CC BY
26Количество систем определяется конкретной БТС, но, как правило, обязательно присутствие проектной , производственной и эксплуатационной систем. Соответственно будем различать:
систему проектирования spr = (upr,mpr,cpr) , где upr- управление проектными работами,
mpr - проектная модель БТС, cpr - проектная среда;
производственную систему spc =(upc,mpc,cpc), где upc - управление производственными работами, mpc - производственная модель БТС, cpc - производственная среда;
эксплуатационную систему se = (ue,me,ce), где ue - управление эксплуатацией объекта, me -
модель эксплуатации СТО, ce - эксплуатационная среда. Управляющие системы представляют собой человеко-машинные комплексы профессиональных коллективов и инструментальных средств. Соответственно БЗ СТО строится на основе полимодельного описания с учетом этапа ЖЦ СТО, соответствующей среды и вида деятельности Z = (мр°1у, s'^ .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ОхтилевМ.Ю., Соколов Б.В., Юсупов P.M. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006. 410 с: ил., ISBN - 5-02-033789-7.
2. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний. М.: Высшая школа, 1999.
Статья поступила в редакцию 16 марта 2008 г.
УДК 681.518.3 И.Ю. Еремин
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАСХОДОМЕРА
Проведены теоретические исследования воздействия факторов, влияющих на точность ультразвуковых расходомеров, установленных на нефтепроводах и измеряющих объемный расход нефти. Отмечена необходимость коррекции показаний расходомеров в зависимости от параметров нефти как способ повышения точности расходомеров.
Работа акустических расходомеров основана на измерении зависящего от расхода нефти физического параметра, формирующегося в нефтяном потоке при прохождении через него акустических колебаний. Практическое применение получили измерительные приборы, действие которых основано на измерении разности времени (Д/) прохождения акустических колебаний по потоку и против потока жидкости. Результат измерения количества нефти (00, м /мин) такими расходомерами определяется соотношением [1]
до = 0,39269 • Б • с2 • к • Д • tga , (1)
где Б - внутренний диаметр поперечного сечения трубопровода, а - угол между осевой линией трубопровода и линией (обозначим эту линию символом /с), соединяющей пару (приемник - передатчик) акустических преобразователей, к - коэффициент, величина которого зависит от отношения средних скоростей жидкости, пересекающей: а) линию /с, б) диаметр сечения трубопровода; с - скорость распространения акустических колебаний в неподвижной жидкости (нефти).
При условии точной идентификации параметров Б, с, к, Д/, а формула (1) используется для калибровки ультразвуковых расходомеров (УЗР). В справочнике [1] приведены метрологические характеристики УЗР и их количественные значения при стандартных значениях внешних воздействующих факторов (ВВФ). В данной работе рассмотрена зависимость систематической погрешности этого устройства при ожидаемой вариации плотности р и вязкости V нефти. Учет воздействия на УЗР температуры и давления нефти проводится путем автоматической коррекции его показаний в соответствии с величинами коэффициента термического расширения материала датчика УЗР и трубопровода, а также согласно изменениям от давления геометрических размеров УЗР и
трубопровода. Если результатом исследования УЗР является формирование зависимости погрешности этого прибора от плотности р и вязкости v нефти, тогда (1) представим в виде
Q0 = Ko ■ K(p,v), (2)
где Ко - константа [1], зависящая от конструкции УЗР и количественно определяемая при стандартных значениях ВВФ (параметры нефти - температура T= + 20 оС, вязкость v = 20 сСт, плотность р= 850 т/м3, давление Р= 0,3 МПа) по формуле Ko = 0,39269 ■ D ■ tga
В соответствии с (1) K(p,v) = c2 ■ k ■ At зависит от р и v, причем эта зависимость определяется также и структурой потока нефти; экспериментально установлено, что турбулентный поток (в отличие от ламинарного) уменьшает эту зависимость, поэтому в реальных условиях УЗР дополняется устройством создания турбулентного потока.
Обычно разработчик УЗР стремится обеспечить компенсационный учет изменения р, v в процессе эксплуатации расходомера. С этой целью при разработке расходомера подбирают ориентацию каждого из зондирующих каналов УЗР в сечении трубопровода, но полной независимости показаний прибора от упомянутых факторов добиться не удается. Для определения влияния р, v на результаты измерений автором данной работы были проведены поверочные испытания партии из трех ультразвуковых 5-канальных УЗР типа Altosonic V (с устройством создания турбулентного потока) и применением в качестве образцового средства измерений трубопоршневой установки (ТПУ) 1-го разряда; методика измерений и характеристики ТПУ описаны в работе автора [2]. Для Altosonic Vконструктивные параметры имели следующие значения: условный диаметр D = 250 мм (0,25 м), угол наклона акустического канала а = 45 градусов, поэтому Ко = 0,09817 (м), измерения проводились при постоянной температуре нефти: Т = + 24,5 оС - для ТПУ, Т= + 24,6 оС - для УЗР; давлении Р= 0,97 МПа - для ТПУ, Р= 0,96 МПа - для УЗР. Величина Qa измерялась ТПУ; результаты измерений, формируемые УЗР, представлены в табл. 1 в нормированном виде:
=('-^^)'<»%. (3)
при этом каждое значение цузр - это среднее арифметическое пяти последовательно проведенных измерений.
Т а б л и ц а 1
Экспериментальные значения qy3p
Qo, дузр, v, р> Qo, дузр, v, P,
м3/мин % сСт тм -3 м3/мин % сСт тм -3
10,500 +0,0931 8,72 0,829 22,083 +0,0941 8,69 0,8393
13,233 +0,123 2,7 0,809 23,100 +0,0425 18,9 0,84125
13,381 +0,018 23,5 0,839 23,500 -0,0216 30,2 0,8609
13,833 +0,094 8,62 0,838 24,783 +0,1144 4,61 0,8409
14,750 +0,0525 17 0,845 27,683 +0,07 13,4 0,8416
18,500 +0,118 3,7 0,819 30,133 +0,092 9,02 0,8303
При использовании полиномиальной аппроксимации для дузр , %, запишем
4узр (• V) 2Л (г • р)' , (4)
]=0 '=0
где Ъу, Ъ2, - константы, численные значения которых формируются в процессе испытания УЗР при вариации р и V, Я= 1 сСт-, г = 1 м •т -, значение N определяется требующейся точностью аппроксимации функции д(р, v)узр. Константы Ъу, Ъ2,- определяются в результате решения системы линейных (относительно Ъу, Ъ22- ) уравнений (4) при N = 5. Результаты решения представлены в табл. 2.
Т а б л и ц а 2
Константы Ьу, Ь21,1,2 = 0, 1, 3, 4, 5
Ьу
Ью Ьп Ьп Ь13 Ь14 Ь15
0,346 -12,6 • 10-3 2,19 • 10-5 -1,81 • 10-6 6 •ю-8 -1,6 • 10-9
Ьъ
Ь20 Ьц Ь22 Ь23 Ь24 Ь25
0,41 -0,1394 0,1889 -0,1724 0,21846 -0,08458
Для знакопеременных рядов Ьу, Ь2, /, уе [1; Л] относительная погрешность аппроксимации д(р, у)^ не превышает величины
Ь15 • Ь^ • ^ • _р
Ь10 Ь20 Ук р
5Ч ^ — ^, (5)
где vк и рк - значения вязкости и плотности нефти при калибровке УЗР.
При V е [5; 35] сСт, vк= 20 сСт и р е [0,8; 0,89] т/м3, рк= 0,85 т/м3 величина Ъч < 0,158 %. После определения функции д(р, у)узр калибровочная характеристика (2) имеет вид (с
учетом (3) и (5))
Ко • К(р,у) = 0о(1 - 0,01 • ?(р,у)узр) = ^(р,у) . (6)
Используя (6), исследуем погрешность (50 УЗР при изменении порознь вязкости и плотности нефти. Результаты расчетов 50 представлены на рис. 1, где
З = 100 • [^(р,у) - ^(р = рк, V = Ук )] %. (7)
Зо
Р и с. 1. Систематическая погрешность УЗР при Q0 = 30,5 м3/мин, р е [0,8; 0,89] т/м3, ук = 20 сСт, рк = 0,85 т/м3: линия 1 - у = 5 сСт, линия 2 - у = 10 сСт, линия 3 - у = 15 сСт, линия 4 - у = 20 сСт, линия 5 - у = 25 сСт, линия 6 - у = 30 сСт, линия 7 - у = 35 сСт
Отметим случайную 5осг - размах случайной погрешности УЗР, обусловленную несовершенством технологии его производства. Если факторы, формирующие и 5ост, считать статистически независимыми, то результирующая погрешность 5узр составит
¿узр = [<Шт + (¿оСт )2]0,5. (8)
Результаты расчетов по (8) при учете (7) иллюстрируются рис. 2. 5
8узр, %
0,100035 0,100030 0,100025 0,100020 0,100015 0,100010 0,100005 0,100000
0,099995
10,5
15,5
20,5
25,5
30,5 Q, м /мин
Р и с. 2. Систематическая погрешность УЗР с автоматической корректировкой его показаний по текущим значениям плотности и вязкости нефти при Qo Е [10,5, 30,5] м3/мин, 5ост = 0,1%, vк = 20 сСт, рк = 0,85 т/м3: линия 1 - р = 0,8 т/м3, V = 5 сСт, линия 2 - р = 0,8 т/м3, V = 35 сСт, линия 3 - р = 0,89 т/м3, V = 5 сСт, линия
4 - р = 0,89 т/м3, V = 35 сСт
Выводы
1. В диапазоне расходов наблюдается практически линейная зависимость систематической погрешности измерений расхода (8(Q)) от параметра вязкости контролируемой нефти. Это факт подтверждается семейством графиков, изображенных на рис. 1.
2. При отсутствии коррекции по вязкости и плотности погрешность измерений расхода (8(Q)
изменяется от минус 0,075 % до плюс 0,085 % (интервал изменений погрешности составляет 0,16 %).
3. При наличие коррекции по показателям плотности и вязкости нефти систематическая погрешность УЗР может быть снижена до значения 0,003 %, причем в основном за счет учета изменения вязкости нефти; остается случайная погрешность 5ост= 0,1%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Расходомеры и счетчики количества: Справочник / П.П. Кремлевский. Л.: Машиностроение, 1989. 701 с.
2. Еремин И.Ю. Экспериментальные исследования информационно-измерительных систем энергоносителей // Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. Самара, 2006. №40. С.71-74.
Статья поступила в редакцию 18 апреля 2007 г.
УДК 513.717 (088.8)
О.Г. Корганова, В.А. Кузнецов
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ КРЕШЕРНЫХ СТОЛБИКОВ
Рассмотрены результаты разработок, проведенных на кафедре ИИТ СамГТУ по автоматическому определению длины крешерных столбиков. Разработана структура прибора, изложен алгоритм его работы и указана область использования.
При разработке и эксплуатации огнестрельных орудий важным параметром является давление газов в стволе орудия, которое определяют по деформации длины крешерных столбиков.
Крешерный столбик при выстреле деформируется неравномерно, поэтому его длину измеряют в трех положениях и затем усредняют. Делается это, как правило, вручную и связано со значительными затратами труда.
На кафедре ИИТ СамГТУ разработано автоматическое устройство для определения длины крешерных столбиков.
