УСТАНОВКА ПОВЕРОЧНАЯ ДЛЯ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЁТЧИКОВ ГАЗА

Полезная модель относится к области расходоизмерительной техники, в частности, к установкам, предназначенным для испытаний, поверки и калибровки бытовых счетчиков газа и расходомеров различных типов в диапазоне измерений установки.
Известна конструкция «Установки для поверки газовых счетчиков» (патент RU №2239795, МПК G01F 25/00), содержащая воздуходувку, трубопровод, запорно-регулирующую арматуру, датчики температуры и давления, монтажный стол с базовой плитой под эталонное средство измерений, выполненное на основе эталонного газового счетчика, а также устройства фиксации и задания расходов. Устройство задания расходов выполнено в виде вертикальных параллельных магистралей, каждая из которых снабжена запорно-регулирующей арматурой и устройством визуального контроля стабильности расхода.
Недостатком этого технического решения установки является низкая точность дозирования и измерения расхода и количества газа.
Известна конструкция «Установки для испытаний расходомеров-счетчиков газа» (патент RU №2476830, МПК G01F 25/00), которая содержит трубопровод, запорную арматуру, компрессор для нагнетания расходуемой среды, эластичный резервуар, входную испытательную магистраль, фильтр, эталонный расходомер, устройство задания расхода, а также датчики температуры, абсолютного давления и дифференциального давления. Для устранения пульсаций и обеспечения постоянства расхода среды установлен фильтр, резервуар выполнен эластичным, а устройство задания расхода представляет собой цилиндр с калиброванными отверстиями в боковой стенке, внутри которого перемещается поршень, изменяя суммарное сечение задействованных выходных отверстий.
Недостатком этой установки является то, что она технологически достаточно сложна и не обеспечивает необходимой высокой точности дозирования и измерения расхода и количества газа.
Наиболее близким по технической сущности и взятому в качестве прототипа аналогом является «Передвижная установка для поверки бытовых счетчиков газа»(патент RU на полезную модель №71761, G01F 25/00, В60Р 3/14), предназначенная для поверки в полевых условиях бытовых счетчиков газа и расходомеров различных типов, которая размещена в отдельном отсеке автомобиля-фургона. Установка содержит тумбовый стол с вакуумируемым баком. На передней панели выдвижной столешницы стола размещены органы управления. Для подключения поверяемого счетчика входной трубопровод сообщен с эталонным средством измерений, представляющим собой набор микросопел, причем система подключения эталонного средства измерения к вакуумируемому баку выполнена в виде золотникового устройства.
Недостатками данной установки являются низкие точность и надежность дозирования и измерения расхода и количества газа в широком диапазоне, в частности, микрорасходов газа.
Недостатком данной установки является низкая точность и надежность дозирования и измерения расхода и количества газа в широком диапазоне, в частности микрорасходов газа.
Решаемой задачей полезной модели является повышение надежности и точности поверочной установки в широком диапазоне дозирования и измерений расхода и количества газа, в частности, малых расходов газа.
Техническим результатом от использования предполагаемой полезной модели является создание эффективной расходомерной установки путем повышения точности дозирования и измерений малых расходов газа.
Технический результат достигается тем, что установка поверочная для расходомеров и счетчиков газа, содержащая пульт управления, вакуумируемую емкость, вакуумметр, управляющий работой вакуумного насоса, тягомер, барометр, термогигрометр, таймер, входной трубопровод для подключения поверяемого счетчика, сообщенный с набором эталонных критических микросопел разной пропускной способности, снабженных запорными шаровыми кранами, которые входят в состав дозаторов расхода газа, подсоединяемых к выходному трубопроводу, связанному с вакууммируемой емкостью, подсоединенной к вакуумному насосу, отличается тем, что, дозаторы расхода газа, соединенные со счетчиком газа с помощью гибкого шланга через кран на входном трубопроводе, расположены параллельно между входным и выходным трубопроводами с последовательно установленными шаровыми запорными кранами и набором эталонных критических микросопел, вакуумметр установлен на выходном трубопроводе, который соединен с вакууммируемой емкостью посредством параллельно установленных запорного крана и электромагнитного клапана, выход которого соединен с одним из входов пульта управления, при этом проточные каналы набора эталонных критических микросопел с входным сужающимся участком, включая горловины, образованы вмонтированными в их корпуса миниатюрными корундовыми часовыми камнями с калиброванными сквозными отверстиями, которые выполнены точно спрофилированными, с минимальными значениями отклонений их диаметров от номинальных, причем диаметры горловин сквозных отверстий микросопел и количество их подобраны с возможностью обеспечения пропускных способностей, близких к расчетным.
i
i
i
Для пояснения технической сущности рассмотрим схему установки, общий вид которой представлен на фиг. 1, где: 1 - входной трубопровод, 2 - выходной трубопровод, 3 - дозатор расхода газа (ДР), 4 - шаровой запорный кран (K), 5 - эталонное критическое микросопло (MC), 6 - поверяемое средство измерений, например, счетчик, 7 - гибкий шланг, 8 - кран, 9 - запорный ручной кран, 10 - электромагнитный клапан, 11 - вакуумируемая емкость, 12 - вакуумный насос,
13 - вакуумметр,
14 - барометр,
15 - термогигрометр,
16 - тягомер,
17 - пульт управления, измерений и регистрации параметров рабочей среды.
i
i
i
Установка конструктивно состоит из входного 1 и выходного 2 трубопроводов, между которыми параллельно включены дозаторы расхода (ДР) 3, состоящие из последовательно установленных шаровых запорных кранов (K) 4 и эталонных критических микросопел (MC) 5. Поверяемое средство измерений 6 с помощью гибкого шланга 7 через кран 8 подключается к входному трубопроводу 1. Выходной трубопровод 2 через параллельно включенные запорный ручной кран 9 и электромагнитный клапан 10 с электронными элементами формирования сигналов начала и завершения отсчета времени его открытого состояния сообщается с системой создания потока рабочей среды. В качестве рабочей среды используется атмосферный воздух из помещения, в котором размещена установка. Система создания потока представляет собой вакуумируемую емкость 11, разрежение в которой создается при помощи вакуумного насоса 12 и контролируется вакуумметром 13. Давление атмосферного воздуха, его температура и относительная влажность измеряются, соответственно, барометром 14 и термогигрометром 15, разность давлений между атмосферным давлением и давлением во входном трубопроводе измеряется тягомером 16. Время открытого состояния электромагнитного клапана 10 измеряется с помощью электронного секундомера-таймера, расположенного на пульте управления, измерений и регистрации параметров потока воздуха 17.
Принцип действия предлагаемой установки основан на сопоставлении результатов одновременных измерений расхода (объема) атмосферного воздуха, являющегося рабочей средой, поверяемым средством (счетчиком, расходомером) и эталонным средством измерений, включенными последовательно в измерительной магистрали. В качестве эталонного средства в установке используется набор эталонных микросопел, работающих в критическом режиме, при котором скорость потока в горловине сопла равна скорости звука (критической скорости), а ниже горловины может превосходить ее. Постоянство расхода через поверяемое средство измерения и микросопло, называемое критическим, обеспечивается тем, что его величина определяется давлением и температурой атмосферного воздуха из помещения, в котором эксплуатируется установка, и не зависит от давления вниз по потоку, что является важнейшим условием обеспечения высокой точности дозирования и измерений. Требуемое значение расхода обеспечивается включением в работу определенного количества эталонных критических микросопел с известными расходами, являющимися по существу дозаторами расхода, в различных комбинациях. Значения градуировочных коэффициентов микросопел определяются экспериментально при их индивидуальной градуировке на эталонах в соответствии с государственной поверочной схемой с применением в качестве рабочей среды воздуха при атмосферном давлении.
o
а
В общем случае критическое сопло представляет собой осесимметричный проточный канал, который имеет входной сужающийся участок, горловину и выходной расширяющийся участок. Такое устройство называют еще соплом Вентури, работающим в критическом режиме (ISO 9300:2005 (Ε). Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzles), или соплом Лаваля (Дейч Μ.Ε.Техническая газодинамика. - 2-e изд., перераб. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1961).В зависимости от величины отношения давлений перед входным сечением сопла P к давлению за его выходным сечением Р могут устанавливаться различные режимы течения (Свойства потоков газа при различных режимах течения через сопла Лаваля/А.П. Герасимов и др. // Измерительная техника. - 2005-№4. - С.48-52).Постоянство расхода через поверяемое средство измерения и микросопло, называемое критическим, обеспечивается тем, что его величина определяется давлением и температурой атмосферного воздуха из помещения, в котором эксплуатируется установка, и не зависит от давления вниз по потоку, что является важнейшим условием обеспечения высокой точности дозирования и измерений.
о
а
o
а
o
а
а
о
а
o
Независимость расхода через критическое профилированное сопло (микросопло) (ISO 9300:2005 (Ε). Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzles; МИ 1538-86. ГСИ. Критические расходомеры. Методика выполнения измерений массового расхода газа) от изменения противодавления соблюдается при выполнении условия Р/Р>(1,08…1,2), гарантированно при P/Р>(1,12…1,2). Для критических сужающихся сопел (микросопел), не имеющих выходного диффузора, это отношение давлений должно составлять P/Р>1,9. Обратные отношения давлений, соответственно, будут находиться в диапазонах Р/Р<(0,85…0,89) и Р/P<0,53.Требуемое значение расхода обеспечивается включением в работу определенного количества эталонных критических микросопел с известными расходами, являющимися по существу дозаторами расхода, в различных комбинациях. Значения градуировочных коэффициентов микросопел определяются экспериментально при их индивидуальной градуировке на эталонах в соответствии с государственной поверочной схемой с применением в качестве рабочей среды воздуха при атмосферном давлении.
Полный цикл измерений включает следующие основные операции:
i
1. Подготовка установки к работе. Проверка герметичности проточного тракта установки, включая шаровые запорные краны (K) 4 и гибкий гофрированный шланг 7.
2. Подключение поверяемого средства измерений 6 к установке.
3. Приведение запорных кранов установки, измерительных приборов и пульта управления установки в исходное состояние, создание необходимого разрежения в вакуумируемой емкости 11 при помощи вакуумного насоса 12.
i
4. Открытие запорных кранов эталонных критических микросопел (MC) 5 с нужными пропускными способностями для выхода установки на требуемый режим по расходу.
5. Установление времени открытого состояния электромагнитного клапана 10 для прохождения через поверяемое средство измерений и установку контрольного объема воздуха с помощью программного устройства применяемого электронного секундомера-таймера.
6. Регистрация начального показания поверяемого средства измерения 6.
7. Открытие по команде оператора с пульта управления 17 электромагнитного клапана 10, при котором начинается подача воздуха через поверяемое средство измерений 6 и включенные в работу эталонные критические микросопла, а также начинается отсчет секундомером-таймером заданного времени прохождения через поверяемое средство измерений и установку рекомендуемого контрольного объема рабочей среды.
в
β
Β
8. Измерение и регистрация атмосферного давления Р, температуры t и относительной влажности φ воздуха в помещении вблизи установки.
9. Измерение и регистрация в протоколе с помощью тягомера 16 перепада давления на поверяемом средстве измерений.
10. Закрытие клапана 10 после отработки секундомером-таймером установленного временного интервала. Прохождение воздуха через поверяемый счетчик и установку заканчивается.
11. Регистрация конечного показания поверяемого средства измерения.
12. Выполнение расчетных операций и печать протокола результатов измерений.
Работа установки
При работе установки поток воздуха проходит последовательно через поверяемое средство измерений 6 (расходомер или счетчик газа), набор эталонных критических микросопел 5, систему создания потока рабочей среды и выбрасывается в атмосферу. Проточные каналы, включая горловины эталонных критических микросопел набора, образованы вмонтированными в корпуса микросопел серийно выпускаемыми миниатюрными корундовыми часовыми камнями с калиброванными сквозными отверстиями, причем диаметры горловин сквозных отверстий и количество их подобраны так, чтобы обеспечить максимально близкие к расчетным расходные характеристики микросопел, что является чрезвычайно важным обстоятельством при измерении малых расходов газа. Количество воздуха, проходящего последовательно через поверяемое средство измерений 6 (расходомер или счетчик) и установку, определяется пропускными способностями включенных в работу эталонных критических микросопел и временем открытого состояния электромагнитного клапана 10, которое устанавливается оператором с помощью программного устройства средства измерений времени, входящего в состав пульта управления, измерений и регистрации параметров установки 17, в зависимости от типоразмера поверяемого счетчика и расходного режима поверки (точки поверки).
На основании конечных и начальных показаний поверяемого средства измерений значений пропущенного через установку рекомендуемых контрольных эталонных объемов воздуха в регламентируемых при поверке точках по расходу и результатов измерений параметров рабочей среды оформляется протокол поверки и выдается соответствующее свидетельство.
По своим технико-экономическим показателям в сравнении с известными аналогами, заявляемая поверочная установка является надежной и точной в широком диапазоне дозирования и измерений расхода и количества газа, в частности, за счет обеспечения микрорасходов газа путем вмонтирования в проточные каналы эталонных микросопел набора миниатюрных корундовых часовых камней, с калиброванными сквозными отверстиями, имеющими горло, которые выполнены точно спрофилированными, с минимальными значениями отклонений их диаметров от номинальных, при этом диаметры горловин сквозных отверстий и количество их подобраны с возможностью обеспечения пропускных способностей микросопел, близких к расчетным значениям. По результатам многолетних экспериментальных исследований образца заявляемая поверочная установка может быть одним из составных элементов Государственного первичного эталона единиц объемного и массового расходов газа.