СПОСОБ КАЛИБРОВКИ РАСХОДОМЕРА ГАЗА

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения расхода газообразных сред.

Известен способ калибровки для повышения эффективности управления процессом и достоверности показаний расхода в долгосрочном периоде в электромагнитных расходомерах серии Е с функциями расширенной диагностики (http://www2.emersonprocess.com/ru/brands/rosemount/Flow/Magnetic-Flowmeters/E-Series-Advanced-Diagnostics/Pages/index.aspx). Данные расширенной диагностики дают возможность сократить затраты на техническое обслуживание благодаря наличию функций поиска, к которым можно легко получить доступ при помощи коммуникатора HART или через программный комплекс AMS® Suite: Intelligent Device Manager. Среди этих функций отметим функцию обнаружения высокого уровня "шума" сигнала, что обеспечивает выявление причин его возникновения и устранение изменения значений расхода, т.е. калибровка с последующей коррекцией. С помощью диагностики расходомеров Emerson контролируется состояние отдельных элементов прибора, без применения внешнего оборудования, устраняется необходимость демонтажа сенсора с технологического трубопровода и благодаря этому позволяет сэкономить время и деньги.

Известен способ калибровки турбинных расходомеров газа (Методика контроля технического состояния cigas.ru〉doc/method_control_pressure.pdf) с недостатком повышения порога в процессе эксплуатации. Причинами повышения перепада давления на счетчике газа являются загрязнение подшипников, засорение измерительной камеры и проточной части счетчика, что приводит к подтормаживанию подвижных частей. Для выявления этого недостатка необходимо измерение перепада давления на счетчике газа применением как электронных средств измерения (СИ) перепада давления, так и механических дифференциальных манометров. Проведенные испытания (калибровка на стенде) показали, что с помощью контроля изменения перепада давления техническое состояние счетчика с большой долей вероятности можно оценить, только на расходах газа более 0,1 Qmax ("Зона неопределенности по расходу», Приложение 5).

Недостатками известных способов калибровки расходомеров являются приемы использования пассивных (без питания) чувствительных элементов в схеме и использование внешних устройств калибровки.

Известные способы в устройствах электромеханического типа, а также некоторые приемы использования электронных вычислительных устройств для калибровки и коррекции расхода приведены в литературе (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ \ Спр. кн. 1. - СПб. Политехника. 2002), недостатком которых является отсутствие способа самостоятельной калибровки, т.е. невозможность поверки без использование внешних устройств. Калибровка подразумевает выполнение ряда сравнительных действий для определения точности реальных показателей метрологических параметров и подтверждения пригодности средств измерений (СИ), не контролируемых государственными метрологическими органами. Пригодность СИ определяется калибровочной лабораторией с соблюдением действующих нормативов, методологий и схем. Проведение калибровки не требует обращения в органы государственной метрологической службы. Реализацию калибровочных мероприятий можно поручить любой метрологической службе (http://www.serconsrus.ru/services/kalibrovka-sredstv-izmereniy/).

Метод компараторного сличения http://www.serconsrus.ru/press_centr/publikacii/metody-provedeniya-kalibrovki-sredstv-izmereniy/, принят за прототип. В его проведении используется компаратор - устройство, позволяющее сравнить показания калибруемых (поверяемых) и эталонных СИ. Его использование обусловлено невозможностью проведения прямого сравнения показаний СИ, определяющих одну и ту же физическую величину. Роль компаратора может исполнять любое измерительное устройство, одинаково отвечающее на сигналы калибруемых (поверяемых) и эталонных СИ. Главный плюс метода - последовательное во времени сравнение двух величин. Недостаток метода компараторного сличения состоит в том, что последовательно сравниваются две шкалы измерений при использовании внешней аппаратуры на стенде, причем в полном диапазоне с максимальным расходом и затратой мощностных характеристик стенда.

Кроме того, недостатками известного способов калибровки расходомеров является сложность процедуры тарировки, требующей демонтажа исследуемого расходомера с рабочей технологической линии.

Техническим результатом предложенного способа калибровки является использования метода уменьшения погрешности измерения структурным способом с отрицательной обратной связью, с включением в прямой цепи интегрирующего звена, заложенного в способ возможности калибровки контуром внутреннего принудительного расхода, без использования внешнего измерительного стенда, определение погрешности во время измерения рабочих расходов, без демонтажа расходомера с технологического трубопровода, применение энергетически управляемых структурных элементов.

Технический результат достигается тем, что предложенный способ калибровки расходомера газа по изобретению характеризуется тем, что, при наличии данных измерения расхода в памяти в выбранных точках статической характеристики, подают приводом потока по каналу реверса расход к выбранной точке, фиксируют данные измерения также в памяти, сравнивают полученные данные измерения в точках, определяют погрешности расходомера.

На фиг. 1 представлена реализация способа калибровки расходомера в схеме без демонтажа при работе на технологической линии.

На фиг. 2 приведены статические характеристики В и Д расходомера в координатах частота от расхода среды с измерением расхода газа в рабочем режиме (В) и измерением в режиме калибровки расхода, с использованием способа в системе с отрицательной обратной связью (Д - пунктир), знаком - обозначены выбранные точки поверки характеристики (например, т. А).

Информация о расходе в предложенном способе получена непосредственно в частотной форме при линейной зависимости между объемным расходом и частотой ƒ колебания давления чувствительного элемента расходомера, например, струйного генератора.

Готовое изделие - расходомер с паспортными данными имеет статическую характеристику В, записанную в памяти блока управления 7 расходомера, которая скорректирована на стенде потоком реверса в системе измерения с отрицательной обратной связью (ООС). После этого он установлен в технологическую линию.

В процессе эксплуатации по протоколу необходимы поверочные тесты калибровки, поскольку чувствительный элемент расходомера уходит по разным эксплуатационным причинам от первоначальной настроенной точности измерения.

Процедура калибровки статической характеристики (В на фиг. 2) производится калибровкой отдельных выбранных точек, которые складываются самой поверкой в характеристику Д, и состоит в следующем:

- подача расхода по каналу реверса отсутствует, обратный клапан закрыт.

- в расходомер подан рабочий поток , проведены измерения изменяющегося расхода по технологической линии в различных точках статической характеристики.

После некоторой эксплуатации расходомера для уверенности измеренных данных технологического цикла требуется калибровка расходомера. Для процедуры калибровки расходомер не демонтируют с технологической линии и не останавливают технологический процесс.

- точки калибровки выбраны ранее в связи с возможностью в этих точках искажения продукта на выходе технологической линии.

- по некоторому периодическому сигналу блока управления (с выключением обратного клапана) привод потока реверса нагнетает по каналу реверса расход до требуемого значения, подлежащего контролю при установившемся режиме измерения потока, например, в т. А.

- в точке А считается, что измерение расхода в установившемся процессе закреплено тем, что система с ООС и реверсом потока закончила измерение в этой точке при т.е. приращение расхода основного потока компенсируется уменьшением потока реверса (отрицательным приращением), поддерживая выходную частоту чувствительного элемента расходомера на постоянной частоте ƒ=const.

- данные измеренного расхода в точке калибровки фиксируются в электронной памяти. Погрешность измеренного расхода составляет, например, 0,5%.

- данные расхода в искомой точке калибровки, измеренные чувствительным элементом расходомера и данные измеренного расхода по каналу реверса сравниваются и вычисляется разность расходов (+ или -) в частотной форме.

- следуя принципу структурного уменьшения погрешности в системе измерения с отрицательной обратной связью, делается заключение, что численные значения расхода, полученные в искомой точке с использованием канала реверса, являются данными с меньшей погрешностью, и принимаются как более близкие к истинным значениям. При этом измерение произведено с меньшей погрешностью в технологическом процессе уже в работе с чувствительным элементом расходомера.

- разность расходов в искомой точке вычисляется и заносится в протокол измерения, а также вычисляется относительная погрешность измерения расхода.

- перечисленные пункты алгоритма калибровки измерений проводятся в сроки по согласованию с заказчиком, например, один раз в месяц. При калибровке применение штатного внешнего оборудования не предусмотрено.

Способ калибровки расходомера можно реализовать по схеме измерения (фиг. 1) с электронным блоком 7 управления, чувствительным элементом 3 в виде струйного генератора колебаний давления с частотным сигналом. Подача реверса потока по отдельному каналу 5 реверса обеспечивается приводом 6 расхода, например, крыльчаткой с электроприводом. Обратный клапан (ОК) на время работы потока реверса открыт. Обозначены сумматор 2 и разделитель 4 потоков и измеряемого 1 и потока реверса 5.

В режиме подачи потока реверса крыльчатка 6 является расходомером в звене обратной связи с погрешностью 0,5%. Измерение выполняется по компенсационной схеме.

Выполнение полной компенсации измеряемой величины совершается при установившемся режиме измерения. Измерение расхода в конечной точке (макс. расход) возможно измерением в точке рабочего расхода меньшего значения максимального, поскольку чувствительный элемент измеряет суммарную величину расхода .

При расчете погрешности измерения можно учитывать рекомендации, изложенные в литературе (Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств \ Машиностроение. М. 1976. с. 23-52). Для обеспечения компенсационного метода измерения теоретически необходимо обеспечить в прямой цепи схемы измерения чувствительность S₁=∞. Общая чувствительность системы измерения в пределе будет S=S₁/(1-S₁S₂)=1/S₂, где S₂ - чувствительность звена обратной связи 6. Коэффициенты влияния цепей в этом случае будут ψ₁=1/(1+S₁S₂)=0 и ψ₂=-S₁S₂/(1+S₁S₂)=-1.

Приведенная относительная погрешность расходомера по схеме рис. 1 со звеном 6, расположенным в обратной связи схемы измерения будет ζ=ψ₁ζ+ψ₂ζ₂, где ζ₁ и ζ₂ - приведенные относительные погрешности звеньев прямой и обратной цепей.

Практическая реализация звена с бесконечно большой чувствительностью S₁=∞ предполагает наличие астатического (интегрирующего) звена в прямой цепи, в котором при установившемся режиме величина выходного сигнала равна бесконечности и чувствительность астатического звена равна бесконечности (при соответствующем выборе входной и выходной координат).

В нашем случае координатами являются: входной сигнал - расход, выраженный частотой а выходной сигнал - число литров, пройденных через струйный генератор и выраженных приращением частоты на индикаторе расхода блока управления 7.

Расход потока реверса выполняется с погрешностью ζ₂=0,5%.

Относительная погрешность всего расходомера, замкнутого ООС в точке калибровки будет (при ψ₁=0) ζ=ψ₁ζ₁+ψ₂ζ₂=0-1(±0,5%)=-0,5%.

Таким образом, следуя принципу структурного уменьшения погрешности в системе измерения с отрицательной обратной связью, делается заключение, что численные значения расхода, полученные в искомой точке и других точках калибровки по линии статической характеристики Д, являются данными с меньшей погрешностью, и принимаются как близкие к истинным с расчетной погрешностью.

Предложенный способ калибровки позволяет проводить самостоятельную периодическую калибровку расходомера без демонтажа с технологической линии и использования внешней аппаратуры стенда для штатной калибровки, определять погрешность измерения.