Имитационный метод поверки ультразвуковых расходомеров

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

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, zamaletdinowa@mail.ru; Л. Т. Ягьяева - ст. препод. той же кафедры, lenura.t@rambler.ru; Р. Р. Замалетдинов - гл. метролог ЗАО «НИЦ Инкомсистем», zamaletdinovrr@incomsystem.ru.