Спосіб визначення витрати газу в трубопроводі

1. Спосіб визначення витрати газу в трубопроводі, що включає вимір з періодом виміру 1 2 3 i - відносна похибка при визначенні кількості газу і-м першим витратоміром,  j - відносна похибка при визначенні кількості газу 67224 4 i, j - індекси, i  1 2, 3, j  2, 3, i  j , , і нерівними при невиконанні нерівності. j-м витратоміром, Корисна модель належить до вимірювальної техніки й може бути використана для метрологічної діагностики витратомірів рідини або газу у вимірювальних трубопроводах. Відомий спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі (Патент України на корисну модель № 47447, кл. G01F 25/00, Бюл. № 3, 2010), що полягає в проведенні виміру витрати Q1 першим способом, заснованим на одному з відомих фізичних ефектів, і одночасному вимірі саме тої витрати Q2 другим способом, заснованим на іншому фізичному ефекті, при цьому вимір витрати проводять пристроями, розташованими на встановленій відстані один від одного, отримані значення витрати підставляють у нерівність 100  1 100  1 Q2  Q1  Q 2 100   2 100   2 , де 1 - відносна похибка при вимірі витрати першим способом;  2 - відносна похибка при вимірі витрати другим способом і, якщо нерівність не виконується, то вважають, що відбулася метрологічна відмова, й видають сигнал про це, якщо ж нерівність виконується, то вважають, що метрологічна відмова відсутня. Даний спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі так само, як і спосіб визначення витрати газу в трубопроводі, що заявляється, включає одночасний вимір витрати газу першим і другим витратомірами (способами), порівняння отриманих витрат, виявлення наявності метрологічної відмови й видачі інформації про її виникнення. Однак, відсутність виконання виміру витрати в цьому ж трубопроводі третім витратоміром, періодичного виміру витрат газу з періодом 1 і періодичного контролю виміру витрати газу з періодом  2 звужує функціональні можливості відомого способу й знижує вірогідність результатів виміру витрати газу. Відомий спосіб виміру витрати газу (послідовний режим), реалізований у вузлі виміру витрати газу (Патент України на корисну модель № 51176, кл. G01F 3/00, G01F 25/00 Бюл. № 13, 2010), що включає вимір витрати послідовно включеними витратоміром змінного перепаду тиску й еталонним вимірювальним комплексом, порівняння отриманих кожним витратоміром результатів і фіксацію відмови при розбіжності результатів виміру витратоміром і еталонним вимірювальним комплексом. Даний спосіб виміру витрати газу так само, як і спосіб визначення витрати газу в трубопроводі, що заявляється, включає вимір витрати газу Q1 витратоміром і контроль його роботи. Однак використання для контролю еталонного вимірювального комплексу істотно ускладнює відомий спосіб, а відсутність виміру витрати газу третім витратоміром і періодичного контролю виміру витрати звужує функціональні можливості відомого способу й знижує вірогідність результатів виміру витрати газу. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб визначення витрати газу, реалізований у вимірювальному комплексі "Флоутэк" (Комплекс вимірювальний "Флоутэк". Технічний опис і інструкція для експлуатації. ААДЖ.421441.001 ТЕ, 1997), що включає вимір значень витрати газу із установленим періодом, визначення кількості газу, що пройшов по вимірювальному трубопроводу за задані інтервали часу й фіксацію значень витрати й кількості газу за задані інтервали часу й видачу їх оперативному персоналу. Даний спосіб визначення витрати газу так само, як і спосіб визначення витрати газу в трубопроводі, що заявляється, включає вимір з періодом виміру 1 (із установленим періодом) витрати Q1 за допомогою витратоміра (першого). Однак відсутність виконання контролю визначення витрати газу з періодом  2 , шляхом одночасного з виміром витрати газу першим витратоміром виміру витрати газу другим і третім витратомірами, визначення кількості газу V1, V2 і V3, попарного порівняння кількості газу V1 і V2, V1 і V3, V2 і V3 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів і виявлення за результатами цього порівняння виникнення або відсутності метрологічної відмови й видачі інформації про це звужує функціональні можливості способу, що заявляється, й знижує вірогідність результатів виміру витрати газу. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу визначення витрати газу в трубопроводі шляхом розширення його функціональних можливостей і підвищення вірогідності результатів виміру витрати газу. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення витрати газу в трубопроводі, що включає вимір з періодом виміру 1 витрати газу Q1 за допомогою першого витратоміра й визначення кількості газу, що пройшов через трубопровід за встановлені інтервали часу, відповідно до корисної моделі, виконують контроль визначення витрати газу з періодом  2 , початок якого збігається з початком одного з періодів виміру 1 , а тривалість дорівнює  2 = k 1 , де k - ціле число, шляхом одночасного з виміром витрати газу 5 Q1 виміру в цьому ж трубопроводі витрат газу Q2 і Q3 відповідно другим і третім витратомірами, визначення кількості газу V1, V2 і V3, що пройшов  через трубопровід за період контролю 2 , відповідно першим, другим і третім витратомірами, а, після закінчення кожного періоду контролю, попарного порівняння кількості газу V1 і V2, V1 і V3, V2 і V3 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів, позначення результатів попарного порівняння двійковими змінними відповідно А12, А13, А23, кожна з яких приймає значення "1" при рівності з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів відповідної пари кількості газу V1 і V2, V1 і V3, V2 і V3 і значення "0" при нерівності відповідних пар кількості газу і формування коду комбінації отриманих двійкових змінних A12A13A23, і, якщо код цієї комбінація дорівнює одному з кодів 011, 101 або 110, то вважають, що відбувся збій при визначенні значень двійкових змінних, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 000, то вважають, що невірні результати виміру двома витратомірами із трьох або всіма трьома витратомірами, якщо код комбінації A12A13A23 дорівнює коду 001, то вважають, що невірний тільки результат виміру першим витратоміром, тобто невірна витрата Q1, а витрати Q2 і Q3 вірні, якщо код комбінації A12A13A23 дорівнює коду 010, то вважають, що невірний тільки результат виміру другим витратоміром, тобто невірна витрата Q2, а витрати Q1 і Q3 вірні, якщо код комбінації A12A13A23 дорівнює коду 100, то вважають, що невірний тільки результат виміру третім витратоміром, тобто невірна витрата Q3, а витрати Q1 і Q2 вірні, якщо код комбінації A12A13A23 дорівнює коду 111, то вважають, що результати, отримані всіма трьома витратомірами вірні, і видають інформацію про збій при визначенні значень двійкових змінних, або про метрологічну відмову, або про її відсутність у відповідності зі значенням коду комбінації A12A13A23, а також кількості газу Vi і Vj з урахуванням невизначеності (похибки) виміру кожним витратоміром уважають рівними при виконанні нерівності Vi  Vj  Vi , де  - установлена величина для відносної різниці значень кількості газу, і, j - індекси, і = 1,2,3, j = 2,3, і < j, і нерівними при невиконанні нерівності, або кількості газу Vi і Vj з урахуванням невизначеності (похибки) виміру кожним витратоміром уважають рівними при виконанні нерівності 100  i 100  i Vj  Vi  Vj 100   j 100   j , де  i - відносна похибка при визначенні кількості газу і-м першим витратоміром,  j - відносна похибка при визначенні кількості газу j-м витратоміром, , i, j - індекси, i  1 2, 3, j  2, 3, i  j , і нерівними при невиконанні нерівності. Введення виконання контролю визначення витрати газу з періодом  2 , початок якого збігається 67224 6 з початком одного з періодів виміру 1 , а тривалість дорівнює  2  k1, шляхом одночасного з виміром витрати газу Q1 виміру в цьому ж трубопроводі витрат газу Q2 і Q3 відповідно другим і третім витратомірами, визначення кількості газу V1, V2 і V3, що пройшов через трубопровід за період контролю т2, відповідно першим, другим і третім витратомірами, а, після закінчення кожного періоду контролю, попарного порівняння кількості газу V1 і V2, V1 і V3, V2 і V3 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів, позначення результатів попарного порівняння двійковими змінними відповідно А12, А13, А23, кожна з яких приймає значення "1" при рівності з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів відповідної пари кількості газу V1 і V2, V1 і V3, V2 і V3 і значення "0" при нерівності відповідних пар кількості газу і формування коду комбінації отриманих двійкових змінних А12А13А23, і, якщо код цієї комбінація дорівнює одному з кодів 011, 101 або 110, то вважають, що відбувся збій при визначенні значень двійкових змінних, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 000, то вважають, що невірні результати виміру двома витратомірами із трьох або всіма трьома витратомірами, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 001, то вважають, що невірний тільки результат виміру першим витратоміром, тобто невірна витрата Q1, а витрати Q2 і Q3 вірні, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 010, то вважають, що невірний тільки результат виміру другим витратоміром, тобто невірна витрата Q2, а витрати Q1 і Q3 вірні, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 100, то вважають, що невірний тільки результат виміру третім витратоміром, тобто невірна витрата Q3, а витрати Q1 і Q2 вірні, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 111, то вважають, що результати, отримані всіма трьома витратомірами, вірні, і видають інформацію про збій при визначенні значень двійкових змінних або про метрологічну відмову, або про її відсутність у відповідності зі значенням коду комбінації А12А13А23, істотно розширює функціональні можливості відомого способу й підвищує вірогідність результатів виміру витрати газу, тому що при метрологічній відмові одного витратоміра визначається не тільки факт відмови, але й номер витратоміра, що відмовив, і, крім того, контроль визначення витрати здійснюється безупинно із установленим періодом. На кресленні наведений приклад системи визначення й контролю витрати газу, що реалізує запропонований спосіб визначення витрати газу в трубопроводі. Система визначення й контролю витрати газу містить вимірювальний трубопровід 1, перший блок 2 датчиків, що характеризують витрату газу, установлений на вимірювальний трубопровід 1, перший обчислювальний блок 3, що з'єднаний з виходами датчиків блока 2, другий блок 4 датчиків, що характеризують витрату газу, установлений на вимірювальний трубопровід 1, другий обчислювальний блок 5, що з'єднаний з виходами датчиків блока 4, третій блок 6 датчиків, що характеризують витрату газу, установлений на вимірювальний трубопровід 1, третій обчислювальний блок 7, що 7 67224 з'єднаний з виходами датчиків блоку 6, блок контролю 8, до якого підключені виходи першого 3, другого 5 і третього 7 обчислювальних блоків. Перший блок датчиків 2 і перший обчислювальний блок 3 складають перший витратомір і використовуються для виміру значення першої витрати газу Q1 і визначення першої кількості газу V1. Другий блок датчиків 4 і другий обчислювальний блок 5 складають другий витратомір і використовуються для виміру значення другої витрати газу Q2 і визначення другої кількості газу V2. Третій блок 6 датчиків і третій обчислювальний блок 7 складають третій витратомір і використовуються для виміру значення третьої витрати газу Q3 і визначення третьої кількості газу V3. Кожний з витратомірів (відповідні блок датчиків і обчислювальний блок) є автономним пристроєм, що вимірює витрату газу - зчитує значення вимірюваних параметрів з виходів відповідно блоків датчиків 2, або 4, або 6 і обчислює значення витрати газу й кількості газу, що протік через вимірювальний трубопровід 1 за період контролю  2 . Блок контролю 8 синхронізує роботу обчислювальних блоків 3, 5, і 7, зчитує значення першої V1, другої V2 і третьої V3 кількості газу з виходів обчислювальних блоків відповідно 3, 5 і 7, перевіряє рівність або нерівність цієї кількості між собою, і формує і видає відповідну інформацію. Параметри, що характеризують витрату газу, визначаються залежно від виду витратоміра, так, наприклад, якщо використовується витратомір змінного перепаду тиску, то цими параметрами будуть перепад тиску, тиск газу й температура газу. При визначенні витрати газу в трубопроводі по пропонованому способу виконують визначення кількості газу трьома витратомірами, тому при закінченні кожного періоду контролю т2 мають значення кількості газу, обмірювані кожним з використаних витратомірів – V1, V2 і V3, по яких, порівнюючи значення кількості газу попарно, визначають значення двійкових змінних А12, А13 i А23 і одержують код комбінації двійкових змінних А12А13А23 даного періоду контролю  2 . Для визначення вірності або невірності одержаної кількості газу (і відповідно обмірюваних витрат газу Q1, Q2 і Q3) попередньо складемо таблицю відповідності кодів комбінацій двійкових змінних А12А13А23 кодам комбінацій вірності або невірності кількості газу V1V2V3 у такий спосіб. У першому стовпці записуємо позначення комбінацій і змінних, які входять у таблицю. У першому рядку цього стовпця запишемо познаQ1Q2Q3 А12 А13 А23 А12А13А23 111 1 1 1 111 011 0 0 1 001 101 0 1 0 010 Аналіз таблиці показує, що комбінації двійкових змінних А12А13А23, рівні 011, або 101, або 110 відсутні при будь-яких можливих комбінаціях вірності або невірності кількості газу V1V2V3, отже, 8 чення можливих комбінацій кількості газу - V1V2V3, у другому, третьому й четвертому рядках запишемо, відповідно, позначення двійкових змінних - А12, А13, А23, у п'ятому рядку запишемо позначення комбінації двійкових змінних - А12, А13, А23. Оскільки невірною може бути кожна з кількості газу, то, позначивши вірну кількість газу "1", а невірну "0", запишемо в першому рядку можливі комбінації вірної і невірної кількості газу V1V2V3 у такий спосіб. Першим (у другому стовпці першого рядка) запишемо код комбінації, у якій всі кількості вірні 111, далі (у наступних стовпцях першого рядка) запишемо комбінації, у яких невірна спочатку одна кількість - перша -011, потім друга - 101 і третя 110, потім дві кількості - перша і друга - 001, перша й третя - 010, друга й третя - 100 і останньої записуємо комбінацію, у якій невірні всі три кількості 000. Після цього в кожному стовпці записуємо значення двійкових змінних, які відповідні даній комбінації вірної і невірної кількості газу, а також код їхньої комбінації, при цьому вважаємо, що невірні кількості не можуть бути рівні між собою, тому що ймовірність їхньої рівності мізерно мала. Так, при коді комбінації V1V2V3, рівному 111, А12 = 1, А13 = 1 і А23 = 1, так як вірні кількості газу попарно рівні. Тоді коду комбінації V1V2V3, рівному 111, відповідає код комбінації А12А13А23, рівний 111. При коді комбінації V1V2V3, рівному 011, А12 = 0, А13 = 0 і А23 = 1, так як кількість V1 невірна, то для пар кількості, у яких вона бере участь, двійкові змінні рівні "0". Тоді коду комбінації V1V2V3, рівному 011, відповідає код комбінації А12А13А23, рівний 001. При коді комбінації V1V2V3, рівному 101, А12 = 0, А13 = 1 і А23 = 0, так як кількість V2 невірна, то для пар витрат, у яких вона бере участь, двійкові змінні рівні "0". Тоді коду комбінації V1V2V3, рівному 101, відповідає код комбінації А12А13А23, рівний 010. При коді комбінації V1V2V3, рівному 110, А12 = 1, А13 = 0 і А23 = 0, так як кількість V3 невірна, то для пар витрат, у яких вона бере участь двійкові змінні рівні "0". Тоді коду комбінації V1V2V3, рівному 110, відповідає код комбінації А12А13А23, рівний 100. При кодах комбінацій V1V2V3, рівних 001 або 010, або 100, або 000 А12 = 0, А13 = 0 і А23 = 0, так як в кожній з пар витрат хоча б одна витрата невірна, то двійкові змінні рівні "0". Тоді кодам комбінацій V1V2V3, рівним 001 або 010, або 100, або 000, відповідають коди комбінацій А12А13А23, рівні 000. Таблиця відповідності можливих комбінацій вірної і невірної кількості газу V1V2V3 комбінаціям значень двійкових змінних А12А13А23 буде наступною. по 1 0 0 100 001 0 0 0 000 010 0 0 0 000 100 0 0 0 000 000 0 0 0 000 така комбінація двійкових змінних може з'явитися тільки внаслідок помилки при формуванні двійкових змінних або їхніх комбінацій. Комбінації двійкових змінних А12А13А23 = 111 відповідає комбіна 9 ція вірності або невірності кількості газу V1V2V3, рівна 111, при якій всі кількості газу Vi, V2 і V3 вірні з урахуванням погрішності (похибки) виміру й, відповідно, вірні і обмірювані витрати газу. Q1, Q2 і Q3. Комбінації двійкових змінних А12А13А23 = 001 відповідає комбінація вірності або невірності кількості газу V1V2V3, рівна 011, що свідчить про те, що невірна кількість газу V1 і, відповідно, витрата газу Q1, яка визначена першим витратоміром. Комбінації двійкових змінних А12А13А23 = 010 відповідає комбінація вірності або невірності кількості газу V1V2V3, рівна 101, що свідчить про те, що невірна кількість газу V2 і, відповідно, витрата газу Q2, яка визначена другим витратоміром. Комбінації двійкових змінних А12А13А23 = 100 відповідає комбінація вірності або невірності кількості газу V1V2V3, рівна 110, що свідчить про те, що невірна кількість газу V3 і, відповідно, витрата газу Q3, яка визначена третім витратоміром. Комбінації двійкових змінних А12А13А23 = 000 відповідають комбінації вірності або невірності кількості газу V1V2V3, рівні 001, або 010, або 010, або 000, що свідчить про те, що невірні кількості газу й, відповідно, витрати газу, які визначені або якими-небудь двома витратомірами, або всіма трьома витратомірами. Спосіб визначення витрати газу в трубопроводі реалізують у такий спосіб. У трубопроводі, у якому відповідно до вимог технологічного процесу необхідно вимірювати витрату газа, установлюють три витратоміри, при цьому витратоміри можуть бути одного виду або різних. Використані можуть бути будь-які витратоміри, наприклад, наступних видів: змінного перепаду тиску із пристроями, що звужують; обтікання; тахометричні: турбінні, кулькові, камерні; вихорові; теплові: калориметричні, із зовнішнім нагріванням, термоанемометричні; електромагнітні; ультразвукові. Установка витратомірів виконується відповідно до нормативних документів кожного із пристроїв на відстані друг від друга, обумовленій цими нормативними документами. При протіканні газу по вимірювальному трубопроводу 1 датчики блоків 2, 4 і 6 постійно видають сигнали, що відповідають значенням вимірюваних параметрів. Ці сигнали перебувають на входах відповідних обчислювальних блоків 3, 5 і 7. Визначення витрат газу Q1, Q2 і Q3 - зчитування значень параметрів, що характеризують витрату газу й виміряних відповідно блоками датчиків 2, 4 і 6 з періодом ті, запам'ятовування їх і обчислення за отриманим значенням параметрів величин витрати газу Q1, Q2 і Q3 їх запам'ятовування та обчислення значень кількості газу V1, V2 і V3, що пройшов по трубопроводу кожним витратоміром, відповідно по величинам витрати Qb Q2 і Q3 шляхом їх підсумовування протягом періоду контролю  2 виконується відповідно обчислювальними бло 67224 10 ками 3, 5 і 7. Блок контролю 8 синхронізує початок періодів вимірювання 1 , зчитує значення кількості газу V1, V2 і V3 з виходів обчислювальних блоків 3, 5 і 7 після закінчення кожного періоду контролю  2 і запам'ятовує ці кількості. Далі блок контролю 8 визначає попарну рівність або нерівність кількості газу V1, V2 і V3, наприклад, по нерівностях V1  V3 V2  V3 V1  V2    V1 V1 V2 , , . При рівності відповідної кількості газу V1 і V2, V1 і V3, V2 i V3 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів блок 8 привласнює відповідним двійковим змінним А12, А13, А23 значення "1", а при нерівності - "0". Далі блок 8 формує код комбінації А12А13А23 і по отриманому коду комбінації А12А13А23 установлює наявність (відсутність) збою при визначенні двійкових змінних або відсутність (наявність) метрологічної відмови в такий спосіб. Якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює одному з кодів 011, 101 або 110, то вважають, що відбувся збій при визначенні значень двійкових змінних. Якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 000, то вважають, що невірні результати виміру двома витратомірами із трьох або всіма трьома витратомірами, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 001, то вважають, що невірна кількість газу V 3 i, відповідно, витрата газу Q1, визначена першим витратоміром, а кількість газу V2 і V3 і витрати Q2 і Q3 вірні. Якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 010, то вважають, що невірна кількість газу V 2 і, відповідно, витрата газу Q2, визначена другим витратоміром, а кількість газу V1 і V3 і витрати Q1 і Q3 вірні. Якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 100, то вважають, що невірна кількість газу V 3 і, відповідно, витрата газу Q3, визначена третім витратоміром, а кількість газу V1 і V2 і витрати Q1 і Q2 вірні. Якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 111, то вважають, що результати, отримані всіма трьома витратомірами рівні між собою з урахуванням невизначеності вимірів та є вірними. Після аналізу блок контролю 8 видає інформацію про збій при визначенні значень двійкових змінних або про метрологічну відмову, або її відсутність у відповідності зі значенням коду комбінації А12А13А23. Таким чином, за результатами визначення витрат і їхнього контролю із заданим періодом контролю т2 з високим ступенем імовірності встановлюють відсутність невірних результатів при визначенні витрат протягом періоду контролю або наявність одного невірного результату й визначають номер витратоміра, результат виміру якого невірний, або наявність двох або трьох невірних результатів виміру. Оператор пункту виміру витрати газу при одержанні інформації про метрологічну відмову вживає заходів відповідно до регламенту роботи пункту. 11 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 67224 Підписне 12 Тираж 23 прим. 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