Спосіб вимірювання витрати нестаціонарного потоку рідкого або газового середовища

Спосіб вимірювання витрати нестаціонарного потоку рідкого або газового середовища, який включає вимірювання параметрів термочутливого елемента, що опосередковує контакт з потоком рідкого або газового середовища, фіксацію цих параметрів у часі та визначення за виміряними параметрами витрати потоку рідкого або газового середовища, який відрізняється тим, що попередньо визначають порядок величини першої похідної від витрати потоку рідкого або газового середовища, після чого визначають інтервали часу між суміжними відліками параметрів термочутливого елемента із співвідношення: Корисна модель відноситься до способів вимірювання витрат рідкого або газового середовища та може бути використана для вимірювання витрати стаціонарних, а також нестаціонарних, у тому числі наростаючих та спадаючих по інтенсивності, потоків. Відомий спосіб [RU, заявка № 2002132839/28, кл. С 01 F 1/34, опубл. 10.06.2004р.] визначення витрати пульсуючого потоку газу на магістральному газогоні, який включає вимірювання температури та тиску на діафрагмі, спектральний розподіл пульсацій газового потоку та вимірювання пульсацій газового потоку з частотою, принаймні, вдвічі більшою, ніж максимальна частота пульсацій, знаходження усередненого значення підкореневого виразу і вимірювання витрати газу з урахуванням коефіцієнта витрати. За цим способом неможливо визначити витрату потоку газу, що має лінійний або експоненційний тренд, параметри якого випадковим чином змінюються, тому що за таких обставин неможливо точно вимірювати спектральний розподіл пульсацій. Найбільш близьким аналогом корисної моделі є спосіб [UA, № 49035, кл. G01 F 1/68, G 01 Р 5/12, опубл. 16.09.2002 р.] вимірювання витрати потоку рідкого або газового середовища, який включає нагрівання термочутливого елемента, що опосередкує контакт з потоком рідкого або газового середовища, охолодження його після нагрівання потоком середовища, вимірювання температури tcep середовища, фіксацію двох моментів часу в процесі охолодження термочутливого елемента, врахування двох значень температури t1 и t2 у вказані моменти часу та вимірювання інтервалу часу 0,1 1 d2 q 1 , dt та постійну часу С термочутливого елемента із співвідношення: С = (0,05-0,2) , d2 q (13) 15275 (11) UA де L - інтервал змінювання параметрів потоку, л/с, а величину витрати визначають, підсумовуючи частинні відліки параметрів за загальний час вимірювання. U - перша похідна від витрати потоку рідкоdt 2 го або газового середовища, л/с ; - відносна помилка вимірювання параметра термочутливого елемента, л/с, визначають величину масиву відліків m вимірювання параметрів за формулою: L m 2 3 , (19) де 2 3 15275 4 визначають порядок величини першої похідної від між вказаними моментами, при цьому врахувитрати потоку рідкого або газового середовища, вання двох вказаних значень температури здійснюють вибором вказаних моментів часу на експопісля чого визначають інтервали часу між суненційній ділянці функції охолодження міжними відліками параметрів термочутливого термочутливого елемента, вимірюванням відноелемента із співвідношення: шення: d2 q 1 (t1 - tср)/(t2 - tсp) 0,1 1 , dt 2 та обчислюванням постійної часу експонента постійну часу С термочутиливого елемента із ційної ділянки функції охолодження термочутливоспіввідношення: го елемента за формулою: С=(0,05-0,2) , , 2 t 1 t cp d q ln 2 t 2 t cp де dt - перша похідна від витрати потоку рідкого а витрату потоку рідкого або газового середовища або газового середовища, л/с2; визначають за виміряними значеннями темпера- відносна помилка вимірювання параметра тури середовища та постійної часу. термочутливого елемента, л/с, Ознаки найближчого аналогу, що співпадають визначають величину масиву відліків m вимірюз суттєвими ознаками пропонованої корисної мовання параметрів за формулою: делі: вимірювання параметрів термочутливого L елемента, що опосередкуює контакт з потоком m 2 3 , рідкого або газового середовища; фіксацію цих де L - інтервал змінювання параметрів потоку, л/с, параметрів у часі; визначення по виміряним параа величину витрати визначають підсумовуючи часметрам витрати потоку рідкого або газового серетинні відліки параметрів за загальний час вимірюдовища. вання. Відомий спосіб призначений для вимірювання Попередня оцінка першої похідної від витрати витрати стаціонарного потоку рідкого або газового потоку рідкого або газового середовища дозволяє середовища, що звужує область його використанузгодити порядки величини швидкодійності датчиня із наступних причин: ків, які застосовуються для вимірів, зі швидкістю - неможливо вимірювати витрату потоку рідкопроцесу, що належить вимірювати. Залежність го або газового середовища, параметри якого зміінтервалу часу між окремими вимірюваннями від нюються швидше, ніж постійна часу термочутливопомилки вимірювання параметра термочутливого го елемента, тому, що точність цього способу елемента позбавляє від необхідності марної робозалежить від точності вимірювання параметрів, що ти. Таким чином кожний окремий вимір супрововідображають охолодження термочутливого еледжується мінімально можливими похибками. Змемента стаціонарним потоком рідкого або газового ншення часу окремого виміру разом з середовища; застосуванням використання масиву вимірів, який - оскільки постійна часу визначається з фомає об'єм, не менший ніж обчислений за формурмули із логарифмічною точністю, тому для забезL печення задовільної точності витрати навіть стаціm 2 3 , онарного потоку необхідно вимірювати різниці лою забезпечує узгодження вимоги температур на відносно великих інтервалах часу детального опису нестаціонарного потоку у кожну (порівняних з постійною часу термочутливого мить на протязі часу вимірювання, що дозволяє елемента або перевищуючих її) та температуру зробити точні обчислення витрати потоку рідкого датчиків t1 и t2 з високою точністю. Інакше кажучи, або газового середовища. Інтервал часу між суміце спосіб з принципово високою інерційністю виміжними відліками параметрів А© визначається з рювань, прийнятний виключно для стаціонарних урахуванням першої похідної від витрати потоку потоків. рідкого або газового середовища та помилки виміВ основу заявляємої корисної моделі поставрювання параметра термочутливого елемента, що лена задача удосконалення способу вимірювання опосередкує контакт із потоком середовища. Тавитрати нестаціонарного потоку рідкого або газоким чином, узгоджується порядок швидкості змівого середовища, в якому за рахунок нових технонювання параметрів потоку та умови вимірювання. логічних операцій досягається швидкодійність виВизначення об'єму масиву відліків т, необхідмірювання окремих відліків, та зменшення часу ного для визначення витрати із необхідною точнісміж окремими вимірами, що забезпечує універсатю враховує природу нестаціонарного потоку. Кольність та точність способу вимірювання. ли інтервал змінювання параметрів потоку L Поставлена задача вирішується тим, що в незначний (потік приблизно стаціонарний), то виспособі вимірювання витрати нестаціонарного мірювання може бути здійснено швидше - вимоги потоку рідкого або газового середовища, який до об'єму масиву стають простішими. Таким чивключає вимірювання параметрів термочутливого ном, процедура вимірювань адаптується до приелемента, що опосередкує контакт з потоком рідроди не стаціонарності. кого або газового середовища, фіксацію цих параВизначення постійної часу С термочутливого метрів у часі та визначення по виміряним парамеелементу із наведеного співвідношення та викоритрам витрати потоку рідкого або газового стання датчиків саме з такою постійною часу досередовища, згідно корисної моделі попередньо зволяє забезпечити незалежність кожного окремо 5 15275 го відліку параметра, що вимірюється, від нестаціонарного потоку, що забезпечує точність вимірювання. Приклад. Контролювали виток потоку газу із свердловини, що була зроблена у вугільному пласті m3. Оцінювали швидкість змінювання витрати газу із свердловини та установили, що за дві хвилини витрата газу змінюється приблизно на 4 літри/хв. d2 q 2 Таким чином знаходили, що величина dt дорів2 нює приблизно 2,0 літри/хв . Відносна помилка термочутливого елемента при абсолютній величині витрати біля 20 літрів/хв. дорівнює приблизно 0,5 літри/хв. Таким чином, визначили із спів 0,1 1 d2 q 1 , dt відношення інтервал часу між суміжними відліками, він дорівнює 0,1-1 хвилини. Практично важливий інтервал змінювання витрати газу знаходиться в діапазоні від 5 до 25 літрів/хвилину, тобто інтервал змінювання параметрів потоку L дорівнює приблизно 20 літрів/хв. Визначали величину масиву відліків т, яка дорівнює приблизно 80-120 відліків. Оцінювали постійну часу термочутливого елементу, прийнятного для вимірювань за даним способом, за формулою: 2 С=(0,05-0,2) та отримали для зазначених умов вимірювань (середніх значень діапазонів змінювання і С) оцінку постійної часу датчика, рівну приблизно 0,05 хвилини (тобто не більше 3 секунд). Після коректування параметрів процедури вимірювань та з застосуванням датчиків з технічними даними, що відповідають розрахованим, отримали значення вимірів витрати нестаціонарного потоку з експоненційним трендом, які наведені в таблиці. Підсумовуючи дані таблиці отримали оцінку витрати газу із свердловини. За час вимірювань, 200 секунд, загальна кількість газу дорівнює 10,03 літри. Повторними вимірами встановлено, що відносна помилка вимірів не перевищує 5 відсотків, що приблизно в чотири рази краще, ніж вимірювання за найближчим аналогом. Таким чином за рахунок збільшення швидкодійності вимірювання окремих відліків потоку та підсумовування масиву окремих відліків за весь час вимірювання досягнуто збільшення точності вимірів витрати нестаціонарного потоку газу. Таблиця 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Час, с Х100 0 0,0125 0,025 0,0375 0,05 0,0625 0,075 0,0875 0,1 0,1125 Витрата, л/хв. 23 22,90 22,59 22,30 21,84 21,47 21,39 21,01 20,72 20,54 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 6 0,125 0,1375 0,15 0,1625 0,175 0,1875 0,2 0,2125 0,225 0,2375 0,25 0,2625 0,275 0,2875 0,3 0,3125 0,325 0,3375 0,35 0,3625 0,375 0,3875 0,4 0,4125 0,425 0,4375 0,45 0,4625 0,475 0,4875 0,5 0,5125 0,525 0,5375 0,55 0,5625 0,575 0,5875 0,6 0,6125 0,625 0,6375 0,65 0,6625 0,675 0,6875 0,7 0,7125 0,725 0,7375 0,75 0,7625 0,775 0,7875 0,8 0,8125 0,825 0,8375 0,85 0,8625 0,875 0,8875 0,9 20,20 19,95 19,96 19,42 19,29 18,95 18,69 18,66 18,50 18,29 18,11 17,71 17,29 17,31 17,17 16,65 16,75 16,27 16,07 15,83 15,82 15,42 15,36 15,26 15,07 14,89 14,63 14,32 14,30 14,03 13,96 13,97 13,48 13,38 13,23 13,23 12,84 12,87 12,52 12,41 12,44 12,17 12,17 12,02 11,61 11,45 11,24 11,12 11,25 11,16 10,97 10,86 10,70 10,49 10,34 10,18 10,15 9,90 9,78 9,54 9,71 9,32 9,34 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 7 0,9125 0,925 0,9375 0,95 0,9625 0,975 0,9875 1 1,0125 1,025 1,0375 1,05 1,0625 1,075 1,0875 1,1 1,1125 1,125 1,1375 1,15 1,1625 1,175 1,1875 1,2 1,2125 1,225 1,2375 1,25 1,2625 1,275 1,2875 1,3 1,3125 1,325 1,3375 1,35 1,3625 1,375 1,3875 1,4 1,4125 1,425 1,4375 1,45 1,4625 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 15275 9,25 9,24 8,82 8,88 8,89 8,82 8,66 8,45 8,39 8,38 8,08 8,05 8,07 7,73 7,91 7,63 7,37 7,45 7,18 7,20 7,37 6,98 6,91 7,12 6,77 6,71 6,54 6,62 6,58 6,49 6,35 6,34 6,01 6,26 5,87 5,92 5,87 5,96 5,56 5,62 5,73 5,34 5,58 5,44 5,21 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 160 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 Підписне 8 1,475 1,4875 1,5 1,5125 1,525 1,5375 1,55 1,5625 1,575 1,5875 1,6 1,6125 1,625 1,6375 1,65 1,6625 1,675 1,6875 1,7 1,7125 1,725 1,7375 1,75 1,7625 1,775 1,7875 1,8 1,8125 1,825 1,8375 1,85 1,8625 1,875 1,8875 1,9 1,9125 1,925 1,9375 1,95 1,9625 1,975 1,9875 2 5,07 5,18 5,14 5,21 4,88 5,13 5,06 4,70 4,93 4,78 4,47 4,43 4,45 4,27 4,40 4,34 4,50 4,26 4,16 4,27 4,27 4,01 4,14 3,92 4,04 3,94 3,99 3,85 3,71 3,73 3,57 3,63 3,72 3,30 3,29 3,50 3,53 3,15 3,19 3,39 3,09 3,24 3,27 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601