Робочий еталон об’єму газу

Реферат: Робочий еталон об'єму газу належить до вимірювальної техніки та метрології. Робочий еталон містить пристрій створення витрати повітря, з'єднаний з перевірочним лічильником газу та еталонним засобом, який з'єднаний із засобом збору та обробки інформації про виміряні параметри робочого середовища, такі як тиск, температура, контрольний об'єм газу, та засіб керування роботою робочого еталона. Згідно з винаходом, він додатково обладнаний триходовим клапаном, який встановлений між лічильником газу, що повіряється, та еталонним засобом, який з'єднаний через байпасну лінію та зворотний клапан з регулюючим клапаном. При цьому перевірочний лічильник газу та регулюючий клапан з'єднані другим зворотним клапаном. Робочий еталон дає можливість повірки побутових лічильників газу, що забезпечує підвищення точності відтворення та вимірювання витрати і кількості газу. UA 108021 C2 (12) UA 108021 C2 UA 108021 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до метрології, а саме до витратовимірювальної техніки, і може бути використаний для градуювання та повірки витратомірів і лічильників газу, для точного відтворення і вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу, а також для проведення випробувань витратомірів і лічильників газу різних типів. Відомий робочий еталон об'ємної витрати газу соплового типу для калібрування і повірки витратомірів і лічильників газу. Принцип дії соплових робочих еталонів полягає у створенні за допомогою сопла, через яке протікає потік газу (повітря), що задається генератором витрати, надкритичного перепаду тиску. В такому випадку швидкість потоку в самому вузькому місці сопла встановлюється рівною до швидкості звуку, що забезпечує надзвичайно високу стабільність витрати. Характерною особливістю еталонів із застосуванням сопел є відтворення об'ємної витрати протягом довгого періоду часу. Контрольний об'єм газу обчислюється як добуток поточної витрати газу, що протікає через сопло на час вимірювань. Дані про ці величини аналізуються інформаційно-вимірювальною системою. По різниці показань відлікового пристрою приладу та відомому значенню контрольного об'єму, що пройшов через прилад, визначають похибку приладу. Недоліками таких еталонів є вузький діапазон витрат газу, для кожної витрати використовується окреме сопло, крім того, основними джерелами похибок робочих еталонів соплового типу є значний градієнт тиску, а також масообмінні процеси в застійних зонах між соплом і трубопроводом і неусталеними течіями повітря в цих зонах, що викликають пульсації вимірюваного сигналу. Відомий робочий еталон дзвонового типу для повірки та градуювання лічильників та витратомірів газу [А.с. СССР № 1408233, G01 F25/00, Бюл. № 25, 07.07.1988, Пат. 56740 С2 Україна, МПК 7 G01F25/00, Бюл. № 12, 15.12.2004], який складається з резервуара з рідиною, в який занурений дзвін, порожнина якого через один трубопровід під'єднана до джерела стиснутого повітря, а через другий трубопровід - до досліджуваного приладу. Дзвін частково врівноважений противагою і ланцюгом. Вузол знімача інформації про пропущений об'єм газу містить контрольну лінійку. Засіб стабілізації вертикального положення дзвону виконаний у вигляді не менше трьох вантажів, розташованих ззовні резервуара і з'єднаних через блоки тросами з нижнім торцем дзвону. Вантажі створюють додаткове тягове зусилля, розподілене по торцю дзвону. По заповненні порожнини дзвону повітрям, він спливає, збільшуючи об'єм, заповнений повітрям. Після відключення джерела витрати газу, починають робочий цикл повірки досліджуваного приладу, для чого по трубопроводу на нього подають повітря з-під дзвону. Переміщення дзвону вниз вимірюють контрольною лінійкою. Усереднене в часі значення пропущеного об'єму газу, відрахованого по контрольній лінійці, за допомогою системи збору та обробки інформації, співставляють з показаннями досліджуваного приладу, на підставі чого роблять висновок про його точність. У відомому робочому еталоні неможливо забезпечити стабільність тиску і температури у піддзвоновому просторі. Зміна тиску під дзвоном виникає в моменти початку руху дзвона та під час його зупинки. Нестабільність температури зумовлена наявним під дзвоном градієнтом цього параметру. Як наслідок, на таких робочих еталонах важко відтворити з достатньою точністю контрольні об'єми газу в моменти початку і закінчення руху дзвона. Відомий робочий еталон трубопоршневого типу. Принцип дії поршневих робочих еталонів полягає у виділенні із потоку газу (повітря), що задається ротаційним генератором витрати, за допомогою ущільненого поршневого розділювача і детекторів, розташованих на каліброваному вимірювальному трубопроводі, контрольного об'єму газу. При передачі одиниці об'ємної витрати здійснюється збір інформації інформаційною системою з приладу, що випробовується, за період проходження розділювача від одного детектора положення до іншого. При цьому вимірюваний контрольний об'єм газу буде рівний каліброваному об'єму вимірювального трубопроводу, що знаходиться між двома детекторами. Багаторазове виділення контрольного об'єму здійснюється при зміні напрямку переміщення розділювача. Висока точність забезпечується високою точністю внутрішньої поверхні вимірювального трубопроводу, завдяки чому досягається рівномірний рух розділювача, та використанням безконтактних детекторів положення розділювача. Недоліками таких робочих еталонів є вузький діапазон витрат газу, а також вони мають незгладжувані пульсації тиску та його великі втрати на поршнях, що призводить до нерівномірності ходу, що відповідно впливає на стабільність відтворення витрати. Найбільш близьким до запропонованого відомий робочий еталон з еталонними лічильниками газу, що включає систему збору та обробки інформації, еталонні лічильники газу, замірні ділянки трубопроводів, які містять датчики тиску та температури, нагнітач повітря, регулятор витрати повітря та місця для встановлення лічильників і витратомірів газу. Принцип дії робочих еталонів з обертовими еталонними пристроями полягає у виділенні із потоку газу 1 UA 108021 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (повітря), що задається ротаційним генератором витрати, за допомогою еталонного пристрою, контрольного об'єму газу. При передачі одиниці об'єму та об'ємної витрати здійснюється збір інформації з лічильників, що випробовуються, та еталонних пристроїв, а також значення температур та тисків робочого середовища на кожному з досліджуваних пристроїв. При цьому вимірюваний контрольний об'єм газу визначається пристроєм збору та обробки інформації як об'єм, що пройшов через еталонний пристрій. По різниці показів відлікових пристроїв з врахуванням відповідних поправок по температурі та тиску, визначають похибки перевірочних пристроїв. До еталонних пристроїв належать особливим способом відібрані роторні, турбінні та барабанні лічильники газу, що випускаються як робочі засоби вимірювань, але спеціально підготовані та атестовані до використання як еталонні. Недоліком таких робочих еталонів є невисока точність відтворення об'єму та об'ємних витрат. Ще одним недоліком цього та всіх вищеописаних еталонів є неможливість повірки, метрологічної атестації та випробувань побутових лічильників газу. По своїх конструктивних особливостях існуючі робочі еталони працюють в динамічному режимі, і тому дають можливість повіряти тільки лічильники газу, що обладнані електронними датчиками про виміряні об'єми газу. У побутових лічильників газу такі датчики відсутні, тому вони перевіряються в дискретно-динамічному режимі. Принцип роботи робочого еталона в динамічному режимі полягає в наступному. Пристрій створення витрати створює потік повітря, який проходить через еталонний пристрій та перевірочний лічильник газу. Контролером за допомогою регулюючого клапана задається необхідне значення об'ємної витрати робочого середовища. Після надходження команди "Старт" контролер за допомогою датчиків отримує набір значень фізичних величин: тиску, об'єму та температури робочого середовища. При надходженні команди "Стоп" опитування датчиків зупиняється і отримана інформація про виміряні величини опрацьовується програмним забезпеченням на ЕОМ і відображається на моніторі ЕОМ. При дискретно-динамічному режимі роботи робочих еталонів процес повірки лічильників газу розпочинається одночасно з початком роботи робочого еталона за командою оператора і закінчується, знову ж таки, за командою оператора шляхом вимикання пристрою створення витрати. Така дискретність роботи зумовлена тим, що необхідно візуально зафіксувати початкові покази перевірочного лічильника газу перед початком процесу повірки, потім пропустити через лічильник контрольний об'єму робочого середовища, після цього зупинити процес повірки і вже тоді візуально зафіксувати кінцеві показання лічильника. Недоліком такого режиму роботи є нестабільність тиску робочого середовища в момент вмикання і вимикання пристрою створення витрати. Задача, що ставилась при створенні винаходу, є вдосконалення робочого еталона об'єму газу шляхом введення нових конструктивних елементів, зміни структури і конструкції еталона, що дозволило б досягти можливості повірки побутових лічильників газу, і таким чином забезпечити високу точність відтворення та вимірювання витрати і кількості газу цими засобами вимірювальної техніки. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що робочий еталон об'єму газу, що містить пристрій створення витрати повітря, з'єднаний з перевірочним лічильником газу та еталонним засобом, який з'єднаний із засобом збору та обробки інформації про виміряні параметри робочого середовища, такі як тиск, температура, контрольний об'єм газу, та засіб керування роботою робочого еталона, згідно з винаходом, він додатково обладнаний триходовим клапаном, який встановлений між перевірочним лічильником газу та еталонним засобом, який з'єднаний через байпасну лінію та зворотний клапан з регулюючим клапаном, при цьому перевірочний лічильник газу та регулюючий клапан з'єднані другим зворотним клапаном. Дообладнання робочого еталона триходовим клапаном, байпасною лінією і двома зворотними клапанами дозволяє підключати до еталонного засобу триходовим клапаном перевірочний лічильник газу після надходження команди "Старт" з контролера на час проходження контрольного об'єму повітря з одночасним перекриванням зворотним клапаном виходу байпасної лінії та після надходження команди "Стоп" з контролера відключати триходовим клапаном перевірочний лічильник газу та підключати байпасну лінію до еталонного засобу з одночасним перекриванням зворотним клапаном виходу перевірочного лічильника газу, чим забезпечується псевдодинамічний режим роботи робочого еталона об'єму газу. На відміну від відомих аналогів, в робочому еталоні є можливість перевіряти побутові лічильники газу. Повірка побутових лічильників газу в псевдодинамічному режимі забезпечить більш достовірне та точніше визначення похибки цих засобів вимірювальної техніки, завдяки тому що еталонні засоби працюють в динамічному режимі, в якому визначаються їх метрологічні характеристики при їх атестації та перевірці. 2 UA 108021 C2 5 10 15 20 На кресленні подано схему запропонованого робочого еталона, який складається з пристрою створення витрати ПСВ; еталонного лічильника газу ЕЛ або іншого еталонного засобу: дзвонового мірника, критичного сопла, поршневої установки чи ін.; лічильника газу, що піддається перевірці, Л; регулюючого клапана КР; датчиків тиску, об'єму та температури робочого середовища в робочому еталоні, РЕЛ, VЕЛ, ТЕЛ відповідно; датчиків тиску та температури робочого середовища в лічильнику газу, РЛ, ТЛ відповідно; триходового клапана КТХ; байпасної лінії БЛ; зворотних клапанів КЗ1 і КЗ2. Робочий еталон працює наступним чином. ПСВ створює потік повітря, який проходить шлях ЕЛ→КТХ→БЛ→КЗ2→КР, таким чином оминаючи лічильник газу (Л). КЗ1 перекриває потік повітря на Л. Контролером за допомогою КР задається необхідне значення об'ємної витрати робочого середовища. Початкові показання відлікового пристрою перевірочного лічильника фіксуються та вводяться оператором у відповідні поля програмного забезпечення на ЕОМ. За командою оператора, шляхом натискання відповідної кнопки "Старт" в програмі, триходовий клапан перенаправляє потік повітря по лінії ЕЛ→КТХ→Л→КЗ1→КР. КЗ2 перекриває потік повітря на БЛ. Після проходження контрольного об'єму повітря, з програми на контролер надходить команда "Стоп" і КТХ перемикається в попереднє положення. Оператором фіксуються кінцеві покази лічильника газу і вводяться у відповідні поля програмного забезпечення. Потім КР задається інше значення об'ємної витрати і процес повірки повторюється. Такий режим роботи робочого еталона об'єму газу є не динамічним, а псевдодинамічним, оскільки еталонний засіб працює в динамічному режимі, а перевірочний лічильник газуься, - в дискретно-динамічному. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Робочий еталон об'єму газу, що містить пристрій створення витрати повітря, з'єднаний з перевірочним лічильником газу та еталонним засобом, який з'єднаний із засобом збору та обробки інформації про виміряні параметри робочого середовища, такі як тиск, температура, контрольний об'єм газу, та засіб керування роботою робочого еталона, який відрізняється тим, що він додатково обладнаний триходовим клапаном, який встановлений між перевірочниим лічильником газу та еталонним засобом, який з'єднаний через байпасну лінію та зворотний клапан з регулюючим клапаном, при цьому перевірочний лічильник газу та регулюючий клапан з'єднані другим зворотним клапаном. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3