Спосіб вимірювання витрат та система для його здійснення

1. Спосіб вимірювання витрат шляхом дроселювання речовини через тарирований звужуючий пристрій перемінного січення з визначенням витрат по величині перемінного січення звужуючого пристрою, відрізняється тим, що дроселювання речовини здійснюють також через додатковий звужуючий пристрій перемінного січення, з'єднаний паралельно з тарируваним звужуючим пристроєм перемінного січення, і величину витрат визначають, як суму витрат паралельних потоків речовини, що проходить через обидва звужуючі пристрої. 2. Спосіб за п. 1, відрізняється тим, що додатковий звужуючий пристрій перемінного січення попередньо тарирують безпосередньо на місці використання з допомогою тарированого звужуючого пристрою. 3. Спосіб за пп. 1, 2, відрізняється тим, що в процесі вимірювання перемінне січення додаткового звужуючого пристрою змінюють таким чином, щоб тарирований звужуючий пристрій знаходився в межах шкали і його лінійної частини витратної характеристики. 4. Система для вимірювання витрат, яка включає тарирований звужуючий пристрій перемінного сі A (54) СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТ ТА СИСТЕМА ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 34363 ється вимірюваним потоком речовини на звужуючому пристрої. Відомий пристрій (витратомір) складається з послідовно з'єднаних діафрагми, датчикадифманометра і вторинного припаду При проходженні потоку через діафрагму на ній створюється перепад тиску, який залежить від витрати речовини, що протікає по трубопроводу. Цей перепад тиску використовують як вихідний сигнал діафрагми і спрямовують його на вхід датчика-дифманометра. Дифманометр виробляє свій вихідний сигнал, який є пропорційним вхідному сигналу перепаду тиску на діафрагмі. Вихідний сигнал дифманометру поступає на вхід вторинного приладу, який перетворює вхідний сигнал в пропорційне переміщення вздовж шкали стрілки-укажчика. Шкала градуйована в одиницях витрат пропорційно квадратному кореню з величини перепаду тиску речовини на діафрагмі. Недоліком відомого способу вимірювання витрат є нелінійна залежність між вимірюваним перепадом тиску на діафрагмі та відрахованою витратою. Недоліками відомого пристрою є нелінійність шкали, котра відтворює корінь квадратну залежність витрати від перепаду тиску на діафрагмі, та непостійна величина відносного огріху вимірювання витрат вздовж усієї шкали, яка змінюється по зворотному корінь-квадратному закону. З цієї причини використання результатів вимірювання витрат у першій половині витратної шкали є недоцільною, що відповідає діапазону (0-25)% максимального перепаду тиску на діафрагмі для кожного конкретного витратоміра. Аналіз результатів розрахунку огрі хів витратоміру перемінного перепаду тиску показує, що в згаданому діапазоні (0-25)% максимального перепаду тиску на діафрагмі відносний та середній відносний огріхи знаходяться відповідно в межах (50-2,5)% і 6,61% та більше. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб вимірювання витрат шляхом дроселювання речовини через тарирований звужуючий пристрій перемінного січення з визначенням витрат по величині перемінного січення звужуючого пристрою [2]. Відомий спосіб дозволяє по величині перемінного січення звужуючого пристрою визнавати величину витрат речовини, що протікає через нього у трубопроводі. Але цей спосіб не може бути використаний для вимірювання витрат в широких межах витрат в зв'язку з відсутністю теоретичних основ для визначення величини витрат по величині перемінного січення звужуючого пристрою та значною коштовністю установок для тарировки таких витратомірів, які б мали широкий діапазон вимірювання витрат. Відома також система для вимірювання витрат, яка включає тарирований звужуючий пристрій перемінного січення і трубопровід [2]. Тарированим звужуючим пристроєм перемінного січення є ротаметр, він розташований на трубопроводі. Тарирований звужуючий пристрій включає циліндричний поплавок, розміщений у конічній прозорій трубці з нанесеною на неї шкалою. В процесі, вимірювання на вхід тр убки знизу поступає потік речовини, витрати якої вимірюють. Під дією потоку речовини поплавок підіймається, збільшуючи чи зменшуючи прохідну кільцеву щілину, яка утворюється поміж поплавком та конічною трубкою. Створений з обох сторін поплавка перепад тиску, рівний відношенню маси поплавка до його максимальної площі поперечного січення, залишається практично постійним і не залежить від величини витрати. Підйом поплавка, практично лінійно зв'язаний з приростом площі прохідної щілини і витратою, реєструється візуально на шкалі, нанесеній на прозорій конічній трубці. Недоліками відомої системи є недостатня точність вимірювання, обмеженість діапазону вимірювання витрат з причини відсутності методики розрахунку в широкому діапазон вимірювання і висока коштовність установки, яка необхідна для здійснення тарировки ротаметрів з широким діапазоном вимірювання витрат, ціна якої збільшується з розширенням діапазону вимірювання. Межа вимірювання витрат відомими ротаметрами: типу РПД з пневматичною дистанційною передачею складає всього 1000...4000 л/г, з похибкою ±2%; типу ППЕ з електричною дистанційною передачею складає 0-500...0-5000 кг/г, з похибкою ±2,5%. В основу винаходу поставлена задача створення способу вимірювання витрат, в якому шляхом зміни умов виконання способу, використання додаткового пристрою та додаткових стадій процесу вимірювання витрат забезпечується можливість значного розширення діапазону вимірювання витрат. Ця задача вирішується тим, що у відомому способі вимірювання витрат шляхом дроселювання речовини через тарирований звужуючий пристрій перемінного січення з визначенням витрат по величині перемінного січення звужуючого пристрою дроселювання речовини здійснюють також через додатковий звужуючий пристрій перемінного січення, з'єднаний паралельно з тарированим звужуючим пристроєм перемінного січення, і величину витрат визначають як суму витрат паралельних потоків, що проходять через обидва звужуючі пристрої перемінного січення. Задача вирішіться також тим, що додатковий звужуючий пристрій перемінного січення попередньо тарирують безпосередньо на місці використання з допомогою тарированого звужуючого пристрою. Задача вирішується також тим, що в процесі вимірювання перемінне січення додаткового звжуючого пристрою змінюють таким чином, щоб тарирований звужуючий пристрій знаходився в межах шкали і його лінійної частини витратної характеристики. Використовуючи властивість звужуючи х пристроїв перемінного січення, наприклад ротаметрів, забезпечувати лінійність витратної характеристики і постійність перепаду тиску між входом і виходом незалежно від величини витрат, автори зробили можливим здійснити тарировку додатково встановленого звужуючого пристрою безпосередньо в процесі вимірювання та без використання спеціальних висококоштовних установок, призначених для тарировки звужуючих пристроїв перемінного січення з широким діапазоном вимірювання витрат. 2 34363 Запропонований спосіб дозволяє значно розширити діапазон вимірювання витрат, який практично може бути обмежений тільки величиною пропускної спроможності додаткового звужуючого пристроюю. Спосіб дозволяє також підвищити точність вимірювання витрат завдяки можливості забезпечення всій системі лінійності витратної характеристики і постійності перепаду тиску між входом і виходом незалежно від величини вимірюваних витрат. Запропонований спосіб дозволяє також підвищити точність вимірювання витрат в широкому діапазоні їх змін. Особливо ефективним запропонований винахід може бути в те хнологічних процесах, де використовуються значні зміни витратного режиму. В основу винаходу поставлена також задача створення системи для вимірювання витрат, в якій шляхом введення в систему додаткових елементів, їх нового взаємозв'язку між собою, забезпечується можливість значно розширити діапазон вимірюваних витрат та підвищити точність вимірювання. Ця задача вирішується тим, що відома система для вимірювання витрат, яка включає тарирований звужуючий пристрій перемінного січення і трубопровід, включає байпасну лінію трубопроводу і додатковий звужуючий пристрій перемінного січення, причому тарирований звужуючий пристрій перемінного січення розміщують на байпасній лінії трубопроводу, а додатковий звужуючий пристрій перемінного січення розміщують на трубопроводі паралельно з тарированим звужуючим пристроєм. Задача вирішується також тим, що додатковий звужуючий пристрій перемінного січення використовують попередньо тарируваним безпосередньо на місці з допомогою тарированого звужуючого пристрою перемінного січення. Задача вирішується також тим, що використовують звужуючі пристрої різного типорозміру. Задача вирішується також тим, що тарирований пристрій перемінного січення використовують з мінімальним діапазоном вимірювання витрат, а додатковий звужуючий пристрій перемінного січення використовують з максимальним діапазоном вимірювання витрат. 3адача вирішується також тим, що як тарирований звужуючий пристрій використовують ротаметр. 3адача вирішується також тим, що як додатковий звужуючий пристрій перемінного січення використовують затворно-регулюючу арматур у зв'язану з шкалою, наприклад кран, вентиль, засувку або затворно-регулюючий клапан з прохідним січенням, що забезпечує необхідну максимальну витрату речовини у трубопроводі. Додатковий звужуючий пристрій перемінного січення, з'єднаний паралельно з тарированим звужуючим пристроєм, та його розміщення на трубопроводі, який несе основне навантаження витрат речовини, одночасно з прийняттям участі у вимірюванні, збільшує пропускну спроможність всієї системи вимірювання, і, тим самим, розширює діапазон вимірювання витрат. В той же час обладнання системи вимірювання байпасною лінією трубопроводу та розміщення на ній тарированого звужуючого пристрою дозволяє використовувати тарирований звужуючий пристрій з мінімальним діапазоном вимірювання. Запропонована установка забезпечує можливість значно підвищити точність вимірювання. Особливо ефективно запропонована установка може бути використана в технологічних процесах, де необхідні зміни витратного режиму в широких межах. Підвищення точності вимірювання досягається тарируванням додаткового звужуючого пристрою безпосередньо на місці вимірювання та з допомогою тарированого пристрою. Це пояснюється тим, що тарировку здійснюють з абсолютною похибкою, величина якої визначається класом точності і вибраним вузьким діапазоном вимірювання уже тарированного звужуючого пристрою (ротаметру). В процесі тарировки величина абсолютної похибки вимірювання ротаметра переноситься на результати тарировки додаткового звужуючого пристрою, і, віднесена до його максимальних витрат, які значно перевищують аналогічну величину витрат ротаметру, дає величину відносної похибки тарировки значно меншу, ніж відносна похибка ротаметру. При спільній роботі обох звужуючих пристроїв перемінного січення їхній сумарна відносна похибка вимірювання буде також меншою порівняно з похибкою тарировочного ротаметру. Крім цього, висока точність вимірювання запропонованої системи обумовлена лінійністю її витратної характеристики, яка забезпечується використанням додаткового звужуючого пристрою перемінного січення з максимальним діапазоном вимірювання та з лінійною витратною характеристикою і підтриманням на ньому постійного перепаду тиску та використанням в процесі вимірювання ротаметру з мінімальним діапазоном вимірювання і в межах лінійної частини його витратної характеристики – 20-100% шкали. Можливість тарировки додаткового звужуючого пристрою з максимальнім діапазоном витрат безпосередньо на місці вимірювання виключає необхідність використання висококоштовної установки, призначеної для тарировки звужуючих пристроїв перемінного січення, з широким діапазоном вимірювання витрат. Для реалізації запропонованого способу на витратному трубопроводі встановлюють вимірювальну систему, яка включає ротаметр – тарирований звужючий пристрій з мінімальним діапазоном вимірювання та звужуючий пристрій з максимальним діапазоном вимірювання - наприклад кран, з'єднані поміж собою паралельно з допомогою байпасної лінії витратного трубопроводу. Обидва звужуючі пристрої обладнані шкалами із стрілками. Запропонований спосіб вимірювання включає наступні операції: тарирування додаткового звужуючого пристрою безпосередньо на місці та з допомогою тарированого звужуючого пристрою; дроселювання речовини через обидва звужуючі пристрої, з'єднані поміж собою паралельно; визначення витрат речовини що проходить через кожний звужуючий пристрій; визначення загальної суми витрат речовини у трубопроводі, що складається з витрат паралельних потоків речовини, що проходить через обидва звужуючі пристрої. 3 34363 Запропонована система для вимірювання витрат пояснюється простою схемою, представленою на кресленні (фіг.). Система включає два звужуючі пристрої перемінного січення: ротаметр 1 та, наприклад, кран 2, з'єднані між собою паралельно з допомогою трубопроводу 3, та розташовані відповідно на бай паній 4 та основній лініях трубопроводу 3. Ротаметр 1 має свою шкалу 5 відліку положення його поплавка, кран 2 також має свою шкалу 6 відліку його рухаючого органу - пробки або шару. Система включає також задаючий витратний вентиль 7, розміщений на трубопроводі 3. Для одержання витратної тарировочної характеристики крану 2 у вигляді тарировочної таблиці перед початком вимірювання витрат кран 2 тарирують безпосередньо на місці з допомогою ротаметру 1. Тарирування крану 2 здійснюють в дві стадії: при відкритті та закритті тарируємого крану 2 (тарировка прямого і зворотного ходу тарируємого крану 2) почерговими операціями повільного покрокового відкриття та закриття вентилю 7 і крану 2, який тарирують. Міру відкриття (закриття) задаючого вентиля 7 визначають ротаметром 1. З кожним черговим кроком повільного відкриття (закриття) вентилю 7 досягають відмітки 100% (20%) по шкалі 5 ротаметру 1. Міру відкриття (закриття) тарируємого крану 2 визначають також по тому ж ротаметру 1. З кожним черговим кроком повільного відкриття (закриття) крану 2 досягають відмітки 20% (100%) по шкалі 5 ротаметру 1. Після цього реєструють: 1) наступний номер кроку; 2) ступінь відкриття (закриття) крану 2; 3) величину зміни витрат по шкалі 5 ротаметру 1. Операції відкриття (закриття) витратного вентилю 7 та крану 2 продовжують до досягнення крайніх положень рухаючого органу – шару або пробки, крану 2. Результати тарировки оформляють в таблицю, яка містить дві графи: положення рухаючого органу - крану 2; витрати середовища через кран 2 відповідно положенню рухаючого органу крану 2. Причому в другу графу таблиці записують середнє значення витрат при прямому і зворотному ході рухаючого органу крану 2. Вимірювання здійснюють при постійному перепаді тиску на кінцях додаткового звужуючого пристрою - крані 2 і показниках ротаметра 1 в ме жах лінійної частини його витратної характерристики. Постійний перепад тиску на кінцях крану 2 забезпечують працюючим паралельно з ним ротаметром 1, коли величина витрат через нього знаходиться в межах його лінійної частини витратної характеристики. Підтримання показників ротаметра 1 в межах лінійної частини його витратної характеристики здійснюють вручн у, дистанційно або автоматично шляхом зміни величини перемінного січення крану 2 в разі показників ротаметру 1 за межами лінійної частини його витратної характеристики: при показниках ротаметру 1 менше 20% його шкали перемінне січення крану 2 зменшують; при виході за верхню межу шкали (зашкалюванні) - перемінне січення крану 2 збільшують до попадання покажчиків ротаметра 1 в межі (20-100)% його шкали. Система працює наступним чином. При незмінних витратах речовини у трубопроводі поплавок ротаметру 1 займає деяке нерухоме положення у межах шкали 5 і рухаючий орган крану теж займає деяке нерухоме положення у межах своєї шкали 6. При незначній зміні витрат речовини в трубопроводі поплавок ротаметру 1 змінить своє положення в межах шкали 5, а рухаючий орган крану залишиться нерухомим. При значній зміні витрат речовини у трубопроводі поплавок ротаметру 1 займе одне з крайніх положень за межами шкали 5: або за нуль або за максимум. Зміна положення рухаючого органу крану 2 відновить показники ротаметру 1 шляхом відповідного переміщення його рухаючого органу до попадання показників ротаметру 1 у межі (20100)% його шкали: при виході за нуль – зменшенням, при зашкалюванні - збільшенням перемінного січення крану 2. Витрати речовини у трубопроводі розраховують як суму витрат речовини, що проходить паралельними потоками через ротаметр 1 і кран 2, відповідно через байпасну 4 і основну лінію трубопроводу 3. Складові витрат речовини в байпасній та основній лініях трубопроводу визначають по положенню поплавка ротаметра 1 і рухаючого органу крану 2 з допомогою їх тарировочних таблиць. Джерела інформації 1. Кулаков М.В., Щепкин С.И. Автоматические контрольно-измерительные приборы для химических производств. – М.: Машгиз, 1961. – С. 289. 2. Там же. – С. 407 (прототип). 4 34363 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5