Спосіб комплексного відтворення, визначення та передачі еталонних значень витрати газу

Спосіб комплексного відтворення, визначення та передачі еталонних значень витрати газу, що включає пропускання через контрольовані засоби вимірювання витрати газу потоку робочого середовища, нормованого за допомогою еталонних Корисна модель належить до способів випробування або калібрування апаратури для вимірювання об'ємної витрати газів, до способів комплексного відтворення, визначення та передавання еталонних значень витрати газу і може бути використана для градуювання та перевірки витратомірів і ЛІЧИЛЬНИКІВ газу, котрі застосовуються в різних схемах промислового та лабораторного устаткування Для правильного функціонування під час експлуатації величезного і безупинно зростаючого парку вітчизняних та імпортних робочих засобів вимірювань витрати газу, таких як роторні, мембранні, турбінні, ультразвукові й ІНШІ перетворювачі потрібне обов'язкове метрологічне забезпечення Закон "Про метрологію та метрологічну ДІЯЛЬНІСТЬ" (№113/98-ВР) вимагає проведення таких метрологічних дій - перевірка засобів вимірювальної техніки встановлення придатності засобів вимірювальної техніки, на які поширюється державний метрологічний нагляд, до застосування на підставі результатів контролю їхніх метрологічних характеристик, - калібрування засобів вимірювальної техніки визначення в певних умовах або контроль метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки, на які не поширюється державний метрологічний нагляд, пристроїв відтворення і передавання витрати, а також фіксування ряду спостережень на різних значеннях витрати газу у ВІДПОВІДНИХ робочих точках витрати і визначення метрологічної характеристики контрольованих засобів, який відрізняється тим, що перед пропусканням потоку робочого середовища калібрують ємності, ваги, частотоміри, перетворювачі тиску, температури, вологості, густини, що входять до складу еталонних пристроїв відтворення і передавання витрати принаймні двох - трьох типів, наприклад, дзвонового пристрою, поршневого пристрою калібрування, сопел критичного витоку, для фіксування ряду спостережень беруть пристрої відтворення різних типів - метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки - дослідження засобів вимірювальної техніки з метою визначення їхніх метрологічних характеристик та встановлення придатності цих засобів до застосування У зв'язку з цим досить актуальною є розробка нових способів і засобів передавання розміру одиниці витрати від еталонів до робочих засобів вимірювання При цьому еталони повинні мати не тільки високі метрологічні характеристики, але і мати можливість децентралізованої передачі розміру одиниці витрати безпосередньо промисловим об'єктам, в особливих реальних умовах, тобто заміняти в цих умовах ВІДПОВІДНІ первинні еталони Відомий спосіб [авторське свідоцтво СССР №546787, МПК G01F 25/00, Бюл №6, 1977 рік], що передбачає витікання газу із резервуару по випробувальній ДІЛЯНЦІ через стабілізатор тиску та досліджуваний прилад і вимірювання тиску та температури, а також визначення похідної dP/dt За цими даними будують графіки залежності зміни тиску в часі від різних температур При цьому витікання газу із резервуару проводять в межах певного проміжку часу і здійснюють витримку для встановлення початкової температури Спільними ознаками зі способом, що заявляється, є пропускання газу через досліджуваний витратомір, калібрування та визначення похибки ю ю 00 5850 витратоміра. Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату є те, що перевірка витратомірів базується на застосуванні рівняння стану газу, в якому температура є постійною величиною при зміні тиску за час одної перевірки. Це зумовлює складність практичної реалізації алгоритму перевірки внаслідок необхідності визначення похідної dP/dt та потреби проведення значної кількості експериментів з метою побудови графіків зміни тиску в часі при різних температурах. Крім того, необхідність доведення температури в резервуарі до початкового значення зменшує продуктивність процесу перевірки. Відомий спосіб градуювання та перевірки витратомірів і лічильників газу [патент України №54463, МПК7 G01F25/00, Бюл. №3, 2003 рік], який передбачає витікання газу із резервуара по випробовуваній ділянці через стабілізатор тиску та досліджуваний прилад, і вимірювання тиску і температури, При цьому додатково задають температурний режим досліджування, при якому вимірюють температуру протягом певного проміжку часу в резервуарі та на досліджуваному приладі, і здійснюють алгоритм розрахунку витрати газу на досліджуваному приладі, який приводять до умов його градуювання або перевірки, при цьому проводять коригування по зміні коефіцієнта стисливості газу протягом певного проміжку часу вимірювання витрати газу. За цим патентом спочатку наповнюють зразковий резервуар повітрям або робочим газом до необхідного тиску. Потім вимірюють абсолютний тиск і температуру та розраховують коефіцієнт стисливості газу для його умов у зразковому резервуарі, тобто стосовно параметрів, що характеризують умови роботи резервуару перед витіканням газу із нього, а саме Рі, Ті і К-і. Далі відкривають подачу повітря або робочого газу до випробувальної ділянки і через певний проміжок часу At, який відповідає заданій тривалості витікання повітря або газу із резервуару по випробувальній ділянці через стабілізатор тиску та досліджуваний прилад, знову вимірюють абсолютний тиск Р2 і температуру Тг повітря або газу в резервуарі та коригують значення коефіцієнта стисливості Кг стосовно цих параметрів. Водночас, протягом цього терміну протікання повітря або газу по випробувальній ділянці вимірюють абсолютний тиск Р1 і температуру Т на досліджуваному приладі та розраховують коефіцієнт стисливості К1 для цих умов. Потім цикл досліджування продовжують аналогічно описаному вище прикладу, але вже за наступний певний проміжок часу At, або за інші будь-які проміжки часу At-|, At 2 ... At n , до одержання необхідного числа контрольних точок вимірювання. В результаті отримують ряд значень тиску і температури, що характеризують параметри повітря або газу в резервуарі: Рі, Рг... Рп і Ті, 1г... Тп, а також ряд значень, що характеризують роботу досліджуваного приладу Рі, Рг... Рп і Т-і, І2— Тп- А за рахунок проведення коригування одержують коефіцієнти стисливості газу К-і, Кг... К п і К-і, К2... Кп, відповідно для умов зразкового резервуару і для досліджуваного приладу за відповідні проміжки часу At,. Далі, використовуючи основне рівняння стану газу, за допомогою якого порівнюючи зміну маси газу в резервуарі з масою газу, яка протекла через досліджуваний прилад, отримуємо алгоритм розрахунку витрати газу через досліджуваний прилад: Т'-К' Р1 • К1 Т 2 К : At де: Q - об'ємна витрата газу; Vo - об'єм зразкового резервуару; At - час протікання газу через досліджуваний прилад; Рі, Т-і, Кі - абсолютний тиск, температура і коефіцієнт стисливості газу, перед витіканням порції газу з резервуару; Рг, Тг, Кг - ці ж параметри, в кінці витікання газу з резервуару; Р', Т, К' - ці ж параметри, на досліджуваному приладі під час протікання газу через випробувальну ділянку. Спільними ознаками із способом, що заявляється, є визначення параметрів газу, проведення калібрування, визначення похибки витратоміра. Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату є те, що для перевірки витратомірів використовують лише зразковий резервуар, який наповнюють повітрям або робочим газом до необхідного тиску. За прототип вибрано спосіб передавання розміру одиниці витрати від еталонів до робочих засобів вимірювання [В.Н. Крутиков, Б.И. Лобов, В.В. Шильдин. Способ и устройство передачи размера единицы расхода от эталонов рабочим средствам измерений. // Измерительная техника. - 2004. №4. - С. 24-26]. За цим способом трубопоршневою дозуючою установкою встановлюють нормовану витрату Q робочого середовища, що проходить через підвідні трубопроводи і перетворювач витрати, що перевіряється. Принцип дії трубопоршневої дозуючої установки заснований на витісненні робочої рідини з герметичної камери твердим тілом, наприклад, із труби поршнем, переміщуваним електроприводом, що контролюється таходатчиком. Через випробуваний витратомір пропускають нормований потік рідини, утворений дозуючою трубопоршневою установкою й автономно відтворюваними потоками, що створюються насосами і протікають через блок вимірювальних ліній з перетворювачами витрати. Похибку перетворювача визначають шляхом порівняння його показань з показаннями трубопоршневої дозуючої установки, що є вихідним робочим еталоном. Шляхом порівняння показань компараторів з показаннями трубопоршневої дозуючої установки обчислюють їхні похибки і поправки. По завершенні калібрування компараторів знову вмикають насоси і трубопоршневі дозуючі установки і перевіряють перетворювач витрати у відповідних робочих точках витрати шляхом плавної зміни режиму за допомогою трубопоршневої дозуючої установки і ступінчастого переключення насосів. Перевірку перетворювача витрати здійснюють звіренням його показань з показаннями трубопоршневої дозуючої установки. Спільними ознаками зі способом, що заявля 5850 ється, є пропускання нормованого потоку робочого середовища через досліджуваний витратомір, а також зміна режиму витрати у ВІДПОВІДНИХ робочих точках витрати і визначення похибки пристрою, що контролюється Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату є використання у прототипі лише трубопоршневої дозуючої установки, яка забезпечує достатню точність вимірювання рідин В основу корисної моделі поставлено задачу у способі відтворення, визначення та передавання еталонних значень витрати шляхом зміни стадій і параметрів процесу, а також уведенням нових операцій забезпечити можливість здійснювати з мінімально можливою похибкою перевірку та випробування всіх типів ЛІЧИЛЬНИКІВ, які використовують для обліку природного газу Поставлена задача вирішується тим, що у способі комплексного відтворення, визначення та передавання еталонних значень витрати газу, який включає пропускання через контрольовані засоби вимірювання витрати газу потоку робочого середовища, нормованого за допомогою еталонних пристроїв відтворення і передавання витрати, а також фіксування ряду спостережень на різних значеннях витрати газу у ВІДПОВІДНИХ робочих точках витрати і визначення метрологічної характеристики контрольованих засобів, згідно з корисною моделлю, перед пропусканням потоку робочого середовища калібрують ємності, ваги, частотоміри, перетворювачі тиску, температури, вологості, густини, що входять до складу еталонних пристроїв відтворення і передавання витрати принаймні двох - трьох типів, наприклад, дзвонового пристрою, поршневого пристрою калібрування, сопел критичного витоку, для фіксування ряду спостережень беруть пристрої відтворення різних типів Спосіб, що заявляється може бути реалізований на базі комплексу засобів вимірювальної техніки, до складу якого входять первинні та робочі еталони, які в сукупності відтворюють витрату природного газу в діапазоні від 0,005 до 70000 м3/год під тиском від 0,1 до 7,5 МПа Комплекс дає можливість здійснювати з мінімально можливою похибкою перевірку та випробування всіх типів ЛІЧИЛЬНИКІВ, що використовуються при обліку природного газу В якості первинних еталонів для реалізації методу були використані такі пристрої 1 Установка перевірки сопел критичного витоку - робоче середовище - природний газ, - робочий об'єм - 3,0 м 3 , - витрата 4-400 м3/год під тиском 2,0-4,0 МПа, - витрата 0,005-16 м3/год під тиском 0,1-0,4 МПа, - похибка < 0,15% 2 Дзвонова установка - робоче середовище - природний газ, повітря; - робочий об'єм - 3,5 м 3 , - витрата 4-400 м3/год під тиском 0,1 МПа, - похибка < 0,1% 3 Поршнева установка - робоче середовище - природний газ, повітря; - робочий об'єм - 9м 3 , - витрата 500-2000 м /год під тиском 0,4-7,5 МПа, - похибка < 0,15% Кожен з названих пристроїв забезпечує максимальну достовірність за певних оптимальних параметрів витрати та тиску Наприклад принцип роботи установки перевірки сопел критичного витоку базується на використанні каліброваної ємності, яка заповнюється робочим середовищем (природним газом) через сопло В процесі перевірки вимірюється час заповнення, тиск, температура і густина робочого середовища Досвід використання аналогічних установок показує, що для відтворення необхідної витрати (200-400 м3/год) оптимальним є використання ємності об'ємом 3 м 3 , максимальну достовірність можливо досягти під тиском більше 2,0 МПа Дзвонові установки дають можливість відтворювати витрату газу з найбільшою відомою достовірністю, але вони функціонують тільки під атмосферним тиском Параметри роботи первинних еталонів вибирають враховуючи можливість реалізації взаємного звірення (гармонізації) для конкретного методу вимірювання Гармонізацію первинних еталонів здійснюють мобільними еталонами (роторні та турбінні лічильники, сопла критичного витоку) Кожен мобільний еталон використовують у вузькому діапазоні витрат, що дає можливість збільшити достовірність гармонізації В якості мобільних еталонів при реалізації способу використовують такі засоби вимірювальної техніки 1 Лічильник роторний (Ду 100) - номінальна витрата 4-400 м3/год, -тиск0,1-8,0 МПа, 2 Лічильник турбінний (Ду 200) - номінальна витрата 400-2000 м3/год, -тиск0,1-8,0 МПа, 3 Лічильник турбінний Ду 400 - номінальна витрата 1600-10000 м3/год, -тиск0,1-8,0 МПа, 4 Сопла критичного витоку, - максимальна витрата 400 м3/год, - тиск 4,0 МПа При кратному збільшенні (зменшенні) величини витрати у процесі гармонізації використовують паралельно-послідовне з'єднання мобільних еталонів При передаванні величини витрати від еталону, який працює при низьких тисках, до еталону, який працює при високих тисках (а також навпаки), використовують паралельно-послідовне з'єднання мобільних еталонів з проміжним регулятором тиску Гармонізацію еталонів проводять у певних реперних точках, наприклад, витрата 200 м3/год, 400 м3/год, 2000 м3/год, 8000 м3/год під тиском 0,1 МПа, 0,4 МПа, 1,2 МПа, 4,0 МПа, 7,5 МПа Спосіб, що заявляється, здійснюють у такій ПОСЛІДОВНОСТІ За еталонами довжини, маси і часу проводять калібрування складових пристроїв відтворення витрат газу За еталонами фізичних величин, значення яких використовують у процесах визначення витрати газу, калібрують ємності, ваги, частотоміри, перетворювачі тиску, температури, вологості, густини, що входять до складу еталонних пристроїв відтворення і передавання витрати 5850 принаймні двох - трьох типів, наприклад, дзвоновий пристрій, поршневий пристрій калібрування, сопел критичного витоку За еталонами супутніх фізичних величин проводять калібрування ВІДПОВІДНИХ складових пристроїв відтворення витрат газу До трубопроводу ВІДПОВІДНОГО пристрою відтворення витрат газу приєднують контрольований засіб вимірювання витрат газу і фіксують ряд спостережень на різних значеннях витрати газу Відтворюють значення витрати газу за допомогою вщкаліброваних пристроїв, і за цими значеннями визначають метрологічну характеристику витрати контрольованого засобу Аналогічні дії проводять фіксуючи ряди спостережень на інших пристроях відтворення За даними рядів спостережень, отриманих на пристроях відтворення різних типів, вираховують зважену метрологічну характеристи Комп'ютерна верстка А Крулевський 8 ку контрольованого засобу Спосіб, що заявляється, забезпечує - передавання величини витрати від первинних до робочих еталонів, - звірення еталонів за різними методами вимірювання (включаючи еталони інших існуючих установок для вимірювання витрати газу), - проведення перевірки та випробування засобів вимірювання витрати природного газу з використанням робочого середовища, параметри якого максимально наближені до робочих, - перевірку та випробування всіх робочих еталонів, що потрібні для перевірки робочих засобів вимірювання витрати природного газу, - перевірку та випробування всіх типів ЛІЧИЛЬНИКІВ, що використовуються для обліку природного газу Підписне Тираж 28 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