Спосіб вимірювання густини газу пруднікова-цьомика

Спосіб вимірювання густини газу, що включає обчислення густини газу за визначеною математичною моделлю залежності густини газу від параметрів тиску, температури, і коефіцієнта стисливості газу, виміряних за певних умов, в якому вимірювання густини здійснюють за результатами одночасних вимірювань за стандартних умов параметрів газу і витрати/об'єму газу методом змінного перепаду тиску на звужуючих пристроях і методом вимірювань витрати/об'єму газу із застосуванням лічильника газу, і обчислення густини газу здійснюють з використанням математичної моделі за заданим алгоритмом електронною інформаційно-вимірювально-керуючою системою, який відрізняється тим, що вимірювання густини газу здійснюють використанням пристрою Пруднікова-Цьомика з проведенням попереднього калібрування пристрою за результатами вимірювань параметрів газу і витрати/об'єму газу за стандартних умов методом змінного перепаду тиску на звужуючих пристроях і методом вимірювань витрати/об'єму газу із застосуванням лічильників, при цьому попереднє калібрування пристрою Пруднікова-Цьомика здійснюють шляхом пропускання чистого азоту через пристрій на кількох витратах в межах від 0,35 до 0,9 м3/год. з дискретою 0,05 м3/год. та на різних абсолютних тисках перед звужуючим пристроєм в межах від 0,2 до 0,5 МПа з наступним здійсненням порівняльних обчислень густини газу електронною інформаційновимірювально-керуючою системою в умовах реальних вимірювань з попередньо прокаліброваним пристроєм з урахуванням поправкового коефіцієнта пристрою, визначеного по точках діапазону в процесі калібрування з використанням визначеної математичної моделі за алгоритмом: Корисна модель відноситься до галузі вимірювальної техніки, зокрема до вимірювання густини газів в умовах, приведених до стандартних умов. Відомий метод вимірювання густини газу з використанням газового густиноміра GD402, розробленого корпорацією ЙОКОГАВА з використанням явища, за якого резонансна частота c  A  Pi  2, де A - поправковий коефіцієнт пристрою; Pi - перепад тиску на звужуючому пристрої; де: D - діаметр трубопроводу за температури 20 °С, в мм;  - поправковий множник на розширення вимірюваного середовища (коефіцієнт розширення); k 2 - калібрувальний коефіцієнт звужуючого приунт (19) строю;  - коефіцієнт пропорційності, що характеризує зміну частоти слідування імпульсів з перетворювача обертів робочого елемента лічильника в залежності від витрат; Tі - абсолютна температура газу в газопроводі, в °С; k - коефіцієнт стисливості газу. (13) , 56150 Tі  k 2 (11) 0,046258 D4  2  k 2  2 унт UA A U  - період слідування імпульсів з перетворювача обертання робочого елемента лічильника витрати/об'єму (турбінки, ротора, мембрани тощо) в імпульсні сигнали, поправковий коефіцієнт пристрою A визначають за формулою: 3 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, тому не знайшов широкого застосування. Відомий також 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 P  T K 2  1  2 1 1 P1  T2  K 2 де P1, Т1, К1 і 1 - тиск, температура, коефіцієнт стисливості і густина газу за стандартних умов 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. «Роста», 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. Найбільш близький до корисної моделі, що заявляється, є Спосіб вимірювання густини газу, що включає обчислення густини газу за визначеною математичною моделлю залежності густини газу від параметрів тиску, температури, і коефіцієнту стисливості газу, виміряних за певних умов, за яким вимірювання густини здійснюють за результатами одночасних вимірювань за стандартних умов параметрів газу і витрати/об'єму газу методом змінного перепаду тиску на усереднюючій напірній трубці/соплі і методом вимірювань витрати/об'єму газу із застосуванням лічильника газу, при цьому обчислення густини газу здійснюють з використанням математичної моделі за алгоритмом c  A  Pi  2, де А - конструктивний коефіцієнт густиноміра; Pi - перепад тиску на усереднюючій напірній трубці (соплі Вентурі, трубці Пітто, діафрагмі);  - період слідування імпульсів з перетворювача обертання робочого елементу лічильника витрат/об'єму (турбінки, ротора, мембрани, тощо) в імпульсні сигнали, конструктивний коефіцієнт густономіра А визначають за формулою: A 0,046258 D4  2  k 2  2 унт Tі  k 2 56150 4 де - D - діаметр трубопроводу за температури 20°С, в мм;  - поправний множник на розширення вимірюваного середовища (коефіцієнт розширення); k2 унт - калібрувальний коефіцієнт усереднюю чих напірних трубок;  коефіцієнт пропорційності, що характеризує зміну частоти слідування імпульсів з перетворювача обертів робочого елемента лічильника в залежності від витрат; Тi - абсолютна температура газу в газопроводі, в °С; k - коефіцієнт стисливості газу, і обчислення результатів вимірювань здійснюють електронною інформаційно-вимірювальнокеруючою системою. [Патент України на корисну модель, UA, №31921, GO IN 7/00, Бюл. № 8, 2008р.]. Проте цей спосіб має обмежене застосування, оскільки вимагає спеціальної підготовки для проведення вимірювань з забезпеченням необхідної точності вимірювань без попереднього калібрування приладу, яким проводять вимірювання густини. В основу корисної моделі поставлено задачу винайдення більш простого і точного способу вимірювань густити газу шляхом використання попередньо прокаліброваного пристрою Пруднікова-Цьомика на основі обчислень густини за результатами вимірювань параметрів газу і одночасних вимірювань витрати/об'єму газу у трубопроводі за умов, коли витрата/об'єм газу є функціональною залежністю від густини газу (методи змінного перепаду тиску на звужуючих пристроях), та вимірювань витрати/об'єму газу методом із застосуванням лічильників газу (роторних турбінних, тощо) за умов, де залежність витрати від густини газу не є визначальною, забезпечити точність вимірювань. Поставлена задача корисної моделі виконується тим, що вимірювання густини газу, згідно корисної моделі, здійснюють використанням пристрою для вимірювання густини газу Пруднікова-Цьомика з проведенням попереднього калібрування пристрою за результатами вимірювань параметрів газу і витрати/об'єму газу за стандартних умов методом змінного перепаду тиску на звужуючих пристроях і методом вимірювань витрати/об'єму газу із застосуванням лічильників, при цьому попереднє калібрування пристрою Пруднікова-Цьомика здійснюють шляхом пропускання через пристрій чистого азоту на кількох витратах в межах від 0,35 до 0,9 м3/год. та на різних абсолютних тисках перед звужуючим пристроєм в межах від 0,2 до 0,5 МПа з дискретою 0,05 м3/год. і 0,05 МПа, відповідно, з наступним здійсненням порівняльних обчислень густини газу електронною інформаційно-вимірювальнокеруючою системою з даними сертифікату на азот заводу-виготовлювача з урахуванням поправок пристрою, визначених по точках діапазону в процесі калібрування з використанням визначеної математичної моделі за алгоритмом 5 c  A  Pi  2, де А - поправочний коефіцієнт пристрою; Pi - перепад тиску на звужуючому пристрої;  - період слідування імпульсів з перетворювача обертання робочого елементу лічильника витрати/об'єму (турбінки, ротора, мембрани, тощо) в імпульсні сигнали, поправочний коефіцієнт пристрою А визначають за формулою: A 0,046258 D4  2  k 2  2 унт Tі  k 2 де - D - діаметр трубопроводу за температури 20°С, в мм;  - поправочний множник на розширення вимірюваного середовища (коефіцієнт розширення); k2 унт - калібрувальний коефіцієнт звужуючого пристрою;  коефіцієнт пропорційності, що характеризує зміну частоти слідування імпульсів з перетворювача обертів робочого елемента лічильника в залежності від витрат; Т1 - абсолютна температура газу в газопроводі, в °С; k - коефіцієнт стисливості газу. Отже сукупністю запропонованих суттєвих ознак щодо способу вимірювання густини маємо достатнє і комплексне рішення поставленої задачі корисної моделі. Суть запропонованого способу пояснюється кресленням. На фіг. наведено технологічну схему здійснення способу для вимірювання густини газу, яка включає пристрій для вимірювання густини газу Пруднікова-Цьомика 1і установку для попереднього калібрування пристрою 2, при цьому пристрій Пруднікова-Цьомика (1) складається з трубопровідної системи подачі газу, яка включає дві випробувальні ділянки - вхідний трубопровід високого/середнього тиску 3 та трубопровід середнього/низького тиску 4, перша (3) із яких обладнана регулювальною апаратурою у складі клапана-відсікача 5, фільтра 6 і регулятора тиску 7, що встановлені послідовно перед звужуючим пристроєм, як приклад, соплом Вентурі критичного витікання 8, котре встановлене на стикуванні трубопроводів високого/середнього (3) і середнього/низького (4) тиску разом з засобами вимірювання параметрів тиску 12 і температури 13 на ділянці 17 трубопроводу (3) перед соплом Вентурі (8), а друга (4) - обладнана, як приклад, роторним лічильником газу 9 з перетворювачем обертів ротора в імпульсні сигнали 10, коректором об'єму/об'ємної витрати газу 11, і засобами вимірювання параметрів тиску 14 і температури 15 на ділянці 18 трубопроводу (4) перед лічильником (9) та випускним краном 16, встановленим після лічильника (9), при цьому всі засоби вимірювання і регулювальна апаратура пов'язані з електронною інформаційно-вимірювально-керуючою системою 19 і разом з нею скомпоновані в переносній шафі/валізі 1, крім того, вхідний трубопровід високого/середнього тиску (3) - на вході і трубопровід 56150 6 середнього/низького тиску (4) - на виході споряджені штуцерами, 20 і 21 відповідно, для під'єднання пристрою Пруднікова-Цьомика гнучкими шлангами до діючого трубопроводу в місці вимірювання. Установка попереднього калібрування (2) споряджена джерелом подання чистого азоту у вигляді балона (ємності) високого тиску 22, з наперед відомою густиною азоту, задекларованою заводом-виготовлювачем в сертифікаті, запірним вентилем 23 і регулятором тиску 24 та під'єднуючим шлангом 25. Спосіб вимірювання густини газу здійснюють наступним чином. Перед проведенням вимірювань в реальних умовах здійснюють попереднє калібрування пристрою Пруднікова-Цьомика шляхом підключення до нього (через штуцер 20) підєднуючим шлангом 25 установки попереднього калібрування 2 з поданням чистого азоту з балона (ємності) високого тиску 22, з наперед відомою густиною азоту, через запірний вентиль 23 і регулятор тиску 24, задаючи в трубопроводі 3 на ділянці 17 перед звужуючим пристроєм 8 необхідний тиск та витрату у визначених межах від 0,2 до 0,5 МПа та від 0,35 до 0,9 м3/год. з дискретою 0.05 МПа і 0,05 м3/год., відповідно. При цьому отримані результати порівнюють з величиною густини чистого азоту, задекларованою в сертифікаті заводу-виробника азоту. Розбіжність не повинна перевищувати ±0,15 %. При перевищенні допустимого значення, з метою усунення систематичної похибки пристрою Пруднікова-Цьомика 1, вводять поправки по точках, визначених шляхом попереднього калібруваня. Далі попередньо прокалібрований пристрій 1 за допомогою штуцерів 20 і 21 підключають в реальне середовище, де проводять вимірювання густини. При протіканні газу по трубопроводі середнього тиску 3 тиск газу понижується в трубопроводі низького тиску 4 до низького тиску регулятором витрати 6. Одночасно тиск газу з трубопроводу середнього тиску 3 протікає в трубопровід низького тиску 4 через регулятор тиску 7, який підтримує в ньому тиск на певному рівні за допомогою інформаційно-вимірювально-керуючої системи 19, за результатами вимірювань тиску перетворювачами тиску газу 12 і 14. Температура газу після дроселювання підтримується регулятором температури газу 15 і регулюється інформаційновимірювально-керуючою системою 19 за результатами вимірювань температури перетворювачем температури газу 13. Таким чином, газ, приведений до стандартних умов, проходить через два вимірювальні пристрої витрати/об'єму, один з яких працює на основі звужуючого пристрою 8, а другий - на основі перетворювача об'єму/лічильника газу 9 з перетворювачем обертів ротора в імпульсні сигнали 10. При протіканні газу через звужуючий пристрій 8 швидкість потоку газу перетворюється в перепад тиску Pi , а при протіканні через роторний перетворювач витрати/лічильник газу 9 - в імпульсні сигнали з частотою f1 і з періодом слідування імпульсів  перетворювачем швидкості обертів 7 56150 ротора 10, при цьому необхідна витрата і заданий тиск газу забезпечуються електронною інформаційно-вимірювально-керуючою системою 19 через коректор 11. Таким чином, підтримуючи тиск та температуру газу на певному рівні, проводячи вимірювання перепаду тиску газу Pi на звужуючому пристрої 8 і періоду слідування імпульсів  з роторного перетворювача 10 на основі лічильника газу 9, з урахуванням визначеного коефіцієнта А прокаліброваного пристрою, за допомогою інформаційно-вимірювально-керуючої системи 19 обчислюють значення густини газу в трубопроводі Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 8 з використанням математичної моделі за алгоритмом c  A  Pi  2, з урахуванням поправок попередньо прокаліброваного пристрою Пруднікова-Цьомика чистим азотом. Спосіб вимірювання густини газу з використанням попередньо прокаліброваного пристрою Пруднікова-Цьомика дозволяє вимірювати густину газу за будь-яких умов з забезпеченням необхідної точності вимірювань і допустимої величини похибки. Підписне 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