Лепявко А.П. Средства измерений расхода жидкости и газа. Академия стандартизации, метрологии и сертификации а. П. Лепявко средства измерений
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
Примечание. Значения расходов, при которых определяется погрешность, соответствуют требованиям международных рекомендаций OIML R 137–1&2. Edition 2012. При каждом значении расхода продолжительность измерений должна быть не менее 100 с и не менее значения τ min , рассчитан- ного по формуле w DN ,4 0 η min , (8.65) где DN – условный проход УЗПР; w – средняя скорость газа в корпусе УЗПР. При каждом расходе проводят не менее 5 измерений. Обработка результатов измерений а) Рассчитывают относительную погрешность измерения 100 э э j j j j V V V E , (8.66) где j V – показание поверяемого счетчика; э j V – значение объема, определенное эталонным средством измерений, приведенное к условиям измерений поверяемого УЗПР, э э э э э 1 T T Z Z p p V V j ; (8.67) ∆p = p – э p , (8.68) где э V – значение объема, определенное эталонным средством измерений; ∆p – значение перепада давлений между эталонным средст- вом измерений и поверяемым УЗПР; 213 э p – абсолютное давление газа на эталонном средстве изме- рений; р – абсолютное давление газа на УЗПР; Т – температура газа в поверяемом УЗПР; э T – температура газа в эталонном средстве измерений; Z – фактор сжимаемости газа, рассчитанный с учетом абсо- лютного давления и температуры в поверяемом УЗПР; э Z – фактор сжимаемости газа, рассчитанный с учетом абсо- лютного давления и температуры в эталонном средстве. б) Вычисляют среднее значение относительной погрешности n E E n j j 1 , (8.69) где j E – относительная погрешность счетчика при j-м измере- нии; n – число измерений при данном расходе. в) Вычисляют относительную расширенную неопределен- ность типа А 1 1 2 n E E k U n j j , (8.70) где k – коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности 95 % и числе степеней свободы v = n –1. г) Рассчитывают относительную расширенную неопределен- ность измерений при поверке по формуле 2 2 э пов U U U , (8.71) где э U – расширенная относительная неопределенность или от- носительная погрешность поверочной установки. Примечание.Порядок вычислений при обработке результа- тов измерений, изложенный в методике поверки, соответствует Приложению Н к Международному стандарту ISO 5168–2005 «Measurement of fluid flow – Procedures for evaluation of uncertain- ties». 214 Анализ результатов измерений Если значение при всех расходах пов U E не превышает предела допускаемой погрешности поверяемого УЗПР o δ , преоб- разователь признается годным. Если имеются значения расходов, при которых выполняется условие пов o пов δ U E U E , существует вероятность ошибочного признания негодным в действительности годного средства измерений. В этом случае проводится оценка вероятно- сти ошибочного признания годным в действительности негодно- го средства измерений. В данной методике поверки максимальное значение такой вероятности принято равным Р bam = 0,2. Если Р bam ≤ 0,2, УЗПР признается годным. В табл. 8.7 для заданного значения Р bam = 0,2 в зависимости от отношения неопределенности измерений при поверке к преде- лу допускаемой погрешности поверяемого средства измерений o пов /δ α U , указывается значение относительного контрольного допуска o max /δ E h , при превышении которого поверяемое средство бракуется. В противном случае оно признается годным. Таблица 8.7 Р bam = 0,2 α 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 h 0,986 0,972 0,957 0,943 0,929 0,914 0,90 α 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,70 h 0,886 0,872 0,857 0,843 0,829 0,814 0,80 Таким образом, если при всех расходах выполняется условие o δ h E , средство измерений признается годным. Если же значение Р bam оказывается больше 0,2, УЗРП допус- кается к дальнейшей эксплуатации при условии обеспечения ав- томатической компенсации систематической составляющей по- грешности путем ввода в вычислитель или устройство обработки сигналов поправочного коэффициента либо калибровочной кри- вой УЗПР, построенной путем введения поправок к его показани- ям в точках расхода, при которых проводилась поверка (калиб- ровка) УЗПР. 215 Использование поправочного коэффициента допускается, ес- ли разность между наибольшим и наименьшим значениями E при всех расходах не превышает 0,5 o δ 8.3. БЕСПРОЛИВНАЯ ПОВЕРКА Если по известным параметрам средства измерения расхода и параметрам течения измеряемой среды может быть определено значение выходного сигнала, известны источники возникновения погрешности и их вклад в суммарную погрешность измерения, поверка может быть проведена беспроливным методом без ис- пользования эталонных расходомерных установок. Возможность проведения беспроливной поверки и соответст- вие результатов беспроливной и проливной поверок должны быть обоснованы соответствующими испытаниями. В настоящее время методики беспроливной поверки разрабо- таны для расходомеров переменного перепада давления со стан- дартными и специальными сужающими устройствами, расходо- меров переменного перепада давления с усредняющими напор- ными трубками, вихревых, электромагнитных, ультразвуковых, корреляционных расходомеров и счетчиков. Во всех этих устрой- ствах преобразователи расхода не имеют подвижных элементов в гидравлическом канале. При беспроливной поверке погрешность средства измерений расхода определяется косвенным методом как сумма погрешно- стей отдельных элементов устройства (поэлементная поверка) или путем имитации течения среды через преобразователь расхо- да с помощью специальных средств (имитационная поверка). По существу, имитационная поверка может считаться разновидно- стью поэлементной. Источниками погрешности средства измерений расхода и ко- личества с преобразователем расхода, не имеющим подвижных частей в потоке измеряемой среды, в общем случае являются: отклонение геометрических параметров первичного преобра- зователя расхода от номинальных или погрешность их измере- ния; погрешность определения параметров измеряемой среды; погрешность вторичных средств измерения (промежуточных измерительных преобразователей и показывающих приборов). 216 Содержание методики поверки определяется конструктив- ными особенностями, допускаемой погрешностью поверяемого прибора, а также наличием соответствующего оборудования для беспроливной поверки. Может проводиться комплектная или по- элементная поверка. При определении погрешности измеряются геометрические параметры, определяется погрешность промежуточных измери- тельных преобразователей и показывающих приборов. При необ- ходимости определяются или измеряются свойства измеряемой среды. В ряде методик заключение о том, что погрешность устрой- ства в целом не превышает допускаемых значений, делается в том случае, если каждый контролируемый параметр находится в допускаемых пределах. В других методиках рассчитывается погрешность в целом как сумма (с учетом коэффициентов влияния) погрешностей измере- ния или определения параметров, оказывающих влияние на ре- зультат измерения расхода. Расчетное значение погрешности сравнивается с допускаемым. Далее приведено краткое описание методик беспроливной поверки вихревого счетчика-расходомера, электромагнитных расходомеров, ультразвукового расходомера-счетчика. Беспроливная поверка вихревого счетчика-расходомера Погрешность вихревого счетчика-расходомера складывается из погрешности, вызванной отклонением геометрических пара- метров проточной части от номинальных и погрешности измере- ния частоты образования вихрей. В качестве примера далее кратко описана беспроливная по- верка вихреакустического преобразователя расхода «Метран 300–ПР» по импульсным выходным сигналам. Преобразователь «Метран 300-ПР» предназначен для изме- рения объема и расхода воды и водных растворов. Блок-схема преобразователя приведена на рис. 8.2. За телом обтекания 1 в корпусе проточной части диаметраль- но противоположно друг другу расположены пьезоизлучатель 2 и пьезоприемник 3. На пьезоизлучатель от генератора 4 подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуко- вые колебания. При прохождении через поток жидкости эти ко- 217 лебания за счет воздействия на них вихрей, образующихся за те- лом обтекания 1, модулируются по фазе. Пьезоприемник 3 пре- образует ультразвуковые колебания в электрические, которые подаются на фазовый детектор 5. В фазовом детекторе определя- ется разность фаз между сигналами, поступающими с приемника и генератора. На выходе детектора образуется напряжение, час- тота изменения которого равна частоте образования вихрей. Сиг- нал с фазового детектора через микропроцессорный фильтр по- ступает в блок формирования выходных сигналов 6. Для увели- чения динамического диапазона за счет измерения малых расхо- дов, при которых характеристика преобразования нелинейна и зависит от температуры жидкости, установлен термопреобразо- ватель 7. Рис. 8.2. Блок-схема преобразователя расхода «Метран 300-ПР»: 1 – тело обтекания; 2 – пьезоизлучатель; 3 – пьезоприемник; 4 – генератор; 5 – фазовый детектор; 6 – блок формирования выходных сигналов; 7 – термопреобразователь Преобразователь имеет токоимпульсный выходной сигнал и импульсный выходной сигнал типа «замкнуто/разомкнуто» (оп- топара). Предел допускаемой относительной погрешности изме- рения по импульсным выходным сигналам: ±1,0 % при 0,08...1,0 Q max ; ±1,5 % при 0,04...0,08 Q max ; ±3,0 % при расходах от Q min до 0,04 Q max Дополнительно как опции преобразователь может иметь ана- логовый токовый выходной сигнал 4...20, 0...20 и 0...5 мА, визу- 218 альный выходной сигнал на жидкокристаллическом индикаторе и выходной сигнал на цифровом интерфейсе. При поверке проводятся следующие операции: 1. Внешний осмотр. 2. Определение отклонения характерного размера тела об- текания от номинального значения. Для определения отклонения характерного размера тела об- текания от номинального значения тело обтекания извлекается из проточной части преобразователя. Микрометром измеряется ха- рактерный размер d (см. рис. 8.2) в трех местах (по краям тела d 1 , d 3 и в середине d 2 ). Определяется среднее значение характерного размера ср d 3 3 2 1 ср d d d d (8.72) Вычисляется погрешность изготовления 100 н н ср d d d d , (8.73) где н d – номинальное значение характерного размера. Результат считается положительным, отклонение от номи- нального размера находится в пределах ±0,3 %. После измерений тело обтекания устанавливается в проточ- ную часть. 3. Определение погрешности преобразователя. Определение погрешности преобразователя включает в себя определение погрешности измерения по импульсным выходным сигналам. При наличии соответствующих выходных сигналов определяют погрешность измерения расхода по аналоговому то- ковому выходному сигналу, погрешность измерения при индика- ции значений параметров по жидкокристаллическому индикатору и погрешность измерения при выводе значений параметров по цифровому интерфейсу. При определении погрешности по импульсным выходным сигналам проточная часть преобразователя заполняется рабочей жидкостью. При поверке без демонтажа преобразователя с тру- бопровода перекрывается трубопровод после и перед преобразо- вателем, жидкость из перекрытого участка не сливается. 219 Погрешность может определяться путем задания имитирую- щего сигнала генератором сигналов или с использованием имита- тора расхода «Метран-550ИР». При поверке путем задания имитирующего сигнала генера- тором сигнала к преобразователю подключаются источник пита- ния, генератор звуковой частоты с частотомером и частотомер к выходу. На преобразователь подается имитирующий сигнал – меандр напряжением от 5 до 7 В с частотой k Q , ... , f max max ) 0 1 95 0 ( , (8.74) где Q max – максимальный расход, указанный в паспорте преобра- зователя; k – коэффициент, указанный в методике поверки. Коэффициент k представляет собой номинальное значение отношения расхода жидкости к частоте образования вихрей. Измеряется частота подаваемого сигнала и рассчитывается имитируемый расход kf Q . Определяется период следования выходных импульсов и T Аналогичные операции проводятся для частоты k Q , ... , f min min ) 05 1 0 1 ( (8.75) и для трех частот, расположенных равномерно между f min и f max Рассчитывается погрешность измерений по формуле 100 δ и р и T T T T , (8.76) где и T и p T – измеренный и расчетный периоды. Величина p T определяется по формуле Q C Т 600 3 р , (8.77) где С – цена импульса, приведенная в технической документации поверяемого преобразователя. В качестве фактического значения δ Т принимается наиболь- шее из полученных для разных имитируемых расходов. Результат 220 признается положительным, если погрешность δ Т находится в пределах ±0,3 %. Имитатор расхода «Метран-550ИР» представляет собой спе- циализированное устройство для поверки вихреакустических преобразователей расхода. Имитатор объединяет в себе функции генератора звуковой частоты и частотомера. При поверке с использование имитатора расхода он подклю- чается к преобразователю. При помощи клавиш имитатора уста- навливаются значения диаметра условного прохода D у и расчет- ное значение периода выходных сигналов p T для нескольких рас- ходов в пределах от Q min и Q max . Измеряются периоды выходного сигнала преобразователя и T и сравниваются с табличными значе- ниями Т вых(min) и Т вых(max) , приведенными в методике поверки. Результаты поверки признаются положительными, если зна- чения Т и находятся в пределах от Т вых(min) до Т вых(max) Беспроливная поверка электромагнитных расходомеров Погрешность электромагнитного расходомера складывается из погрешности, вызванной отклонением геометрических пара- метров первичного преобразователя расхода от номинальных значений, отклонением индукции магнитного поля от номиналь- ной и погрешности измерения ЭДС. Беспроливная (имитационная) поверка электромагнитных преобразователей расхода, расходомеров и счетчиков проводится с использованием поверочных установок типа «Поток». Принцип работы установок «Поток» состоит в преобразовании индукции магнитного поля в электрическое напряжение, эквивалентное по своим параметрам (форме сигнала, амплитуде, фазе, частоте) электрическому напряжению, возникающему на его электродах при прохождении по каналу потока измеряемой среды. В настоящее время выпускается установка «Поток-Т». В со- став установки входят набор преобразователей магнитного поля, согласующий блок, персональная ЭВМ, интерфейсная плата, программное обеспечение, меры электрического сопротивления, набор нутромеров и микрометров. Установка обеспечивает поверку полнопроходных приборов и приборов с электромагнитными преобразователями скорости с диаметрами условного прохода от 25 до 4000 мм. Основная до- пускаемая погрешность установки: при поверке преобразовате- 221 лей расхода, расходомеров, счетчиков расходомеров и теплосчет- чиков по объемному расходу и объему ±0,2 %, при поверке теп- лосчетчиков по тепловой энергии ±0,5 %. Поверка прибора проводится в два этапа: 1. Определение коэффициента преобразования первичного преобразователя. 2. Поверка измерительного устройства. Перед поверкой измерительного устройства измеряют диа- метры канала и расстояние между электродами. При определении коэффициента преобразования первичного преобразователя собирается схема, представленная на рис. 8.3. Рис. 8.3. Схема комплектной поверки электромагнитного расходомера на установке «Поток-Т»: ПП – первичный преобразователь расхода; С – сенсор; СБ-7 – согласующий блок; ПЭВМ – персональная ЭВМ Питание индуктора (индуктивной катушки) первичного пре- образователя ПП осуществляется от согласующего блока СБ-7 низкочастотным импульсным током. В канал первичного преоб- разователя вставляется сенсор С соответствующего типоразмера. Сенсор воспринимает магнитное поле первичного преобразова- теля и преобразует его в электрический сигнал, который поступа- ет на согласующий блок и АЦП интерфейсной платы согласую- щего блока. Одновременно на другой вход АЦП интерфейсной платы вводится сигнал питания первичного преобразователя. В ПЭВМ осуществляется соответствующая программная обра- ботка сигналов, состоящая в цифровом интегрировании сигнала сенсора, введении и учете соответствующих паспортных данных поверяемого прибора и поправочных коэффициентов, характери- ПЭВМ 222 зующих допущенные технологические отклонения при изготов- лении прибора. По окончании операции на экране монитора сообщается ко- эффициент преобразования первичного преобразователя. При определении характеристик измерительного устройства собирается схема, приведенная на рис. 8.4. Рис 8.4. Поверка измерительного устройства: ПП – первичный преобразователь; СБ-7 – согласующий блок; ИУ – измерительное устройство; Rм – магазин сопротивлений; Rt 1 и RT 2 – меры сопротивлений для имитации термометров сопротивлений в трубопроводах системы теплоснабжения (при поверке теплосчетчика); ПЭВМ – персональная ЭВМ Питание индуктора первичного преобразователя ПП пове- ряемого прибора осуществляется от его измерительного устрой- ства ИУ через согласующий блок СБ-7. На основании паспорт- ных данных прибора и коэффициента преобразования первичного преобразователя или калибровочных факторов программно вы- числяются параметры работы согласующего блока. Формирова- ние имитирующего электрического напряжения осуществляется от тока питания индуктора. Имитирующий сигнал с выхода со- гласующего блока поступает на вход измерительного устройства. Для обеспечения многопредельного преобразования в схеме име- ется магазин сопротивлений Rм. Далее приведены основные положения методики имитацион- ной поверки электромагнитных расходомеров в соответствии с МИ 3164–2008 «Рекомендация. ГСИ. Электромагнитные расхо- домеры и счетчики-расходомеры. Методика поверки с примене- нием имитационной установки «Поток-Т». ПЭВМ 223 Методика предусматривает два способа поверки: со снятием первичного преобразователя с трубопровода; без демонтажа первичного преобразователя с трубопровода. Поверка без демонтажа первичного преобразователя с трубо- провода проводится только для приборов с диаметром более 300 мм при условиях, если в период текущего межповерочного интервала прибор эксплуатировался только на воде при темпера- туре не выше 35 ºС и рабочем давлении не более 0,8 допустимого рабочего давления измеряемой среды. Действительные условия эксплуатации должны быть подтверждены актом за подписью главного инженера предприятия. Допускается поверка без демонтажа первичного преобразо- вателя с трубопровода в случае, когда в период текущего межпо- верочного интервала прибор эксплуатируется при температуре измеряемой среды от 35 до 180 ºС. При этом погрешность пове- ряемого прибора завышается в два раза относительно нормиро- ванного значения. Операции поверки: 1. Внешний осмотр. 2. Проверка цепи электродов, проверка сопротивления изо- ляции электродов, проверка изоляции цепей питания прибора, из- мерение индуктивности и омического сопротивления индуктора. 3. Измерение внутреннего диаметра трубы первичного пре- образователя. Измерение проводят с помощью нутромера в восьми равно- отстоящих точках (исключая контактные поверхности электро- дов), примерно через 22,5º, в трех поперечных сечениях и на рас- стоянии 0,25 D у в обе стороны от плоскости электродов. При измерениях фиксируют значение базы нутромера L H и значения отклонений от базы i (отсчета по индикатору нутро- мера). Базу нутромера L H определяют микрометром при положении стрелки индикатора нутромера «0». Микрометр выбирают с пределом измерений, соответствую- щим D у первичного преобразователя. Отдельно измеряют расстояние между контактными поверх- ностями электродов D э (величину отклонения от базы нутроме- ра). 224 Результаты измерений заносят в файл поверяемого прибора в следующем формате: значение базы нутромера; результат измерений (отклонение от базы) расстояния между электродами D э ; результаты измерений (отклонение от базы) внутреннего диаметра. Программа поверки определяет среднее значение диаметра и среднеквадратическое отклонение результатов измерений диа- метра. Среднее значение внутреннего диаметра трубы первичного преобразователя D вычисляется по формуле 24 1 H 24 1 i L D (8.78) Среднеквадратическая относительная погрешность сред- него значения внутреннего диаметра D D δ рассчитывается по формуле D D L D D i i H 24 2 1 ) ( 552 1 δ (8.79) Если величина D D δ превышает 1,0 %, преобразователь расхо- да бракуют. Измерения характерных геометрических размеров преобра- зователей скорости и измерения площади рабочего сечения кана- ла трубопровода, на котором будут установлены преобразователи скорости, выполняют согласно технической документации на прибор. 4. Опробование работы прибора. Для опробования работы прибора собирают схему, приве- денную на рис. 8.4. Опробование проводят при имитации расхода, соответст- вующего 80 % диапазона измерений. При этом погрешность мо- жет составить 10…15 %. 5. Определение погрешности прибора в режиме измерений объемного расхода. 225 Погрешность прибора при измерениях объемного расхода определяют в следующем порядке: определяют коэффициент преобразования первичного преоб- разователя; измеряют смещение нуля прибора; проверяют установку нуля прибора при заполненном водой канале прибора; имитируют поток жидкости; измеряют на установке выходной сигнал прибора в поверяе- мых отметках; вычисляют калибровочный фактор; рассчитывают основную погрешность. Относительная погрешность δ определяется по формуле 100 δ о р р ф А А А А , (8.80) приведенная погрешность γ – по формуле о max р ф γ А А А А , (8.81) где ф А – фактическое значение выходного сигнала; р А – расчетное значение выходного сигнала; o А – начальное значение выходного сигнала; max А – максимальное значение выходного сигнала. При поверке приборов с погружными электромагнитными преобразователями скорости измеряются их характерные геомет- рические размеры. Для определения погрешности измерения ско- рости собирается схема, аналогичная схеме поверки полнопро- ходных приборов. При этом преобразователь магнитного поля соответствующей конструкции размещается на преобразователе скорости. Схемы могут отличаться только количеством преобра- зователей скорости. Для приборов с несколькими преобразовате- лями скорости определяют поправочный коэффициент, учиты- вающий разброс характеристик магнитного поля преобразовате- лей скорости. Погрешность измерения скорости определяется по формулам, приведенным выше. Основную погрешность по объемному расходу приборов с погружными преобразователями скорости q δ рассчитывают при 226 условии, что имеется возможность измерить геометрические па- раметры трубы, на которой устанавливается прибор. Относительная погрешность 2 2 2 α δ δ δ 1 , 1 δ S q , (8.82) приведенная погрешность 2 2 2 α δ δ γ 1 , 1 γ S q , (8.83) где δ и γ – относительная или приведенная погрешность измере- ния скорости; δ S – погрешность определения площади поперечного сечения канала; δ α – погрешность коэффициента α v , связывающего среднюю скорость в сечении с местной скоростью, измеряемой преобразо- вателем. δ α = 1,0 % для осесимметричного потока в цилиндриче- ском трубопроводе. Значение коэффициента α заложено в про- грамме. Погрешность определения площади сечения канала зависит от применяемого метода измерений, погрешностей средств изме- рений и состояния измерительного участка трубопровода. По- этому значение δ S определяют для каждого конкретного случая. 6. Определение погрешности прибора в режиме измерений объема. Относительную погрешность прибора при измерениях объе- ма V δ вычисляют по формуле 100 δ V V А V , (8.84) где А – показания прибора, м 3 (л); V = Qτ – расчетное значение объема, м 3 (л); Q – значение объемного расхода на поверяемой отметке; τ – время, измеренное секундомером-таймером. |