Расходомер газа с устройством поверки

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах измерения газообразных сред.
Известны расходомеры и устройства поверки и диагностики (http://yokogawa.nt-rt.ru/images/manuals/AXF.pdf) типа модели AXF admagQXFa1 интегрированного типа. Поверкой в сочетании с диагностикой степени налипания рабочей среды на электроды достигается значительное повышение эксплуатационной надежности за счет сменности электродов. Недостатком известных расходомеров являются пассивные чувствительные элементы без питания.
Известны турбинные расходомеры газа и к ним устройства поверки и коррекции расхода с помощью электронных вычислительных устройств, приведенные в литературе (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ\Спр. кн. 1. - СПб. Политехника. 2002), недостатком которых является несамостоятельная поверка, т.е. невозможность поверки без использование внешних устройств.
Известен турбинный расходомер газа типа TRZ с поверкой по методике (Методика контроля технического состояния cigas.ru>doc/method_control_pressure.pdf), принятый за прототип, содержит проточную трубу с размещенными внутри по потоку в основном канале крыльчатку и имеющий недостаток 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 измерения перепада давления на счетчике газа применяются как электронные средства измерения (СИ) перепада давления, так и механические дифференциальные манометры. Проведенные испытания 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.
Кроме того, недостатком известного расходомера являются необходимость демонтажа сенсора с технологического трубопровода, невозможность поверки в рабочем цикле по схеме измерения с отрицательной обратной связью, уменьшения погрешности измерения структурным способом при поверке расходомера.
Техническим результатом является устранение необходимости демонтажа сенсора с технологического трубопровода, применение энергетически управляемых структурных элементов, создающих в процессе поверки замеры с повышенной точностью.
Технический результат достигается тем, что по модели расходомер газа с устройством поверки характеризуется встроенным дополнительным каналом реверса в проточный корпус расходомера между камерами входа и выхода струйного генератора, который содержит управляемый обратный клапан в камере выхода и управляемую приводом крыльчатку в камере входа.
На чертеже представлена конструкция расходомера газа с устройством поверки в продольном разрезе по потоку.
Расходомер газа с устройством поверки (фиг.) содержит встроенный в проточный корпус 1 расходомера дополнительный канал 2 реверса с управляемым обратным клапаном 3 и управляемой приводом крыльчаткой 4, расположенной между камерами входа 5 и выхода 6 струйного генератора 7. Крыльчатка 4 расположена в камере 12 под колпаком 13, укрепленного на стойках канала 2 реверса, и отделена от камеры 5 струйного генератора 7.
Управляемый обратный клапан 3 вынесен в камеру выхода 6 для расширения проходного сечения канала 2 реверса при поверке больших расходов.
var
В расходомере с устройством поверки информация о расходе получена непосредственно в частотной форме при линейной зависимости между поверяемым объемным расходом Q и частотой ƒ колебаний давления струйного генератора 7.
Работа расходомера с процедурой поверки значений расхода в некоторых точках статической характеристики расходомера состоит в следующем:
- в технологическом процессе в штатном режиме чувствительным элементом расходомера является струйный генератор 7, который измеряет расход Q по основному каналу 9 в пределах своей погрешности внутри всего диапазона. Измерение проводится в отсутствие перетечек по каналу 2 реверса (управляемый обратный клапан 3 закрыт). Данные измеренного расхода фиксируются в электронной памяти блока управления и регистрации 8.
упр
- по некоторому периодическому сигналу блока управления 8 крыльчатка 4 своим приводом нагнетает по каналу 2 реверса (при открытом обратном клапане 3 по сигналу U блока управления 8) расход до требуемого, подлежащего контролю значения расхода, измеренного в этот момент струйным генератором 7 при установившемся режиме измерения. Данные измеренного расхода струйным генератором 7 с одновременной работой крыльчатки 4 по каналу реверса фиксируются в памяти.
- данные расхода в искомой точке, измеренные струйным генератором 7 в штатном режиме и данные измеренного расхода струйным генератором 7 с одновременной работой крыльчатки 4 по каналу реверса сравниваются и вычисляется разность расходов.
- следуя принципу структурного уменьшения погрешности в системе измерения с отрицательной обратной связью, делается заключение, что численные значения расхода, полученные в искомой точке с работающим потоком реверса, являются данными с меньшей погрешностью, и принимаются как истинные.
- по разности расходов в искомой точке вычисляется относительная погрешность измерения расхода и заносится в протокол измерения.
- перечисленные пункты алгоритма поверки устройством поверки проводятся в сроки по согласованию с заказчиком, например, один раз в месяц. Поверка штатная на стенде не предусмотрена.
Частота колебаний электросигналов через разъем 10 пневмо-электропреобразователя (ПЭП) пропорциональна объемному расходу газа. Все вычисления значений расхода фиксируются в частотной форме в памяти и протоколе.
2
Расход Q обеспечиваемый крыльчаткой 4 и циркулирующий через струйный генератор с выхода на его вход, изменяется инверсно и прямо пропорционально приращениям расхода основного канала 2 по сигналам блока управления 8 через контакты 11 для поддержания работы и постоянства выходной частоты ƒ const струйного генератора 7. В этом случае работает система измерения, замкнутая отрицательной обратной связью (ООС) при установившемся режиме измерения расхода. Сигнал ПЭП от струйного генератора 7 подается через клеммы 16 в блок управления 13.
1
2
2
2
var
const
При постепенном увеличении перепада давления на расходомере и расхода Q в сети блок управления 8 выдает команду на привод крыльчатки 4 для снижения расхода Q2 и поддержания постоянства расхода Q (фиг.). Одновременно изменение величины частоты Δƒ, которая обратно пропорциональна ΔQ, вычисляется на электронном уровне и фиксируется индикатором в блоке управления 8 как приращение к фактически замеренному расходу Q газа. При изменении величины потока Q, например, при увеличении, пропорционально уменьшается величина потока реверса Q. Расход Q, развиваемый крыльчаткой 4, управляется блоком управления 8, сравнивающий сигналы Δƒ=ƒ-ƒ.
В этом режиме крыльчатка 4 является расходомером в звене обратной связи с погрешностью 0,5%. Измерение выполняется по компенсационной схеме. Измерение расхода Q ведется струйным генератором 7, расположенным в прямой цепи измерения. Полная компенсация измеряемой величины при установившемся режиме измерения выполняется звеном 4 (крыльчаткой), расположенного в обратной связи схемы измерения, т.е. в канале 2 реверса.
1
1
1
2
2
2
1
1
2
2
1
2
1
2
Для обеспечения компенсационного метода измерения теоретически необходимо иметь в прямой цепи схемы измерения чувствительность S=∞. Общая чувствительность системы измерения в пределе будет S=S/(1-SS)=1/S, где S - чувствительность звена обратной связи 4. Коэффициенты влияния цепей в этом случае будут ψ=1/(1+SS)=0 и ψ=- SS/(1+SS)= -1. (Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств \ Машиностроение. М. 1976. с. 23-52).
1
1
2
2
1
2
Приведенная относительная погрешность расходомера по схеме (фиг.) без расходомера реверса (позиция 4) будет ζ=ψζ+ψζ, где ζ и ζ - приведенные относительные погрешности звеньев прямой и обратной цепей.
2
Струйный генератор измеряет расход с погрешностью, например 1,0%. Крыльчатка 4 измеряет расход потока реверса с погрешностью ζ=0,5%.
1
1
1
2
2
Относительная погрешность всего расходомера, замкнутого ООС, будет (при ψ=0) ζ=ψζ+ψζ=0-1(±0,5%)= -0,5%.
Следуя принципу структурного уменьшения погрешности в системе измерения с отрицательной обратной связью, делается заключение, что численные значения расхода, полученные струйным генератором в искомой точке при работе потока реверса, являются данными с меньшей погрешностью, и принимаются как истинные. Определяется погрешность измерения расходомера на момент поверки с целью принятия решения о дальнейшей эксплуатации расходомера в штатном режиме.
Расходомер с устройством поверки газа позволяет проводить самостоятельную периодическую поверку расходомера без демонтажа сенсора (струйного генератора) и расходомера с технологической линии и выявлять погрешности его статической характеристики.