Спосіб градуювання витратомірів

Передбачуваний винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний для атестації, градуювання і повірки витратомірів, що працюють в умовах турбулентного потоку рідин і газів. Відомий спосіб визначення витрати рідини в трубопроводі великого діаметра (Патент РФ №2018786, кл. G01F1/34, БВ №16, 1994), що включає виміри перепадів тиску на ділянці трубопроводу, що містить відвідну лінію, за точкою приєднання відвідної лінії, послідовно при відкритій і закритій відвідній лінії, вимір витрати - Q у відвідній лінії і визначення витрати в трубопроводі великого діаметра за формулою Q2 Q= 1- l / l1 × D h1 / D h , де l , l 1 - коефіцієнти гідравлічного опору ділянки трубопроводу відповідно із закритою і відкритою відвідною лінією; Dh , Dh1 - перепади тисків, що вимірюються відповідно при закритій і відкритій відвідній лінії. Даний спосіб визначення витрати рідини в трубопроводі великого діаметра також, як і спосіб градуювання витратомірів, що заявляється, призначений для визначення витрати середовища в трубопроводі, що відрізняється за діаметром від трубопроводу, на який розрахований витратомір, і включає вимір витрати середовища. Однак відсутність подачі регульованого по витраті потоку середовища, витрата якого виміряється, через послідовно встановлені в еталонному трубопроводі контрольний витратомір і витратомір, що градуюється, і зразкову установку подачі робочого середовища, фіксації показань контрольного витратоміра і відповідних їм показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, при кожнім з “n” стабільних значень витрати середовища з діапазону виміру витратоміра, що градуюється, визначення коефіцієнта кінематичної в'язкості середовища, витрата якого виміряється, і положень датчика витратоміра, що градуюється, в еталонному і робочому трубопроводах щодо їхніх вн утрішні х стінок, обчислення для кожного з зафіксованих показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, витрати середовища в робочому трубопроводі по приведених формулах не дозволяє побудувати градуювальну характеристику для використання витратоміра в трубопроводах, що відрізняються за діаметром від того, на який він розрахований без перерахування, виготовлення, установки і градуювання нової відвідної лінії. Відомий спосіб градуювання первинних перетворювачів витрати типу "напірна трубка, що осереднює" (A.c. СРСР №1425456, кл.G01F25/00, БВ №35, 1988). що полягає у визначенні градуювального коефіцієнта за результатами виміру швидкості потоку в дискретних точках і величини перепаду тиску в трубці, при цьому швидкість потоку вимірюють у місцях розташування отворів відбору тиску в напірной трубці, що осереднює, потім формують співвісно з цими отворами вільні струмені зі швидкостями, рівними, тим, що вимірювалися, після чого вимірюють перепад тиску в тр убці і розраховують градуйований коефіцієнт. Даний спосіб градуювання первинних перетворювачів витрати типу "напірна трубка, що осереднює" також, як і спосіб градуювання витратомірів, що заявляється, призначений для визначення витрати середовища в трубопроводі, що відрізняється за діаметром від трубопроводу, на який розрахований витратомір, і включає вимір швидкості потоку середовища. Однак відсутність подачі регульованого по витраті потоку середовища, витрата якого виміряється, через послідовно встановлені в еталонному трубопроводі контрольний витратомір і витратоміри, що градуюється, фіксації показань контрольного витратоміра і відповідних їм показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, при кожнім з "n" стабільних значень витрати середовища з діапазону виміру витратоміра, що градуюється, визначення коефіцієнта кінематичної в'язкості середовища, витрата якого виміряється, і положень датчика витратоміра, що градуюється, в е талонному і робочому грубопроводах щодо їхніх внутрішніх стінок, обчислення для кожного з зафіксованих показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, витрати середовища в робочому трубопроводі по наведеній формулі веде до підвищеної трудомісткості відомого способу і не дозволяє побудувати градуювальну характеристику для використання відомого витратоміра в тр убопроводах, що відрізняються за діаметром від того, на який він розрахований . Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб градуювання лічильника рідини і газу (Патент РФ №2010185, кл. G01F25/00, БВ №5, 1994), що полягає в подачі потоку робочого середовища через послідовно з'єднані лічильник, що повіряється, контрольний лічильник і зразкову тр убопоршньову установку і звіренні показань шкали контрольного лічильника і зразкової трубопоршньової установки і шкал лічильника, що повіряється, з контрольним, при цьому попередньо подають потоки еталонних середовищ з різними фізичними характеристиками в повному діапазоні шкали контрольного лічильника, звіряють показання цієї шкали зі шкалою зразкової трубопоршньової установки і фіксують сімейство градуювальних характеристик контрольного лічильника, подачу робочого середовища через послідовно з'єднані лічильник, що повіряється, контрольний лічильник і зразкову трубопоршньову установку роблять у вузькому діапазоні шкали контрольного лічильника і визначають поточні значення коефіцієнтів лічильника, що повіряється, і контрольного лічильника і встановлюють відповідність останнього градуювальній характеристиці з фіксованого сімейства, а дослідження лічильника, що повіряється, у повному діапазоні його шкали роблять при подачі потоку робочого середовища по обвідній лінії зразкової трубопоршньовой установки. Даний спосіб градуювання лічильника рідини і газу також, як і спосіб градуювання витратомірів, що заявляється, включає подачу регульованого по витраті потоку середовища, витрата якого виміряється, через послідовно встановлені в еталонному тр убопроводі контрольний витратомір і витратоміри, що градуюється, і зразкову установку подачі робочого середовища, фіксацію показань контрольного витратоміра і відповідних показань на виході аналогоцнфрового перетворювача витратоміра, що градуюється, при кожнім з "n" стабільних значень витрати середовища з діапазону виміру витратоміра, що градуюється, і побудову градуювальної характеристики витратоміра, що градуюється. Однак відсутність визначення коефіцієнта кінематичної в'язкості середовища, витрата якого виміряється, і положення датчика витратоміра, що градуюється, в еталонному і робочому трубопроводах щодо їхні х вн утрішніх стінок, обчислення для кожного із зафіксованих показань на виході аналогоцнфрового перетворювача витратоміра, що градуюється, витрати середовища в робочому трубопроводі по наведеній формулі обмежує функціональні можливості відомого способу, призначеного для градуювання і повірки витратомірів, що встановлюються тільки в трубопроводах одного діаметра, а градуювання і перевірку витратомірів, призначених для роботи на трубопроводах, діаметр яких відрізняється від діаметра трубопроводу еталонної установки, в даний спосіб не можна здійснити. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача розширення функціональних можливостей способу градуювання виграгомірів шляхом одержання можливості проводити на еталонній усіановці градуювання витратомірів, призначених для роботи на трубопроводах, діаметр яких відрізняється від діаметра еталонного трубопроводу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі градуювання витратомірів, що полягає в подачі потоку робочого середовища, витрата якої виміряється, через послідовно встановлені в еталонному трубопроводі пристрій подачі робочого середовища, регульований по витраті, контрольний витратомір і витратомір, що градується, фіксації Q iэ показань контрольного витратоміра (і=1,2,....,n) і відповідних показань на виході аналогоцпфрового перетворювача витратоміра, що градуюється, - Ni при кожнім з "n" стабільних значень витрати середовища з діапазону виміру витратоміра, що градуюється, і побудові граду ю вальної характеристики витратоміра, що градуюється, відповідно до винаходу додатково визначають коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища, витрата э э якого виміряється, і положення кінців датчика витратоміра, що градуюється, в еталонному трубопроводі - y1 и y2 щодо його внутрішньої стінки, установлюють витратомір, що градуюється, у робочий трубопровід, визначають yp yp положення кінців датчика витратоміра, що градуюється, - 1 и 2 , щодо внутрішньої стінки робочого трубопроводу, обчислюють для кожного із зафіксованих показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, -Ni витрату середовища в робочому трубопроводі Qp i Qp i за формулою p VcpiSp = де Sp - площина поперечного перетину робочого трубопроводу; p Vcpi - середня швидкість потоку середовища в робочому трубопроводі при витраті визначають шляхом розв'язання рівняння э p Vsi = Vsi Qp i , при цьому p Vcpi , э Vsi де - місцева швидкість потоку середовища при перебуванні витратоміра, що градуюється, в еталонному трубопроводі при показанні - Ni на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, p Vsi - місцева швидкість потоку середовища при перебуванні витратоміра, що градуюється, в робочому трубопроводі при показанні - Ni на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, Qp і градуювальну характеристику будують по отриманих парах значень - виграти в робочому тр убопроводі - i і відповідного йому показання на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, - Ni. Уведення визначення коефіцієнта кінематичної в'язкості середовища, витрата якого виміряється, і положення датчика витратоміра, що градуюється, в еталонному й у робочому трубопроводах щодо внутрішньої стінки кожного з них, обчислення для кожного з зафіксованих показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що э градуюється, - Ni витрати середовища в робочому трубопроводі - Q i по наведених формулах як функції витрати середовища, що вимірюється витратоміром, що градуюється, в еталонному трубопроводі при тому ж значенні показання на виході аиалогоцнфрового перетворювача - Ni і побудова градуювальної характерноїики по отриманих парах значень витрати в робочому трубопроводі і показання на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, дозволяє' одержати градуювальну характеристику витратоміра, що градуюється, в робочому трубопроводі за результатами його градуювання в еталонному тр убопроводі на еталонній градуювальній установці і тим самим істотно розширити функціональні можливості запропонованого способу грaдyювaння витратомірів, тому що для градуювання немає необхідності шукати еталонну градуювальну установку, діаметр трубопроводу якої дорівнював би діаметру робочого трубопроводу, у якому повинен працювати витратомір, що градуюється. На кресленнях наведені: фіг.1 - узагальнена схема еталонної градуювальної установки; фіг.2 - поперечний розріз трубопроводу (це може бути й еталонний і робочий трубопровід), на якому показані відстані кінців датчика витратоміра від внутрішньої стінки трубопроводу. Еталонна гралуювальна установка, що реалізує пропонований спосіб, складається з вхідного трубопроводу 1, призначеного для подачі середовища, витрата якої повинна вимірятися, пристрою регульованої подачі робочого середовища 2, еталонного трубопроводу 3, контрольного витратоміра 4, що встановлений в еталонному трубопроводі 3, витратоміра, що градуюється, 5, що також встановлений в еталонний трубопровід 3 послідовно з контрольним витратоміром 4. При установці витратоміра в трубопровід його датчик установлюється по радіусу у трубі трубопроводу. Пропонований спосіб градуювання витратомірів призначений для градуювання і повірки витратомірів, що працюють в умовах турбулентного потоку, що встановлюються в трубопроводи (робочі трубопроводи), діаметри яких відрізняються від діаметра еталонного трубопроводу, на якому проводять первинне градуювання витратоміра. Пропонований спосіб заснований на тім, що витратомір вимірює швидкість потоку в точці установки датчика витратоміра - місцеву швидкість потоку середовища - Vm. Тому при установці того самого витратоміра спочатку в одному, наприклад еталонному тр убопроводі, а потім в іншому, наприклад робочому тр убопроводі, що мають різні діаметри, якщо місцеві швидкості потоку середовища в точках, у яких знаходився датчик витратоміра в еталонному Vmo і в робочому - Vmp трубопроводах будуть однакові, то будуть однакові і показання на виході аналогоцнфрового перетворювача-N витратоміра. При цьому місцева швидкість потоку середовища в точці, що знаходиться на відстані у від внутрішньої стінки трубопроводу, і середня швидкість потоку середовища зв'язані співвідношенням Vm=Vcp. W, да Vcp - середня швидкість потоку середовища, тобто швидкість потоку в точці середньої швидкості, що знаходиться на відстані 0,121D) від внутрішньої стінки трубопроводу ; D - внутрішній діаметр трубопроводу; W - коефіцієнт зміни швидкості потоку робітничого середовища в залежності від відстані датчика від внутрішньої стінки труби трубопроводу і від властивостей середовища, 0.5 ì 1.875 lï1+ 2 a 2 ï W =í y ï ïVcp y , приy £ y0 0 î l ln 0.5D , при y0 £ y £ 0.5D y v , l Vcp a - коефіцієнт, що характеризує зміну швидкості потоку в залежності від середовища, що транспортується, для природного газу, наприклад a =0,4; l - коефіцієнт, що характеризує властивості середовища, витрата якого повинна вимірятися витратоміром, що градуюється, y0 20 2 ì 0.221 , lgRe ³ 4. 5 ï0.0032 + Re0. 237 ï l=í ï 0. 3164 ï Re0. 25 , lgRe >y0 . Для усередненої місцевої швидкості Vs потоку середовища виконуються всі співвідношення, наведені вище для місцевої швидкості потоку в точці - Vm. Після інтегрування одержуємо такий вираз для усередненої місцевої швидкості: Vs = 2R2 Vcp (y 2 - y1 )(2R - y1 - y 2 ) (D11 - D12 - D21 + D22 ) é 1.875 0.5 æ y öù y D11 = ê1 + l+ l ç ln 2 - 1÷ ú 2 2 a 2 è R øû R ë де é 1.875 0.5 æ y öù y D12 = ê1 + l+ l ç ln 1 - 1÷ ú 1 2 a 2 è R øû R ë , é 1.875 0.5 D21 = ê1+ l+ 2 a 2 ë 2 æ y öùæ y ö l ç ln 2 - 0.5÷úç 2 ÷ è R øûè R ø é 1.875 0.5 D22 = ê1 + l+ 2 a 2 ë 2 æ y öùæ y ö l ç ln 1 - 0.5÷úç 1 ÷ è R øûè R ø З отриманого виразу видно, що усереднена місцева швидкість також є нелінійною функцією тільки середньої швидкості - Vs =f4(Vc p) Тому що об'ємна витрата середовища визначається за формулою Q=Vc pS, де S - площина поперечного перетину трубопроводу, то, виміривши витрату середовища в еталонному грубопроводі за допомогою контрольного витратоміра і, зафіксувавши показання на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, і, знаючи коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища і місце розташування датчика витратоміра в еталонному трубопроводі при вимірюванні витрати, можна розрахувати місцеву швидкість потоку в місці перебування датчика витратоміра, що градуюється, в еталонному трубопроводі, далі, знаючи місце розташування датчика витратоміра в робочому трубопроводі після його установки, можна визначити середню швидкість потоку середовища в робочому трубопроводі при тому показанику на виході аналогоцнфрового перетворювача витратоміра, що градуюється, шляхом розв'язання рівняння, у якому прирівняні місцеві швидкості потоку в еталонному й у робочому трубопроводах, і обчислити по середній швидкості потоку середовища в робочому трубопроводі витрату середовища в робочому трубопроводі, за значенням витрати середовища в робочому трубопроводі і показанню аналогоцифрового перетворювача, якому він відповідає для всіх значень витрати середовища, зафіксованих при перебуванні витратоміра в еталонному трубопроводі, будують градуювальну характеристику витратоміра для робочого трубопроводу. Спосіб градуювання витратоміров реалізується в такий спосіб. Попередньо визначають коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища, витрата якого виміряється, і діапазон виміру витрати середовища витратоміра, що градуюється, в е талонному тр убопроводі. Коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища, витрата якого виміряється, визначають або шляхом виміру, якщо є відповідний прилад, або визначають лабораторним шляхом склад середовища, по якому по довіднику визначають цей коефіцієнт Діапазон виміру витрати витратоміра, що градуюється, в еталонному трубопроводі визначають, виходячи з діапазону виміру середовища в робочому тр убопроводі, по формулах l Qmin l Qmax æ D p = Qmin ç э ç Dp è æ 2 ö ÷ ÷ ø ; D p = Qmax ç э ç Dp è 2 ö ÷ ÷ ø ; де Dp - вн утрішній діаметр робочого трубопроводу, м; Dэ - внутрішній діаметр еталонного трубопроводу, м; У діапазоні виміру витрати середовища в еталонному трубопроводі вибирають «n» значень витрати Q1, Q2, ... Оn, розподілених, наприклад, рівномірно в діапазоні. э э Для градуювання витратоміра 5 його встановлюють в еталонний трубопровід 3 і визначають відстані - y1 і y2 від кінців датчика витратоміра 5 до внутрішньої стінки еталонного трубопроводу по його радіусі, що проходить через точку перебування датчика витратоміра 5. У вхідний трубопровід 1 подають робоче середовище, за допомогою пристрою регульованої подачі робочого середовища 2 установлюють по контрольному витратоміру 4 витрату робочого середовища в єталоному тр убопроводі 3, що дорівнює Q1, і фіксують показання аяалогоцифрового перетворювача – Ν1 витратоміра, що градуюється, 5. Далі за допомогою пристрою регульованої подачі робочого середовища. 2 установлюють по контрольному витратоміру 4 послідовно витрати робочого середовища в еталоному трубопроводі 3, що дорівнюють Q2, Q3, … Qn і при кожнім з них фіксують показання аналогоцифрового перетворювача Ν 2, N3, ..., Νn витратоміра, що градуюється, э 5. По отриманих парах значень - витрати робітничого середовища в еталоному трубопроводі 3 - Q i де і == 1, 2, ..., n, і показання на виході аналогоцифрового перетворювача Ν 1 може бути побудована градуювальна характеристика витратоміра, що градуюється, 5 для робочого трубопроводу, діаметр якого дорівнює діаметру еталонного трубопроводу 3. Для випадків, коли діаметр робочого трубопроводу відрізняється від діаметра еталонного yp yp трубопроводу 3, витратомір, що градуюється, 5 встановлюють у робочий тр убопровід і визначають відстані - 1 і 2 від кінців датчика витратоміра 5 до внутрішньої стінки робочого трубопроводу по його радіусу, що проходить через точку перебування датчика. Після цього обчислюють для кожного із зафіксованих при перебуванні витратоміра 5 в еталонному трубопроводі 3 показань на виході аналогоцифрового перетворювача витратоміра, що градуюється, 5 Qp Ni витрату середовища в робочому тр убопроводі - i у такий спосіб: 1. Обчислюють середню швидкість потоку середовища в еталонному тр убопроводі 3 для кожного значення э витрати середовища - Q i за формулою э Vcpi = Qэ i S ; 2. Обчислюють число Рейнольдса для потоку середовища в еталонному трубопроводі 3 для кожної витрати э середовища - Q i за формулою Reэ = i э VcpiDэ v , де Dэ - діаметр еталонного трубопроводу; v - коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища, 3. Обчислюють коефіциент, що характеризує властивості потоку середовища, витрата якого виміряється в э еталонному трубопроводі 3, для кожного значення витрати середовища - Q i за формулою 0. 221 ì , lg Reэ ³ 4 .5 i ï0. 0032 + э 0,237 ï Rei ï э li = í ï 0 .3164 э , lg Rei < 4 . 5 ï э 0. 25 ï Rei î ( ) ( ) ( ) ( ) 4. Обчислюють усереднене значення місцевої швидкості потоку робочого середовища в еталонному э э э трубопроводі 3 - Vs у залежності від відстаней y1 і y2 за формулою э Vsi = 2 э 2R Vcpi (y э2 - y э1 )(2R - yэ1 - y э2 ) (D11 - D12 - D21 + D 22 ) , é 1.875 э 0.5 D11 = ê1 + li + ê 2 a 2 ë де æ y 2 öù yэ2 lэ çln - 1÷ú i ç ÷ ú Rэ è Rэ øû э é 1.875 э 0.5 D12 = ê1+ li + ê 2 a 2 ë æ yэ1 öù yэ1 lэ ç ln - 1÷ú iç ÷ ú Rэ è Rэ øû é 1 .875 0 .5 D 21 = ê1 + lэ + i ê 2 a 2 ë lэ ç ln i ç é 1 .875 0. 5 = ê1 + lэ + i ê 2 a 2 ë lэ ç ln i ç D 22 æ è æ è э ö ù æ yэ 2 ö y 2 ÷ - 0 .5 ÷ ú ç ÷úç R ÷ Rэ øûè э ø 2 2 э ö ù æ yэ1 ö y1 ÷ - 0. 5 ÷ ú ç ÷úç R ÷ Rэ э ø øûè Vp 5. Визначають середню швідкість потоку середовища в робочому трубопроводі - cpi для кожного значення показання на виході аналогоцифрового перетворювача - Νi, вирішуючи чисельними методами, наприклад, методом січних, рівняння э p Vsi = Vsi , э Vp у якому Vsi є числовою величиною, a si - усереднена місцева швидкість потоку в робочому трубопроводі, яка дорівнює p Vsi = p 2RpVcpi (y p2 - yp1)(2Rp - yp1 - y p2 ) (D11 - D12 - D21 + D22 ) é 1.875 0.5 D11 = ê1 + l pp + i ê 2 a 2 ë де é 1.875 p 0.5 D12 = ê1+ li + ê 2 a 2 ë , æ öù y p1 lp çln - 1÷ú i ç ÷ ú Rp è Rp øû yp1 æ y p1 öù yp1 lp çln - 1÷ú i ç ÷ú Rp è Rp øû é 1 .875 0 .5 D 21 = ê1 + lp + i ê 2 a 2 ë æ yp 2 ö ù æ y p2 ö ÷ lp ç ln - 0. 5÷úç i ç ÷úç R ÷ è Rp øûè p ø é 1 .875 0 .5 D 22 = ê1 + lp + i ê 2 a 2 ë 2 æ yp1 ö ù æ y p1 ö ÷ lp ç ln - 0. 5÷úç i ç ÷úç R ÷ è Rp øûè p ø 2 6. Обчислюють витрату середовища в робочому трубопроводі Qp i для кожного показання на виході p Qp = VcpiSp i аналогоцифрового перетворювача - Ni за формулою , де Sp - площина поперечного перетину робочого трубопроводу; p Vcpi - середня швидкість потоку середовища в робочому тр убопроводі при витраті Qp i Qp i , По отриманих парах значень виграти в робочому тр убопроводі і відповідного йому показання на виході аналогоцифрового перетворювача - Ni будують градуювальну характеристику витратоміра, що градуюється, 5.