешностей от ±0,05 до ±5,0 %; автоматические системы налива с диапазонами измерений от 0,01 до 150 м 3 /ч (т/ч) и пределами допускаемых относительных погрешностей от ±0,15 до ±0,5 %. Государственная поверочная схема для средств измере- ний расхода нефти и нефтепродуктов ГОСТ 8.373–2012 вклю- чает в себя первичный эталон, вторичные эталоны, рабочие эта- лоны 1-го, 2-го и 3-го разрядов и рабочие средства измерений. Государственный первичный специальный эталон расхода нефти и нефтепродуктов ГЭТ 120–2010 обеспечивает воспроизве- дение расхода в пределах от 0,01 до 50 м 3 /ч. В качестве рабочей среды используют среду, имитирующую нефть и нефтепродукты в рабочем диапазоне температуры от 15 до 25 ºС. Расширенная неопределенность воспроизведения объемного и массового расхода при уровне доверия 0,95 составляет 4∙10 –4 В качестве рабочих средств измерений поверочная схема предусматривает: 181 объемные и массовые расходомеры и счетчики с пределами допускаемых относительных погрешностей от ±0,1 до ±5,0 %; автоматические системы налива на базе объемных и массо- вых преобразователей расхода с пределами допускаемых относи- тельных погрешностей от ±0,15 до ±0,5 %; резервуары с пределами допускаемых относительных по- грешностей от ±0,2 до ±0,25 %; топливо- и маслораздаточные колонки с пределами допус- каемых относительных погрешностей от ±0,25 до ±1,0 %; танкеры с пределами допускаемых относительных погрешно- стей от ±0,4 до ±1,0 %. В состав Государственной поверочной схемы для средств измерений объемного и массового расходов газа входят государ- ственный первичный эталон, рабочие эталоны 1-го разряда и рабо- чие средства измерений. Государственный первичный эталон объемного и массового расхода газа ГЭТ 118–2013 состоит из исходной эталонной уста- новки и 3 эталонных установок с набором эталонных критиче- ских сопел, предварительно градуируемых на исходной эталон- ной установке. В исходной установке государственного первичного эталона массового и объемного расхода газа ГЭТ 118–2013, принцип дей- ствия которого иллюстрируется на рис 8.1, расход газа определя- ется косвенным методом. В качестве рабочей среды в эталоне ис- пользуется воздух из помещений при атмосферном давлении. Работа установки происходит следующим образом. Из газо- сборного сосуда 1 вакуум-насосом 4 откачивается воздух, в нем создается вакуум, достаточный для обеспечения критического режима истечения из градуируемого (калибруемого) сопла 9. По- сле этого закрывается клапан 3 и открывается клапан 2. Газо- сборный сосуд заполняется воздухом. Вычисляется массовый расход воздуха η м M Q , (8.1) где М – масса воздуха, поступившего в газосборный сосуд; τ – время заполнения газосборного сосуда. 182 Рис. 8.1. Исходная эталонная установка государственного первичного эталона расхода газа: 1– газосборный сосуд; 2, 3 – клапаны; 4 – вакуум-насос; 5 – коромысло; 6 – понтон; 7 – стойка понтона; 8 – весы; 9 – сопло С целью повышения точности в установке обеспечивается гидростатическая компенсация веса предварительно вакуумиро- ванного газосборного сосуда с помощью понтона 6, заполненного воздухом и помещенного в ванну с водой. Расширенная неопределенность воспроизведения расхода та- кой установкой 0,084 %. Две установки с набором эталонных критических сопел предназначены для воспроизведения расхода при атмосферном давлении обеспечивают текущий расход от 3∙10 –3 до 1,6∙10 4 м 3 /ч (от 3,6∙10 –3 до 1,92∙10 4 кг/ч). Одна установка используется для воспроизведения текущего расхода при избыточном давлении до 10 бар в диапазоне от 10 до 2300 м 3 /ч (от 12 до 2700 кг/ч). В качестве рабочей среды в эталоне используют воздух из помещения, в котором его эксплуатируют, при температуре от 15 до 25 ºС и относительной влажности от 30 до 80 %. Расширенная неопределенность при уровне доверия 0,95 со- ставляет 9∙10 –4 …11∙10 –4 В качестве рабочих средств измерений поверочная схема предусматривает объемные и массовые расходомеры и расходо- меры-счетчики с диапазоном измерений 3∙10 –3 до 7∙10 4 м 3 /ч (от – 183 3,6∙10 –3 до 7∙10 6 кг/ч) с пределами допускаемой относительной погрешности от 0,3 до 5,0 %. Государственная поверочная схема для средств измерений массового расхода многофазных потоков ГОСТ Р 8.637–2013 включает в себя первичный эталон, рабочие эталоны 1-го и 2-го разрядов, рабочие средства измерений. Государственный первичный специальный эталон единицы массового расхода газожидкостных смесей ГЭТ 195–2011 состоит из следующих узлов: система подготовки двухкомпонентной фазы; система измерений; система подачи воздуха; устройство смешения жидкой фазы и воздуха; устройство сепарации многофазной смеси; система управления эталоном. В качестве рабочей среды используется газожидкостная смесь, состоящая из EXXSOL D100 (нефтепродукт), питьевой во- ды и атмосферного воздуха в различных соотношениях. Диапазон значений массового расхода газожидкостных сме- сей, воспроизводимого первичным эталоном, – от 2 до 110 т/ч. Расширенная неопределенность – 0,46 %. Диапазон значений массового расхода жидкой смеси в соста- ве газожидкостных смесей, воспроизводимого первичным этало- ном, – от 2 до 110 т/ч. Расширенная неопределенность – 0,08 %. Диапазон значений объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям, в составе газожидкостных смесей, – от 0,1 до 250 м 3 /ч. Расширенная неопределенность – 0,38 %. В качестве рабочих средств измерений поверочная схема предусматривает многофазные расходомеры с диапазоном измерений массово- го расхода газожидкостных смесей от 1 до 300 т/ч с относитель- ной погрешностью до 2,0 % и диапазоном измерений объемного расхода газа от 0,1 до 2400 м 3 /ч с относительной погрешностью до 5 %; установки измерительные сепарационные с диапазоном изме- рений массового расхода газожидкостных смесей от 1 до 150 т/ч с относительной погрешностью до 2,0 % и диапазоном измерений объемного расхода газа от 0,1 до 12500 м 3 /ч с относительной по- грешностью до 5 %. 184 8.2. ПОВЕРКА ПРОЛИВНЫМ МЕТОДОМ 8.2.1. Общие положения Основным методом поверки является проливной метод с ис- пользованием эталонных расходомерных установок. Этот метод принципиально применим для всех типов средств измерения рас- хода. Средства поверки. Основным средством поверки является поверочная проливная установка. Требования к ее точности ука- зываются в нормативном документе, регламентирующем прове- дение поверки. В большинстве методик поверки средств измере- ний расхода приводится требование, что погрешность (инстру- ментальная неопределенность при доверительной вероятности 0,95) поверочной установки не должна превышать 1/3 предела основной допускаемой погрешности поверяемого средства изме- рений. При этом погрешность поверяемого средства измерений определяется без учета погрешности поверочной установки. При поверке высокоточных средств измерений с пределами допускаемой погрешности менее ±0,5 % соотношение погрешно- стей эталонной установки и поверяемого средства измерений расхода может быть больше, чем 1:3. В этих случаях при оценке пригодности поверяемого средства измерений расхода в разных методиках используются различные подходы: средство измерений признается годным, если геометрическая сумма полученных при поверке значений его погрешности и по- грешности поверки не превышает предела допускаемой основной погрешности (например,МИ 1974–2004); средство измерений признается годным, если сумма полу- ченных при поверке значений его погрешности и расширенной неопределенности измерений при поверке не превышает 1,33 предела допускаемой основной погрешности (например, реко- мендация МОЗМ R 137); средство измерений признается годным, если максимальная вероятность ошибочно признанного годным в действительности неисправного средства измерений с учетом расширенной неопре- деленности измерений при поверке менее P < 0,5 (например, P = 0,2в соответствии с рекомендацией Р Газпром 5.13–2010). В средства поверки входят также гидравлический пресс, эта- лонные манометры, термометры, барометры, гигрометры и т.д. 185 Перечень средств для поверки конкретных типов средств измере- ния расхода и требования к ним приводятся в соответствующих нормативных документах (государственных стандартах, методи- ческих указаниях или технической документации на конкретный тип средства измерения). Поверочная среда. Наиболее надежные результаты могут быть получены при использовании в качестве поверочной реаль- ной рабочей среды. Однако из-за особенностей рабочих сред это не всегда возможно или целесообразно по экономическим сооб- ражениям. Поэтому в качестве поверочных сред используются наиболее доступные жидкости и газы. Как правило, при поверке жидкостных средств измерения расхода жидкости нормальной и низкой точности используется вода, газ – воздух. Согласно современным международным требованиям счет- чики природного газа, работающие при повышенных давлениях газа (более 4 бар) и предназначенные для коммерческого учета, должны градуироваться при реальных рабочих давлениях. При этом качестве поверочной среды используется транспортируемый природный газ. Поверка высокоточных устройств проводится как на рабочих средах, так и средах-заменителях, близких по своим свойствам к рабочим средам. В качестве жидкостей-заменителей используют- ся керосин, различные масла и т.д. Если особенности рабочей жидкости и характер потока при эксплуатации оказывают значительное влияние на результат из- мерения и не могут быть полностью реализованы в поверочной установке, поверка должна проводиться непосредственно на мес- те эксплуатации. Требования к |