Лепявко А.П. Средства измерений расхода жидкости и газа. Академия стандартизации, метрологии и сертификации а. П. Лепявко средства измерений

• Название: Академия стандартизации, метрологии и сертификации а. П. Лепявко средства измерений
• Анкор: Лепявко А.П. Средства измерений расхода жидкости и газа
• Дата: 23.10.2022
• Размер: 2.47 Mb.
• Имя файла: Лепявко А.П. Средства измерений расхода жидкости и газа.pdf
• Тип: Книга; #749692
• страница: 17 из 21

условиям поверки приводятся в соответст- вующей нормативной документации. Нормируются значение температуры поверочной среды и ее изменение в процессе повер- ки, значения температуры, влажности и давления окружающего воздуха, напряжения и частоты питания и т.д. Номинальные зна- чения параметров и допускаемые отклонения определяются осо- бенностями конструкции, точностью прибора, условиями его эксплуатации, особенностями поверочной среды.
При поверке выполняются следующие операции: внешний осмотр;

186 проверка электрической изоляции (определение сопротивле- ния и проверка электрической прочности) при наличии электриче- ских цепей; проверка герметичности преобразователя расхода; опробование; определение метрологических характеристик.
При внешнем осмотре должно быть установлено следую- щее: наличие паспорта и комплектность по паспорту; маркировка; отсутствие видимых повреждений и дефектов, препятствую- щих нормальной работе; соответствие требованиям технической документации; наличие неповрежденных пломб и оттисков поверительного клейма органов метрологической службы; правильность подготовки устройства к поверке.
Проверка изоляции электрических цепей проводится в со- ответствии с требованиями технической документации.
Для проверки герметичности преобразователя расхода в его рабочей полости создают давление, значение которого указано в технической документации или на фирменной табличке. Резуль- таты проверки считаются удовлетворительными, если в течение времени, указанного в техдокументации, обычно в пределах
5…15 мин, не понижается давление и визуально не наблюдаются микротечи.
При опробовании проверяется функционирование средства измерения без определения метрологических характеристик.
Функционирование расходомера проверяют путем плавного уве- личения расхода до значения, близкого к верхнему пределу изме- рения, и плавного уменьшения расхода до нуля. Стрелка измери- тельного прибора (показания цифрового отсчетного устройства, выходной сигнал) должна плавно перемещаться (изменяться).
При опробовании счетчиков с механическим отсчетным уст- ройством подают расход. Контролируют срабатывание счетчика, проверяют соответствие указателей разового и суммарного учета.
Определение метрологических характеристик является основной и наиболее трудоемкой операцией поверки. Методика определения метрологических характеристик определяется осо- бенностями поверяемого средства измерения (значением допус-

187 каемой погрешности, характером зависимости выходного сигнала от расхода и т.д.). Конструкция и параметры поверочной уста- новки также могут оказывать влияние.
Основную погрешность определяют сравнением результатов измерений поверяемым средством и эталонной расходомерной установкой не менее чем при трех расходах, два из которых должны быть близки или равны нижнему и верхнему пределам измерения. При линейной зависимости выходного сигнала от расхода значение третьего расхода, как правило, соответствует середине диапазона измерения. При поверке средств измкерений высокой точности, нормальной точности с нелинейной зависимо- стью выходного сигнала от расхода число поверочных расходов может быть больше трех. Значения и количество поверочных расходов определяются характером этой зависимости.
При каждом из этих расходов может производиться одно или несколько измерений поверяемым средством и поверочной уста- новкой. Число измерений указывается в конкретной методике по- верки. Несколько измерений проводится для контроля повторяе- мости поверяемого средства измерений.
В целом число поверочных расходов и число измерений при каждом расходе определяется особенностями поверяемого сред- ства измерений и его нормируемой точностью. Например, в соот- ветствии с международным документом МОЗМ D 25 при первич- ной калибровке вихревых счетчиков и счетчиков-расходомеров рекомендуется определять погрешность не мене чем при шести расходах и при каждом расходе производить не менее трех изме- рений.
При поверке расходомеров в зависимости от того, каким об- разом нормирована погрешность, рассчитывают значения приве- денной γ или относительной δ погрешности:
100
γ
max э
п
Q
Q
Q


;
(8.2)
100
δ
э э
п
Q
Q
Q


,
(8.3) где п
Q
– значение расхода, определенного по показаниям пове- ряемого расходомера или по выходному сигналу поверяемого преобразователя расхода;

188 э
Q
– значение расхода, определенное по поверочной уста- новке; max
Q
– значение расхода, соответствующее верхнему преде- лу измерений поверяемого расходомера.
При поверке счетчиков относительная погрешность δ рассчи- тывается по формуле
,
V
V
V
100
δ
э э
c


(8.4) где c
V
– объем, измеренный поверяемым счетчиком; э
V
– объем, измеренный поверочной установкой.
В тех случаях, когда обеспечивается соотношение погрешно- сти поверки и допускаемой погрешности поверяемого средства измерений 1:3, средство измерений расхода признается годным, если для каждого из измерений полученные значения погрешно- стей меньше или равны допускаемым:
,
;
o o
δ
δ
γ
γ


где o
γ
и o

– допускаемые значения приведенной и относитель- ной погрешности, определяемые в соответствии с технической документацией.
В тех случаях, когда при каждом расходе производится не- сколько измерений и нормативным документом предусматрива- ется определение систематической и случайной погрешности по- веряемого средства измерений, вычисляются систематические составляющие погрешности и среднеквадартические случайные погрешности.
У расходомеров систематические погрешности
100
γ
max э
п с
Q
Q
Q


;
(8.5)
100
δ
э э
п c
Q
Q
Q


,
(8.6) где п
Q
и э
Q
– средние арифметические значения расхода, рас- считанные по результатам измерений расхода поверяемым рас- ходомером и поверочной установкой,

189


n
i
Q
n
Q
1
п п
1
;
(8.7)


m
j
Q
m
Q
1
э э
1
,
(8.8) где
i
Q
п
– результат i-го измерения расхода поверяемым расходо- мером;
j
Q
э
– результат j-го измерения расхода поверочной установ- кой;
n – число измерений поверяемым расходомером;
m – число измерений поверочной установкой.
Систематическая погрешность счетчика
100
δ
э э
c с
V
V
V


,
(8.9) где c
V
и э
V
– средние арифметические значения объема, зареги- стрированные поверяемым счетчиком и эталонным средством,
;
1 1
c c


n
i
V
n
V
(8.10)
,
1 1
э э


n
i
V
n
V
(8.11) где n – число измерений;
i
V
c и
i
V
э
– результаты i-го измерения поверяемым счетчиком и эталонной установкой.
Среднеквадратические погрешности при поверке расходоме- ров


max п
п
γ
100 1
ζ
1 2
Q
n
Q
Q
n
i




;
(8.12) э
2
п п
δ
100 1
ζ
1
Q
n
)
Q
Q
(
n
i




(8.13)

190
Среднеквадратическая погрешность при поверке счетчиков


э c
c
δ
100 1
ζ
1 2
V
n
V
V
n
i




(8.14)
Затем вычисляется суммарная погрешность:
;
ζ
γ
γ
γ
α
с
t


(8.15)
,
ζ
δ
δ
δ
α
с
t


(8.16) где
α
t
– квантиль распределения Стьюдента, который выбирается в зависимости от числа измерений n и доверительной вероятно- сти.
8.2.2. Примеры
методик
поверки
в
соответствии
с нормативными документами
Периодическая поверка ротаметров в соответствии
с ГОСТ 8.122–99
Поверка ротаметров проводится с использованием в качестве поверочной среды воздуха для газовых ротаметров и водопро- водной воды для жидкостных ротаметров. Изменение температу- ры поверочной среды и окружающего воздуха при проведении поверки не должно превышать 1 ºC.
При периодической поверке ротаметров проводятся следую- щие операции:
1. Внешний осмотр.
2. Опробование.
При опробовании через ротаметр пропускают поток пове- рочной среды, плавно изменяя расход о 0 до 100 %. При измене- нии расхода поплавок ротаметра, стрелка местных показаний и стрелка вторичного прибора должны двигаться спокойно без скачков и заеданий.
3. Определение основной погрешности вариации показаний.
Погрешность и вариация определяются на отметках шкалы и при значениях выходного сигнала, указанных в документации.
На отметках условной шкалы, указанных в технической доку- ментации, выполняются два измерения поверочной установкой: при плавном увеличении и при плавном уменьшении расхода.

191
Для каждой поверяемой отметки рассчитываются два значе- ния приведенной погрешности и вариация:
100
γ
max э
1 1
Q
Q
Q


;
(8.17)
100
γ
max э
1 2
Q
Q
Q


;
(8.18)
2 1
γ
γ
в


,
(8.19) где γ
1
и γ
2
– значения погрешностей, полученных на данной от- метке шкалы при поверке со стороны меньших и больших значе- ний расхода (при плавном увеличении и плавном уменьшении расхода).
Поверка счетчиков воды в соответствии с ГОСТ 8.156–83
и МИ 1592–99
Основными документами, определяющими порядок проведе- ния поверки счетчиков воды, применяемых в системах комму- нального водоснабжения, являются ГОСТ 8.156–83 и МИ 1592–99.
В МИ 1592–99 описывается поверка счетчиков воды при выпуске из производства и ремонта, а также в процессе эксплуатации.
Требование к эталонным средствам поверки
Согласно ГОСТ 8.156–83 соотношение пределов допускае- мых погрешностей эталонных и рабочих средств измерений должно быть не более 1 : 3.
Поверка счетчиков при выпуске из производства и ремонта
Условия поверки:
Температура воды +5…+40 ºС.
Температура окружающего воздуха +5…+50 ºС.
Относительная влажность воздуха 30…80 %.
Атмосферное давление 84…106,7 кПа.
Отсутствие вибрации, тряски и ударов, влияющих на работу счетчиков.
Изменение температуры воды за время поверки не более ±5 ºС.
При поверке счетчиков водыпри выпуске из производства и ремонтадопускается проводить поверку двумя способами: определениеосновной погрешности при трех расходах: номи- нальном Q
ном
, переходном Q
пер и наименьшем Q
min
;

192 определение среднеинтегральной погрешности.
При определении погрешности первым способом при каждом расходе проводится одно измерение поверяемым счетчиком и эта- лонным средством.
Основная погрешность счетчика не должна превышать при наименьшем расходе 5,0 %; при номинальном и переходном рас- ходах: у счетчиков холодной воды 2,0 %, у счетчиков горячей во- ды 3 %.
У счетчиков с диаметром условного прохода D
у
= 15 мм зна- чения расходов составляют:
Q
ном
= 1,5 м
3
/ч;
Q
пер
= 0,12 м
3
/ч;
Q
min
= 0,03 м
3
/ч.
При определении среднеинтегральной погрешности через счетчик пропускается вода с расходами:
Q
ном
;
0,5Q
ном
;
0,2 Q
ном
;
Q
пер
;
Q
min
Среднеинтегральная погрешность определяется по количест- ву воды, прошедшей через счетчик при этих пяти расходах. При каждом расходе через счетчик пропускают объем воды
i
V
, соот- ветствующий весовому коэффициенту, присвоенному данному расходу: общ
V
P
V
i
i

,
(8.20) где
i
P
– весовой коэффициент; общ
V
– общий объем воды, прошедшей через счетчик при по- верке.
Значения весовых коэффициентов: Q
ном
– P
i
= 0,65; 0,5Q
ном
–
P
i
= 0,23; 0,2Q
ном
– P
i
= 0,08; Q
пер
– P
i
= 0,02 и Q
min
– P
i
= 0,02.
Суммарный объем, воды, прошедшей через счетчики,
D
у
= 10…32 мм за время поверки должен быть не менее 100 дм
3
Среднеинтегральная погрешность при выпуске из производ- ства и ремонта не должна превышать 1,8 %.
Основная и среднеинтегральная погрешность счетчика δ рас- считываются по формуле

193
,
V
V
V
100
δ
э э
c


(8.21) где c
V
– объем, зарегистрированный поверяемым счетчиком; э
V
– объем, зарегистрированный эталонным средством (эта- лонной мерой вместимости или эталонным счетчиком).
Поверка счетчиков в процессе эксплуатации
Условия поверки:
Температура воды +5…+40 ºС.
Температура окружающего воздуха +5…+50 ºС.
Отсутствие вибрации, тряски и ударов, влияющих на работу счетчиков.
При поверке счетчиков в процессе эксплуатации определяется среднеинтегральная погрешность с помощью переносных повероч- ных установок. Среднеинтегральная погрешность определяется по количеству воды, прошедшей через счетчик при этих пяти расхо- дах. Для счетчиков с диаметром условного прохода D
у
= 15 мм эти расходы и их весовые коэффициенты P
i
составляют: первый Q = 0,18м
3
/ч, P
i
= 0,65; второй Q = 0,15 м
3
/ч, P
i
= 0,27; третий Q = 0,09 м
3
/ч, P
i
= 0,04; четвертый Q = 0,06 м
3
/ч, P
i
= 0,02; пятый Q = 0,03 м
3
/ч, P
i
= 0,02.
Суммарный объем воды, прошедшей через счетчики D
у
= 15 мм за время поверки, должен быть: у счетчиков, имеющих сигнальную звездочку или частотный выходной сигнал, не менее 20 дм
3
; у счетчиков, не имеющих этих устройств, не менее 100 дм
3
Среднеинтегральная погрешность счетчиков воды в процессе эксплуатации не должна превышать 3,6 %.
Предел допускаемой погрешности счетчика воды при эксплуа- тации в 2 раза выше, чем при первичной поверке, что соответствует международным рекомендациям OIML R 49–1. Edition 2006.
Поверка камерных счетчиков промышленных жидкостей
в соответствии с ГОСТ 8.451–81
Операции поверки:
1. Внешний осмотр.
2. Проверка герметичности.

194 3. Опробование.
4. Проверка установки указателя разового учета жидкости
на нулевую отметку.
5. Проверка соответствия показаний указателей разового и
суммарного учета жидкости.
6. Определение относительной погрешности.
Проводятся измерения при трех расходах: наименьшем, но- минальном и наибольшем. При поверке счетчиков класса точно- сти 0,5 и 1,0 при каждом расходе проводится не менее двух изме- рений, класса точности 0,25 – не менее трех. За погрешность принимают наибольшее значение, полученное при измерениях.
Поверочной средой служит жидкость-заменитель с вязкостью, близкой к вязкости реальной рабочей среды.
При поверке счетчиков промышленных жидкостей и счетчи- ков газа плотность поверочной среды в эталонной мере вместимо- сти может отличаться от плотности перед поверяемым счетчиком.
Это отличие учитывается соответствующими поправочными ко- эффициентами.
Плотность поверочной среды в эталонной мере вместимости и плотность в поверяемом счетчике отличаются за счет различия температуры. При расчете погрешности вводится поправка, учи- тывающая разность плотности. Формула для расчета погрешно- сти δ имеет следующий вид:


,
t
t
V
V
V
100
β
δ
c м
э э
c










(8.22) где β – коэффициент объемного расширения жидкости; м
t
– температура жидкости в эталонной мере; c
t
– температура жидкости перед поверяемым счетчиком.
Если температура жидкости значительно отличается от нор- мальной, при расчете погрешности дополнительно вводится по- правка, учитывающая изменение объема эталонной меры вме- стимости:




,
t
t
t
V
V
V
100 20
α
3
β
δ
м c
м э
э c












(8.23) где α – коэффициент линейного расширения материала эталонной меры вместимости.

195
При поверке счетчиков методом измерения массы объем жидкости, прошедшей через счетчик, определяется по формуле
,
М
,
V
ρ
001 1
с

(8.24) где М – масса жидкости, определенная по шкале весов;
1,001 – коэффициент, учитывающий поправку на взвешива- ние в воздухе;
ρ – плотность жидкости при рабочей температуре, измерен- ной непосредственно у счетчика.
Поверка электромагнитных расходомеров в соответствии
с ГОСТ Р 8.675–2009
ГОСТ Р 8.675–2009распространяется на электромагнитные расходомеры-счетчики и преобразователи расхода с относитель- ной погрешностью с пределами основной относительной по- грешности от ±0,15 до ±3,0 %.
Требования к эталонным средствам измерений
Соотношение пределов допускаемых погрешностей эталон- ного средства измерений и поверяемого расходомера по каждому параметру должно быть не более 1:3.
Условия поверки:
Окружающая среда – воздух со следующими параметрами:
– температура от 15 до 25 ºС;
– относительная влажность от 30 до 80 %;
– атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа.
Поверочная среда – водопроводная вода очищенная со сле- дующими параметрами:
– температура от 10 до 30 ºС;
– давление не более 1,0 МПа.
Изменение температуры поверочной жидкости в процессе поверки не более ±2 ºС.
Расходомер должен быть установлен на прямом участке тру- бопровода. Перед преобразователем расхода должен быть прямой участок длиной 3 D
у
, а за ним – не менее 2 D
у
Режим движения потока поверочной среды должен быть ста- ционарным. Изменение среднего значения расхода в процессе поверки не должно превышать ±1,5 % установившегося расхода.

196
Операции поверки:
1. Внешний осмотр.
2. Опробование.
3. Проверка герметичности и прочности преобразователя
расхода.
4. Проверка сопротивления изоляции электродов преобразо-
вателя расхода.
5. Проверка сопротивления изоляции цепей питания расхо-
домера.
6. Определение метрологических характеристик расходомера.
6.1. Определение погрешности расходомера с применением
эталона измерения расхода (ЭИР) на потоке.
В зависимости от принятого нормирования погрешности рас- ходомера-счетчика определяют основную погрешность измере- ний объема (суммарного расхода) или расхода (среднего расхо- да).
Определение погрешности при измерении объема и среднего объемного расхода с использованием частотного (импульсного) выходного сигнала
Погрешности определяются при Q
min
, 0,25Q
max
, 0,5Q
max
. От- клонение расхода от номинального значения не более ±2 %.
При каждом расходе выполняют не менее трех измерений.
Минимальный объем воды, пропускаемый через первичный пре- образователь расхода, должен обеспечить набор не менее 10 000 импульсов для расходомеров с нормируемой погрешностью ме- нее ±0,2 % и 5 000 – с нормируемой погрешностью более ±0,2 %.
Погрешность определяют сравнением значения объема, из- меренного поверяемым расходомером и эталонным средством измерения расхода.
Значения объема V
п и объемного расхода Q
п
, измеренные по- веряемым расходомером, вычисляются по формулам п
п п
N
B
V


;
(8.25)
t
V
Q
п п
3600

,
(8.26) где п
B
– вес импульса, м
3
; п
N
– число импульсов;
t – время измерения, с.

197
Значения объема э
V
и объемного расхода э
Q
, измеренные эталонными средствами: а) При использовании весоизмерительного устройства








э в
п э
э
ρ
ρ
1
ρ
001 0
M
,
V
;
(8.27) э
э э
3600
t
V
Q

,
(8.28) где э
M
– показание весов, кг; п
ρ
– плотность воды у поверяемого преобразователя расхода, кг/м
3
; в
ρ
– плотность воздуха, кг/м
3
; э
ρ
– плотность воды в весовой емкости, кг/м
3
; э
t
– время наполнения весовой емкости, с.
Значение плотности воды п
ρ
у поверяемого преобразователя расхода определяют по таблицам свойств воды для измеренных значений температуры и давления.
Значение плотности воды э
ρ
в весовой емкости определяют по таблицам свойств воды для измеренного значения температу- ры или измеряют эталонным ареометром.
Значение плотности воздуха в
ρ
определяют по таблицам свойств воздуха для измеренных значений температуры и давле- ния.
При использовании эталонного мерника для каждого измере- ния вычисляют объем воды в мернике эп
V
, приведенный к усло- виям проверяемого расходомера по формуле

 

)
β(
1
)
20
α(
3 1
м п
м эп
20
T
T
T
V
V






,
(8.29) где V
20
– вместимость мерника при 20 ºС, м
3
; м
T
и п
T
– температура воды в мернике и у поверяемого пре- образователя расхода, ºС;
α – коэффициент линейного расширения материала мерни- ка,1/ºС;
β – коэффициент объемного расширения воды, 1/ºС. б) При использовании эталонного расходомера-счетчика

198 э
э э
N
B
V


;
(8.30)
t
V
Q
э э
3600

,
(8.31) где э
B
– вес импульса, м
3
; э
N
– число импульсов;
t – время измерения, с.
Основную относительную погрешность при измерении объе- ма o
δ
V
и среднего расхода o
δ
Q
воды вычисляют по формулам
100
δ
э э
п o
V
V
V
V


;
(8.32)
100
δ
э э
п o
Q
Q
Q
Q


(8.33)
Для расходомеров-счетчиков с нормированным значением нестабильности нуля значения основной относительной погреш- ности при измерении объема н
o
δ

V
и среднего расхода н
o
δ

Q
вычисляют по формулам
100
δ
δ
н o
н o









Q
Q
v
V
;
(8.34)
100
δ
δ
н o
н o









Q
Q
Q
Q
,
(8.35) где н
Q
– нормированное значение нестабильности нуля, м
3
/ч.
Определение погрешности при измерении среднего объемно- го расхода с использованием аналогового (токового) выходного сигнала
В процессе набора воды проводят не менее 10 измерений.
Время набора необходимого объема воды должно быть не менее
100 с.
Относительная погрешность измерения среднего расхода вы- числяется по формуле
100
δ
расч расч o
I
I
I
Q


,
(8.36)

199 где
I
– среднее арифметическое значение выходного тока пове- ряемого расходомера; расч
I
– расчетное значение выходного тока min min э
min max min max расч
)
(
)
(
)
(
I
Q
Q
Q
Q
I
I
I





,
(8.37) где max
I
и min
I
– верхний и нижний пределы изменения тока, мА; max
Q
и min
Q
– верхний и нижний пределы измерений пове- ряемого расходомера, м
3
/ч; э
Q
– значение расхода по показаниям эталонного средства измерений, м
3
/ч.
6.2. Определение погрешности расходомеров, предназначен- ных для точных измерений
Погрешность расходомеров, предназначенных для точных измерений, применяемых в качестве эталонов и в составе инфор- мационно-измерительных систем, определяют с использованием весоизмерительного устройства при пяти расходах в пределах от min
Q
до max
Q
При каждом расходе проводят не менее 11 измерений.
Для каждого измерения вычисляют: объем воды
ij
V
, измеренный эталонным средством, м
3
; коэффициент преобразования
ij
K
, м
3
/имп., по формуле
ij
ij
ij
N
V
K

,
(8.38) где
ij
N – число импульсов.
Для каждого расхода вычисляют:
– среднее значение коэффициента преобразования




n
i
i
ij
i
j
K
n
K
1 1
;
(8.39)
– среднеквадратическое отклонение (СКО) результата изме- рений














n
i
i
j
j
ij
i
i
j
K
K
K
)
n
(
n
S
1 2
1 1
100
;
(8.40)

200
– неисключенную систематическую составляющую погреш- ности расходомера
100




Q
Q
j
j
K
K
K
;
(8.41)




m
j
j
j
Q
K
m
K
1 1
,
(8.42) где
Q
K – средний коэффициент преобразования в диапазоне рас- ходов воды;
m – число расходов воды, при которых проводилась поверка.
Проверяют выполнение условий:
j
S ≤ 0,02 %;
(8.43)
j

≤ 0,03 %.
(8.44)
При невыполнении этих условий расходомер подлежит про- филактическому осмотру, градуировке и повторной поверке.
Далее проводится обработка результатов многократных из- мерений в соответствии с ГОСТ 8.207.