УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ СТАНДАРТНЫХ ДИАФРАГМ

УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ СТАНДАРТНЫХ ДИАФРАГМ
Полезная модель относится к области испытательного оборудования в частности, для калибровки стандартных диафрагм в условиях пульсирующего потока газа.
Стандартные диафрагмы являются одним из самых распространенных средств для измерения расхода газа и жидкости в различных отраслях промышленности, поэтому весьма важно обеспечить высокую точность измерения расхода газа и жидкости в условиях, приближенных к эксплуатационным. Известно, что из-за неравномерной подачи компрес-соров возникают пульсации потока газа, приводящие к дополнительной погрешности измерения расхода газа. Величина этой погрешности завсисит как от относительной амплитуды колебаний перепада давления, так и от параметров присоединенных газовых магистралей 1,2. В связи с этим стандартные диафрагмы должны калиброваться с учетом реальных условий эксплуатации, в частности при наличии колебаний давления.
Известны различные устройства для калибровки стандартных диафрагм, основанные на применении эталонных датчиков, устанавливаемых последовательно с испытуемой стандартной диафрагмой 3.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для калибровки датчиков давления 4.
Устройство содержит соединенную с источником давления резонансную трубу с гнездами для контрольного и калибруемого датчиков, клапан пульсаций давления, подключенный к резонансной трубе и задатчик среднего давления, выполненный в виде стакана с окном, внутри которого на гидростатических опорах размещен поршень с мерными грузами на верхнем конце, осевым и радиальным каналами на нижнем конце, окна стакана соединены с коллектором, подключенным через переключатель к одному из двух выходных каналов с дроссельными клапанами, сообщенными с атмосферой, в
МПК001127/00
9
одном из которых между переключателем и дроссельным клапаном установлено пневматическое сопротивление.
Недостатком этого устройства калибровки является не обеспеченность задания постоянной составляющей пульсирующего перепада давления на стандартной диафрагме.
Поставлена задача создать такую установку для калибровки стандартных диафрагм, которая позволит снизить погрешность калибровки стандартных диафрагм в условиях, приближенных к эксплуатационным.
Поставленная задача решается тем, что в установке для калибровки стандартных диафрагм, содержащей источник сжатого газа, газовую магистраль со стандартной диафрагмой, эталонный расходомер, задатчик среднего давления, состоящий из корпуса, внутри которого размещен шток с мерными грузами, нижним концом входящий в рабочую камеру, сообщенную каналом с газовой магистралью на входе в стандартную диафрагму, согласно полезной модели байпасно стандартной диафрагме подключен задатчик среднего перепада давлений, в корпусе которого, имеющем разгрузочную полость, сообщенную каналом с газовой магис-тралью на выходе из стандартной диафрагмы и рабочую камеру, сооб-щенную каналом с газовой магистралью на входе в стандартную диафрагму размещен шток с мерными грузами, в стенке разгрузочной полости установлены датчики уровня жидкости, электрические выходы которых соединены с электронным блоком, выход которого соединен с обмоткой управления двухпозиционного электроклапана, один из входных штуцеров которого сообщен с источником давления, другой - со сливной магистралью, выходной штуцер электроклапана сообщен каналом с разгрузочной полостью корпуса, в сопряженной со штоком верхней части корпуса со стороны разгрузочной полости выполнены две кольцевые про-точки, верхняя из которых сообщена с магистралью слива, а нижняя про-точка - с рабочей камерой, сообщенной каналом с газовой магистралью на входе в стандартную диафрагму.
режиме, на фиг.З - зависимость давления газа на входе в стандартную диафрагму от времени и на фиг.4 зависимость погрешности измерения расхода газа от амплитуды пульсаций перепада давления на диафрагме.
Установка для калибровки стандартных диафрагм содержит задатчик постоянного давления на входе стандартной диафрагмы, который состоит из корпуса 1, внутри которого размещен шток 2, входящий снизу в рабочую камеру 3, а сверху нагруженный мерными грузами 4. На нижнем торце штока 2 выполнены осевой и радиальный каналы, сообщающие через трубопровод 5 рабочую камеру 3 корпуса 1 с атмосферой. Рабочая камера 3 корпуса 1, кроме того сообщена каналом 6 с газовой магистралью 7 на входе в стандартную диафрагму 8. Для исключения сухого трения штока 2 о стенки корпуса 1, в ней размещен газостатический подшипник 9. Движение штока 2 ограничено упором 10. Установка содержит также задатчик среднего перепада давления, который состоит из кор-пуса 11, внутри которого-размещен шток 12, входящий снизу в рабочую камеру 13, а сверху нагруженный мерными грузами 14. На нижнем торце штока 12 выполнены осевой и радиальный каналы, сообщающие через трубопровод 15 нижнюю рабочую камеру 13 корпуса 11 с атмосферой. Рабочая камера 13 корпуса 11, кроме того сообщена каналом 16 с газовой магистралью 7 на входе в стандартную диафрагму 8. В корпусе 11 со стороны торца штока 12 с мерными грузами 14 выполнена разгрузочная полость 17, сообщенная каналом 18 с газовой магистралью 7 на выходе из стандартной диафрагмы 8. В стенке разгрузочной полости 17 установлены датчики уровня жидкости 19 и 20, электрические выходы которых соединены с электронным блоком 21, например РП4-У, выход которого в свою очередь, связан с обмоткой управления двухпозиционного электро-клапана 22. Один из входных штуцеров электроклапана 22 сообщен с напорной жидкостной магистралью 23, другой входной штуцер - с магистралью слива. Выходной штуцер электроклапана 22 сообщен каналом 24 с разгрузочной полостью 17 корпуса 11. В сопряженной со штоком 12 час-ти корпуса 11 со стороны разгрузоной полости 17 выполнены кольцевые проточки 25, причем верхняя проточка сообщена каналом с магистралью слива, а нижняя проточка - с рабочей камерой
13 корпуса 11. Для исключения сухого трения штока 12 о стенки корпуса 11, в ней размещен газостатический подшипник 26.
К газовой магистрали 7 на выходе из стандартной диафрагмы 8 подсоединена емкость 27, к выходу которой в свою очередь последовательно подключен эталонный расходомер 28. Для контроля среднего уровня давления на входе в стандартную диафрагму 8 подключен манометр 29, для измерения колебаний перепада давления на стандартной диафрагме 8 подключен датчик перепада давления 30. На входе в стандартную диафрагму 8 установлены байпасно вентиль 31 и генератор колебаний давления 32 с вентилем 33. К газостатическим подшипникам 9 и 26 через вентили 34 и 35 подводится газ под давлением от источника сжатого газа 36.
Калибровка мерной диафрагмы производится в следующей последовательности. Перед проведением испытаний шток 2 задатчика среднего уровня давления и шток 12 задатчика среднего перепада давления нагружаются мерными грузами массой Мгрч и Мгр2
соответственно:
Рср $ШТ1
-МШГ|(1)
АРСр 8ШТ2 Мф2 пМШТ2(2)
где РСр - заданное среднее давление на входе в диафрагму; А Рср - заданный средний перепад давления на диафрагме;
$шт1 - площадь поперечного сечения штока 2;
8Ш72 - площадь поперечного сечения штока 12;
МШТ1 -масса штока 2 с крепежными элементами.
чконтролируется системой поддержания заданного уровня, включающего датчики уровня 19 и 20, электронный блок 21 и двухпозиционный электроклапан 22 с источником давления жидкости 23. Алгоритм функционирования системы регулирования уровня жидкости построен таким образом, что независимо от давления в разгрузочной полости 17 уровень жидкости поддерживается в пределах между датчиками уровня 19 и 20. При достижении уровня датчика 19 прекращается подача жидкости из напорной магистрали 23, а при снижении уровня жидкости ниже уровня датчика 20 двухпозиционный клапан 22 сообщает полость 17 с напорной жидкостной магистралью 23. Таким образом поддерживается уровень жидкости в разгрузочной полости 17 между уровнями датчиков уровня 19 и 20.
Задатчик среднего давления на входе в стандартную диафрагму работает следующим образом: при увеличении давления на входе в стандартную диафрагму S давление в рабочей камере 3 увеличивается, что приводит к выталкиванию штока 2 вверх; при этом увеличивается площадь проходного сечения радиальных отверстий в штоке 2, повышается расход газа в атмосферу и давление на входе в диафрагму 8 восстанавливается. При уменьшении давления на входе в стандартную диафрагму 8, наоборот, площадь радиальных отверстий уменьшается, соответственно уменьшается расход газа в атмосферу, что приводит к восстановлению давления Рср до исходного
уровня. Для предотвращения автоколебаний штока 2 введен длинный трубопровод 5.
Задатчик среднего перепада давления работает следующим образом : при увеличении перепада давления на стандартной диафрагме 8 повышается выталкивающая сила, действующая на шток 12, последний движется вверх; при этом увеличивается площадь проходного сечения радиальных отверстий в штоке 12, повышается расход газа в атмосферу и перепад давления на диафрагме 8 восстанавливается. При уменьшении перепада давления на стандартной диафрагме 8, наоборот, площадь радиальных отверстий уменьшается, соответственно уменьшается расход газа в атмосферу, что приводит к восстановлению перепада давления на диафрагме 8 до исходного уровня. Для предотвращения автоколебаний штока 12,
также, как и в задатчике среднего давления введен длинный трубопровод 15.
При калибровке диафрагмы в статическом режиме открывается вентиль 31, вентиль 33 - закрыт. Поток газа, проходя через стандартную диафрагму 8, создает перепад давления АР. Манометром 29 контролируется среднее давление на входе в стандартную диафрагму 8, а по эталонному расходомеру 28 определяется расход газа через диафрагму 8, соответствующий перепаду давления, задаваемому мерными грузами 14. Задавая ряд значений Р, путем изменения массы мерных грузов 14, измеряется ряд значений расхода газа и строится расходная характеристика диафрагмы 8 в условиях отсутствия пульсаций потока газа(фиг.2).
Для калибровки диафрагмы в условиях пульсирующего потока газа на постоянную составляющую давления накладываются колебания, возбуждаемые генератором 32 и регулируемые по амплитуде вентилями 31 и 33 (фиг.З).
При этом на стандартной диафрагме 8 возникают колебания перепада давления, которые измеряеются датчиком 30. Ввиду инерционности штоков 2 и 12 с мерными грузами 4 и 14, они не успевают выровнить колебания давления на входе в диафрагму 8 и колебания перепада давления на ней. В тоже время сохраняютя средние значения давления Рср и перепада давления АРСр
на стандартной диафрагме 8, реализованные до возбуждения колебаний перепада давления.
Пульсирующий поток газа с выхода стандартной диафрагмы 8 подается к эталонному расходомеру 28 через емкость 27, обьем которой выбирается исходя из обеспечения полного гашения колебаний давления в ней. Таким образом, эталонный расходомер 28 будет регистрировать, как и в первом случае стационарный расход газа, с точностью, определяемой паспортными данными.
Выделив из измеренного перепада давления амплитуду Адр определяют относительное ее значение :
АДР АДР (3)
Так как из-за пульсаций давления происходит отклонение характеристики стандартной диафрагмы 8, то ошибка измерения расхода газа будет равна :
AQ  Q6.n. - Qn.(4)
где Об.п. и Qn. - расходы газа, определенные по эталонному расходомеру 28 в условиях стационарного потока газа через стандартную диа-фрагму 8 и при наличии пульсаций давления при одинаковых значениях Рср
и АРср, задаваемых задатчиками среднего давления и
перепада давления.
При известном значении AQ определяют относительную погрешность измерения расхода газа :
ДО (5)
Об.п.
Таким образом.задавая ряд значений амплитуд колебаний перепада давления может быть построена зависимость дополнительной погрешности измерения ISQI от относительной амплитуды колебаний перепада давления А (фиг.4).
Наличие такой характеристики (см фиг.4) позволяет выделить нижнюю границу допустимых амплитуд колебаний перепада давления на стандартной диафрагме 8 Адртах, при которых дополнительная погрешность измерения расхода газа из-за пульсаций не превысит наперед заданную величину 5QIAon.
Кроме того, при известных колебаниях перепада давления на стандартной диафрагме может быть с определенной вероятностью учтена дополнительная погрешность измерения расхода газа из-за пульсаций давления в газовой магистрали. Применение предлагаемой установки позволит повысить точность калибровки датчиков расхода с учетом колебаний рабочей среды, т.е. в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.
ЛИТЕРАТУРА :
1. Шумиловский Н.Н., Ситницкий Ю.И. Измерение пульсирующих потоков. Львов ,1947.
2.Дробышева НА, Никифоров А.Н. и др. Измерение нестационарных расходов с помощью сужающих устройств : Обзорная информация.-М,1984.
3.Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества.-Л,1975.
4. А.с. 1739230, G01L27/00, БИ N21,1992.
Проректор по НИР Самарского государственного аэрокосуйческого
университета Д U Ш UUЛег°Ааев Д-ЕАвторыс ФОРМУЛА