CC BY
410
МАШИНОСТРОЕНИЕ И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ
УДК 681.12
Э. Ю. Замалетдинова, Л. Т. Ягьяева, Р. Р. Замалетдинов ИМИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ПОВЕРКИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ
Ключевые слова: ультразвуковой метод, имитационный метод поверки, ультразвуковой расходомер.
В статье представлен имитационный метод поверки ультразвуковых расходомеров. Рассмотрены основные достоинства и недостатки данного метода.
Keywords: ultrasonicmethod, simulation method of verification, ultrasonic flow meters.
This text describes the simulation method of verification of ultrasonic flow meters. There are considered advantages and disadvantages.
В настоящее время большое внимание уделяется точности измерениярасхода газа. Существует много методов измерения расхода газа: метод переменного перепада давления [1], тахометрический методи другие. Однако наиболее точным является ультразвуковой метод измерения расхода газа [2]. Данный метод основан на явлении смещения звукового колебания движущейся средой (рис. 1).
Рис. 1 - Принцип работы ультразвукого расходомера
В корпусе счетчика напротив друг друга под углом к оси потока установлены два преобразователя: А и В, таким образом формируя измерительный луч. Одновременно могут использоваться до 8 измерительных лучей. Преобразователи работают попеременно как передатчики и приемники сигнала. Ультразвуковой импульс пересекает поток газа от одного датчика к другому. При отсутствии потока газа, импульсы распространяются с одинаковой скоростью (скоростью звука в данной среде) в обоих направлениях. При движении газа через счетчик импульс в направлении потока проходит быстрее, в то время как импульс, проходящий против течения, медленнее. Это значит что время прохождения импульса по направлению потока (^) меньше, чем время прохождения импульса против потока^). После определении времени прохождения луча по потоку и против потока, счетчик рассчитывает скорость проходящего газа по формуле
V L
2 cos a
t t v r У
где V — скорость газа, м/с; L — расстояние между преобразователями, м; tv — время прохождения сигнала по потоку, с; tr — время прохождения сигнала против потока, с; a — угол расположения преобразователей к оси потока, град.
После определения скорости газа рассчитывается объемный расход:
D2 к
Q = V *——*3600 4
где Q — объемный расход, м3/час; D — внутренний диаметр счетчика, м.
Метод характеризуется следующими негативными факторами
• зависимость собственной скорости ультразвуковых колебаний отфизико-химических свойств измеряемой среды;
• скорость потока осредняется вдоль ультразвукового пучка, а не по сечению трубы (только для однолучевых ультразвуковых расходомеров)
Последний фактор заставляет разработчиков снабжать конструкцию дополнительными датчиками или отражателями, что делает расходомер более сложным, возрастает вероятность ошибки работы при выходе из строя датчиковсистемы.
Тем не менее, у данного метода есть ряд достоинств:
• отсутствие перепада давлений,
• высокое быстродействие;
• отсутствие подвижных элементов.
• возможность поверки ультразвуковых расходомеров как на стенде проливным методом, так и имитационным методом на месте эксплуатации.
Рассмотрим имитационный метод поверки преобразователя расхода без снятия с измерительной линии на базе ультразвукового преобразователя расхода Flowsic600 фирмы Sick Maihak GmbH (Германия) [2].
Данный метод может быть применён только в том случае, если отрезок трубопровода, куда вмонтирован счётчик газа, может быть полностью перекрыт и в измерительном корпусе полностью отсутствует течение газа.
Метод основан на проверке работоспособности преобразователя при нулевом расходе. Далее опишем порядок проведения поверки
1. В качестве поверяемой среды выступает природный газ или азот.
2. Определение метрологических характеристик проводят при стабильной температуре окружающей среды. Преобразователь и трубная обвязка не должны подвергаться воздействию солнечных лучей, осадков и так далее, т.к. это может вызвать конвекционные потоки внутри него.
3. Изолируют преобразователь в линии. Давление газа в изолированном участке должно быть не меньше от 1000 до 10000 кПа (для преобразователей требующих избыточное давление). Давление газа должно оставаться стабильным в течение всего времени определения метрологических характеристик. Изменение давления в изолированной части трубопровода говорит о наличии протечек через запорную арматуру. В этом случае поверка преобразователя может быть проведена путем снятия преобразователя с трубопровода.
4. По всем акустическим каналам проводят контроль ультразвуковой скорости, уровня его усиления и уровня шумов.
5. Рассчитывают скорость звука в газе. Для этого определяют теоретическую скорость звука в природном газе по ГОСТ 30319.1-96[3]. В чистых (инертных) газах (например: азот, гелий, аргон) для определения скорости звука используют табличные значения. Среднее по всем акустическим каналам значение скорости распространения
*
ультразвукового сигнала (УЗС), полученное преобразователем, должно находиться в пределах ±1,2 м/сек. от расчетного значения.
6. Проводят проверку определения преобразователем скорости распространения УЗС в газе.С этой целью, пользуясь руководством по эксплуатации на прибор и специализированным программным обеспечением, поставляемым в комплекте с ультразвуковым преобразователем (УЗПР), в течение минуты проверяют по каждому акустическому каналу определяемую скорость распространения УЗС. Полученные значения не должны отличаться друг от друга более, чем на ±0,6 м/сек.
Применение имитационного метода поверки обусловлено рядом преимуществ перед проливным методом, среди которых наиболее существенными являются:
- относительно невысокаястоимость как оборудования, так и эксплуатационных расходов;
- возможность поверки счётчиков любых диаметров
- высокая производительность;
- возможность проведения поверки на объекте при условии обеспечения
электробезопасности;
- имитационный метод может применяться для поверки счетчиков с пределом
относительной погрешности 0,5% и более (в зависимости от производителя и от количества лучей в преобразователе).
Основным недостатком имитационного метода является невозможность определения
(выявления) систематической погрешности[4], которая определяется только при поверке на
стенде проливным методом.
Литература
1. Фафурин, А.В., Пульсация параметров энергоустановок как средство управления и экономики / А. Ф. Фафурин, Я.З. Гузельбаев//Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. - Т. 14, - №14. - С. 256-259.
2. Биргер, Г.И. Ультразвуковые расходомеры / Г.И.Биргер, Н.И. Бражников. - М.: Металлургия, 1964. -382с
3. http://www.vniir.org/?i=27
4. ГОСТ 30319.1-96.Газ природный. Методы расчета физических свойств. М. ИПК Изд-во стандартов, 1998.
© Э. Ю. Замалетдинова - асс. каф. автоматизированных систем сбора и обработки информации КНИТУ, [email protected]; Л. Т. Ягьяева - ст. препод. той же кафедры, [email protected]; Р. Р. Замалетдинов - гл. метролог ЗАО «НИЦ Инкомсистем», [email protected].
