Спосіб вимірювання густини газу

Корисна модель відноситься до галузі вимірювальної техніки, зокрема до вимірювання густини газів в умовах, приведених до стандартних умов. Відомий метод вимірювання густини газу за стандартних умов -аналітичний, або хроматографічний з визначенням складових газу хроматографом та обчисленням густини газу як суми густин його складових [ГОСТ 10679-76]. Проте цей відомий метод передбачає вимірювання густини газу в умовах хіміко-аналітичних лабораторій, є довготривалим, оскільки забезпечує вимірювання густини тільки одномоментно на час відбору проб газу та пов'язаний з великими затратами. Відомий також метод вимірювання густини газу з використанням газового густиноміра GD402, розробленого корпорацією ЙОКОГАВА з використанням явища, за якого резонансна частота тонкоплівкової циліндричної посудини коливається в залежності від густини газу, що оточує циліндричну посудину, при цьому якщо на одну і ту ж циліндричну посудину діють частоти двох типів і вимірюється різниця частот, густину вимірюють без застосування збудження, оскільки вимірювання частоти є функцією густини. [Yokogawa Electric Corporation. GS 11T3E1-01E, 1-е изд.: Февраль 1998. YG] Проте цей метод є суттєво дороговартісним і малодоступним, потребує окремого живлення газом для калібрування нульової точки і окремого живлення газом для калібрування даних в діапазоні вимірювань, що пов'язано з додатковими затратами. Найбільш близький до корисної моделі, що заявляється, є спосіб обчислення густини газу за визначеною математичною моделлю залежності густини газу від параметрів тиску, температури, і коефіцієнту стисливості газу, виміряних за певних умов, з використанням формули R ×T ×K r 2 = r1 × 2 1 1 R1 × T2 × K 2 r де Р1, Т1, К1 і 1 - тиск, температура, коефіцієнт стисливості і густина газу за стандартних умов r Р2, Т2, К2 і 2 - тиск, температура, коефіцієнт стисливості і густина газу за умов, для яких визначають густину газу. [Розгонюк В.В і ін. Довідник працівника газотранспортного підприємства. «Ростк», К., 2001, с.9] Проте практичне використання способу методом зведення густини газу до умов, за яких проводять обчислення, з врахуванням параметрів тиску, температури і коефіцієнту стисливості газу, за такою визначеною математичною моделлю, складає певні труднощі, які впливають на точність вимірювань і величину похибки. В основу корисної моделі поставлено задачу винайдення колібровочного способу вимірювань густити газу шляхом обчислення густини газу за результатами вимірювань параметрів газу і одночасних вимірювань за стандартних умов, витрати/об'єму газу у трубопроводі за умов, за яких коефіцієнт стисливості газу дорівнює одиниці (тиск газу рівний 101,325кПа, температура газу дорівнює 20°С) і витрата/об'єм газу є функціональною залежністю від густини газу (метод змінного перепаду тиску на діафрагмі або соплі Вентурі, метод із застосуванням трубки Піто, метод усереднювальних напірних трубок (УНТ), та вимірювань витрати/об'єму газу методом із застосуванням лічильників газу (роторних турбінних, тощо) за умов, де відсутня функціональна залежність витрати від густини газу, і пропонуванням пристрою для здійснення способу забезпечити точність вимірювань. Поставлена задача корисної моделі виконується тим, що вимірювання густини, згідно корисної моделі, здійснюють за результатами одночасних вимірювань параметрів газу і витрати/об'єму газу за стандартних умов методом змінного перепаду тиску на усереднювальній напірній трубці/соплі і методом вимірювань витрати/об'єму газу із застосуванням лічильників, при цьому обчислення густини газу здійснюють з використанням визначеної математичної моделі за алгоритмом r c = A × DRi × Dt 2 , де А - конструктивний коефіцієнт густиноміра; D Pi - перепад тиску на УНТ (соплі Вен турі, трубці Пітто, діафрагмі); Dt - період слідування імпульсів з перетворювача обертання робочого елементу лічильника витрати/об'єму (турбінки, ротора, мембрани, тощо) в імпульсні сигнали, конструктивний коефіцієнт густономира А визначають за формулою: A= 0,046258 × D 4 × e 2 × k 2 × a 2 унт Ti × k 2 де D - діаметр трубопроводу за температури 20°С, в мм; e - поправний множник на розширення вимірюваного середовища (коефіцієнт розширення); k2унт - калібрувальний коефіцієнт усереднювальної напірної трубки; a - коефіцієнт пропорційності, що характеризує зміну частоти слідування імпульсів з перетворювача обертів робочого елемента лічильника залежно від витрати; Ті - абсолютна температура газу в газопроводі, в °С; к - коефіцієнт стисливості газу, і обчислення результатів вимірювань здійснюють електронною інформаційно-вимірювально-керуючою системою. Крім того запропоновано пристрій для здійснення способу вимірювання густини газу, що включає трубопровідну систему подачі газу, обладнану регулювальною апаратурою і засобами вимірювання параметрів газу, в якого трубопровідна система подачі газу складається з трубопроводу середнього та двох газопроводів низького тиску і обладнана регулювальною апаратурою в складі понижуючого редуктора тиску, встановленого на стикуванні трубопроводів середнього і низького тиску, регулятора тиску, встановленого аналогічно паралельно з редуктором тиску, регулятора температури, розміщеного послідовно в трубопроводі низького тиску після регулятора тиску разом з засобами вимірювання тиску і температури, в склад яких додатково включено пристрій вимірювання витрати на усереднювальних напірних трубках та турбінний перетворювачем витрати/лічильником газу з перетворювачем обертів турбіни в імпульсні сигнали, котрі послідовно з'єднані з засобами вимірювання параметрів газу і з компресором, закільцьованим в трубопроводах низького тиску, при цьому всі засоби вимірювання і регулювальна апаратура пов'язані з електронною інформаційно-вимірювально-керуючою системою. Отже сукупністю запропонованих суттєвих ознак щодо способу вимірювання густини і пристрою для його здійснення маємо достатнє і комплексне рішення поставленої задачі корисної моделі. Суть запропонованого способу і пристрою пояснюється кресленням. На Фіг. наведено технологічну схему здійснення способу для вимірювання густини газу. Пристрій складається з трубопровідної системи подачі газу, яка включає трубопровід середнього 1 і два трубопроводи низького тиску 2 і 3, і обладнана регулювальною апаратурою в складі понижуючого редуктора 4 з середнього до низького тиску, регулятора тиску 5 також з середнього на низький тиск з керуванням від електронної інформаційно-вимірювально-керуючої системи 6. Після регулятора тиску 5 послідовно розміщено регулятор температури газу 7, засоби вимірювань параметрів газу - тиску 8 та температури 9 в трубопровідній системі, пристрій вимірювання витрати на усереднюючи напірних трубках 10 та турбінний перетворювач витрати/лічильник газу 11 з перетворювачем обертів турбіни в імпульсні сигнали 12, котрі послідовно з'єднані з компресором 13, закільцьованим в систему трубопроводами низького тиску 2 і 3, що забезпечує необхідну витрату та заданий тиск газу. Спосіб вимірювання густини газу з пристроєм для його здійснення здійснюють наступним чином. При протіканні газу по трубопроводі середнього тиску 1 тиск газу понижується до низького тиску регулятором витрати 4 в трубопроводі низького тиску 2. Одночасно тиск газу з трубопроводу середнього тиску 1 протікає в трубопровід низького тиску 3 через регулятор тиску 5, який підтримує в ньому тиск на рівні 101,325кПа за допомогою інформаційно-вимірювально-керуючої системи 6 за результатами вимірювань тиску перетворювачем тиску газу 8. Температура газу після дроселювання підтримується регулятором температури газу 7 рівною 20°С і регулюється інформаційно-вимірювально-керуючою системою 6 за результатами вимірювань температури перетворювачем температури газу 9. Таким чином, газ, приведений до стандартних умов, проходить через два вимірювальні пристрої витрати/ об’єму, один з яких працює на основі усереднювальних напірних трубок 10, а другий - на основі турбінного перетворювача/лічильника газу 11 з перетворювачем швидкості обертання турбіни в електричні імпульсні сигнали 12, при цьому коефіцієнт стисливості газу дорівнює одиниці. При протіканні газу через пристрій на основі усереднювальних напірних трубок 12 останній перетворює DRi швидкість потоку газу в перепад тиску , а при протіканні через турбінний перетворювач витрати/лічильник газу 11 - в імпульсні сигнали з частотою f і і з періодом слідування імпульсів Dt перетворювачем швидкості обертів турбіни 12, при цьому необхідна витрата і заданий тиск газу забезпечується компресором 13. Таким чином, підтримуючи тиск газу на рівні 101,325кПа та температуру газу на рівні 20°С, проводячи DRi вимірювання перепаду тиску газу на УНТ періоду слідування імпульсів Dt з турбінного перетворювача 12 на основі лічильника газу 11, з урахуванням визначеного конструктивного коефіцієнта густиноміра А, за допомогою інформаційно-вимірювально-керуючої системи 6 обчислюють значення густини газу в трубопроводі за стандартних умов з використанням математичної моделі за алгоритмом r c = ADRi Dt 2 . Спосіб вимірювання густини газу і пристрій для його здійснення дозволяють калібровочно вимірювати густину газу шляхом її обчислення електронною інформаційно-вимірювально-керуючою системою за результатами одночасних вимірювань за стандартних умов параметрів газу і витрати/об'єму газу методом змінного перепаду тиску на усереднювальній напірній трубці/соплі і методом вимірювань витрати/об'єму газу із застосуванням лічильників газу з забезпеченням необхідної точності вимірювань і допустимої величини похибки.