УСТРОЙСТВО ГРАДУИРОВКИ ПАР ОБЪЁМНЫХ РАСХОДОМЕРОВ В ТЕПЛОСЧЕТЧИКАХ ДЛЯ ЗАКРЫТЫХ И ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
APPARATUS FOR GRADING VOLUME FLOW METER PAIRS IN HEAT METERS FOR CLOSED AND OPEN HEAT SUPPLY SYSTEMS AND METHOD FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к экспериментальной измерительной технике и может быть использовано на объектах энергетики, нефтяной, химической промышленности, жилищно-коммунального хозяйства и т.д., где используются водяные системы теплоснабжения.
Известно устройство для градуировки и оценки погрешности измерения расходомеров. Блок - схема градуировки расходомеров когда открытая система теплоснабжения содержит объемные расходомеры (водосчетчики) подающего и обратного трубопроводов, водосчетчик горячего водоснабжения и теплообменник. Водосчетчики и теплообменник между собой соединены последовательно. Водосчетчик в канале (трубопровода воды) горячего водоснабжения через два управляемых вентиля прямого и обратного трубопроводов воды соединены параллельно с прямым и обратными каналами (трубопроводами). Устройство открытой системы разбивается на две группы: открытую, состоящую из двух управляемых вентилей и водосчетчика горячего водоснабжения, и закрытую с утечками (расхода воды), состоящую из двух водосчетчиков и теплообменника. При этом в открытой подсистеме количество теплоносителя в водоснабжении определяется по показанию водосчетчика в этом канале, а количество тепловой энергии по уравнению для однотрубной системы теплоснабжения.
Такое решение позволяет градуировать объемные расходомеры теплоносителя в разных отраслях промышленности (Как уменьшить измерение тепловой энергии и утечки теплоносителя. Журнал. Законодательная и прикладная метрология. №5, 2002 стр. 6-13, автор И.Ю. Шешуков).
Недостатки этого устройства: вторичный прибор теплосчетчика должен вводить поправку к показаниям водосчетчиков, из-за чего повышаются затраты на эксплуатацию. Разница между величиной новой и старой поправок велика и соответствует дополнительной погрешности при определении величины утечки. Отсутствует эталон и между собой сравнивают два расходомера, отсюда по расходу теплоносителя высокая погрешность ±10% и т.д.
Отсутствует возможность поточной градуировки расходомеров на каждом узле учета при изменении условий применения нужно градуировать индивидуально, что связано с большими временными затратами. Делать переградуировку расходомеров при коммерческих взаиморасчетах могут только полномочные лица. Во время градуировки расходомеров возникают неудобства связанные с прекращением теплоснабжения потребителя.
Известен способ градуировки объемных расходомеров теплоносителя и определение погрешности количества и расхода теплоносителя.
ГВС
1(2)
x
3
1(2)
3
1(2)
1(2)
x
Определяют тепловую энергию по уравнению для однотрубного устройства теплоснабжения горячего водоснабжения (ГВС); Q=[h-h]Vρ, где V - объем по показанию водосчетчика ГВС; ρ - плотность воды в прямом (обратном) трубопроводе; h - удельная энтальпия воды в прямом (обратном) трубопроводах; h - удельная энтальпия холодной воды на источнике теплоты.
ГВС
y
ГВС
y
_
Суммарное количество утечки теплоносителя в устройстве определяют как: G=G+G, где G масса теплоносителя, отобранная на ГВС; G - утечка теплоносителя в закрытой подсистеме устройства.
ГВС
ГВС
ЗУ
3y
ГВС
ЗУ
ГВС
ЗУ
Затем определяют суммарное количество потребленной энергии в закрытой подсистеме устройства с утечками. Тогда погрешность суммарной тепловой энергии определяют как: δQ=(δQ⋅Q+δQ⋅Q/Q), где δQ и δQ - относительные погрешности в подсистеме устройств ГВС и в закрытой подсистеме устройства с утечками. Суммарное количество потребленной тепловой энергии в устройстве определяют как: Q=Q+Q, где - количество тепловой энергии в закрытой подсистеме устройства с утечками.
Такое решение позволяет градуировать объемные расходомеры теплоносителя (Как уменьшить погрешность измерений тепловой энергии и утечки теплоносителя. Журнал. Законодательная и прикладная метрология №5, 2002, стр. 6-13, автор. И.Ю. Шешуков).
Недостаток этого способа заключается в том, что этот способ трудно реализовать без дополнительной типовой методики. Для этого необходимо проводить капитальную реконструкцию существующих узлов учета и значительно усложнять конструкцию вновь вводимых узлов учета тепловой энергии и количества теплоносителя. Кроме того, большие затраты для реализации способа в повседневной жизни до конца не устраняют большие погрешности коэффициента преобразования расходомеров.
Известно устройство для градуировки и оценки погрешности измерения расходомеров. Устройство содержит в прямом и обратном каналах (трубопроводах) расходомеры. Диаметры труб в прямом (прямом) и обратном каналах одинаковые (32 мм). Расходомер с диаметром условного прохода 10 мм в байпасном канале имитирует изменения в трубопроводе (канале) горячего водоснабжения (ГВС). На выходе каналов обратного тркбопровода и ГВС подсоединены весы. Значение расхода теплоносителя через расходомер канала горячего водоснабжения изменялось от 0,09 т/ч до 2,8 т/ч. При этом значение расхода расходомера прямого канала подбиралось таким образом, чтобы значение расхода обратного канала было постоянно. Измерения проводились в течении трех дней непрерывно.
Максимальное расхождение с весами 23,3%, по прямым трубопроводам 2, 2%, обратным 3,3% и горячего водоснабжения 23,4%.
Такое решение позволяет градуировать объемные расходомеры и оценить погрешности градуировки в открытой и закрытой системах теплоснабжения (Методическая ошибка при линейной аппроксимации характеристик погрешности расходомеров. В книге симпозиум ''Мир измерений. Вода, тепло, газ, 9-11 ноября 2004 г.'' Сборник докладов, СПБ, 2004, с. 138-148, авторы А.Г. Сафин, В.М. Кузовков).
Недостаток этого устройства: измеренное значение утечки теплоносителя по разности показании расходомеров прямого и обратного каналов до 20% отличается от показаний расходомера канала ГВС, хотя погрешности всех расходомеров по результатам индивидуальной градуировки не превышают ±2%. Точность определения массы утечки теплоносителя зависит от наклона градуировочной характеристики канала ГВС.
Известен способ градуировки объемных расходомеров теплоносителя и определение погрешности количества и расхода теплоносителя.
Сущность определения объемного расхода теплоносителя и оценки погрешности измерений обеспечивают так.
- Определяют характеристики взаимного расхождения результатов измерений по каналам (трубопроводам).
- Анализируют погрешности измерений разности расходов, проводят с помощью линейной аппроксимации.
1
1
2
ГВС
y
2
ХВ
1
1
2
ГВС
XB
- Определяют тепловую энергию и расход теплоносителя в системе отопления с открытым водоразборном в прямом трубопроводе. Потребление тепловой энергии Q для такого устройства определяют как: Q=М(h-h)+(M-М)(h-h), где М - значение массы теплоносителя, прошедшего через подающий трубопровод; h, h - энтальпия теплоносителя в прямом обратном трубопроводах, соответственно; М -масса теплоносителя по показанию водосчетчика, отобранного на нужды ГВС; М - масса утечки теплоносителя; h - энтальпия холодной воды.
у
1
2
ГВС
2
- Массу утечки определяют как: М=М-М-М, где М - значение массы теплоносителя, прошедшего через обратный трубопровод.
у
- Совместно решают уравнения для Q и М и определяют потребление тепловой энергии в системах с открытым водоразбором, т.е.
1
1
2
1
2
2
XB
Q=M(h-h)+(M-M)(h-h).
ГВС
1
ГВС
2
- Осуществляют контроль работы теплосчетчика путем определения зависимости М от приращения М при допущении, что М не зависит от М, т.е. устройство идеализируют.
- Второй подход - искусственный. Приводят устройство к закрытому с помощью выражения  и построение зависимости М от .
i
i+1
i
i+1
i
i+1
- Далее допускают, что приращение величины у зависит от приращения величины х в соответствии с выражением: y-y=x-x+Δ(x)-Δ(x), где Δ(х) - взаимное расположение величин х и у.
i
i
При этом угол наклона между двух величин х и у окончательно определяют как: . Если величина взаимного расхождения не зависит, расположены величины х, то угол наклона всегда равен единицы. В этом случае невозможно оценить взаимное расположение показаний. Если Δ(x)=δx, то угол наклона прямой характеризует величину взаимного расхождения β=1+δ. Если величина взаимного расхождения переменна, то угол наклона зависит от характера этой зависимости.
i
i
i
i+1
i+1
i+1
i
- Допускают, что в точках x взаимное расположение величин х и у равно Δ(x)=0,001x; а в точке x-Δ(x)=0,009x. Тогда угол наклона зависит от ширины  по выражению:где Зависимость β от k почти гиперболическая.
Такой способ позволяет градуировать объемные расходомеры для теплосчетчиков и оценить погрешности их измерений в открытых и закрытых системах теплоснабжения (Методическая ошибка при линейной аппроксимации характеристик погрешности расходомеров. В кн. Симпозиум ''Мир измерений. Вода, тепло, газ. 9-11 ноября 2004 г''. Сборник докладов. СПБ, 2004, с. 138-148. Авторы Сафин А.Г., Кузовков В.М.).
ГВС
1
2
Недостатки этого способа для определения расхода теплоносителя и оценки погрешности измерения следующие. Замена прямых измерений М - на косвенные измерения эквивалентна математически, но не эквивалентна метрологический. Определение массы теплоносителя, отобранного из системы теплоснабжения, по разности измеренных значений М и М может привести к достаточно большой методической ошибке определения массы теплоносителя, отобранного из системы теплоснабжения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство для градуировки пар объемных расходомеров теплоносителя и оценки погрешности его измерения.
Это устройство содержит трубопроводы прямой, обратный и блок байпасных (эталонных блоков) открытых водяных систем теплоснабжения. В прямом и обратном трубопроводах последовательно соединены по одному объемные расходомеры. Объемный расходомер параллельно соединен c объемным расходомером в обратном трубопроводе на выходах обратного и блока байпасных трубопроводов соединены мера резервуар и весы. Устройство также содержит не менее одной пары объемных расходомеров, управляемый регулируемый вентиль обратного трубопровода (ОТ), группу колен. В трубопроводах в каждом соединены между собой один и более объемных расходомеров. Прямой и обратный трубопроводы разделены группой колен. В начале и конце обратного трубопровода присоединены управляемые вентили обратного трубопровода. Каждый байпасный трубопровод с обратным трубопроводом соединен параллельно через управляемые регулируемые вентили, параллельных ветвей байпасных трубопроводов одна и более. В каждой ветви байпасного трубопровода последовательно с не менее чем двумя объемными эталонными расходомерами соединены управляемые регулируемые вентили ОТ. В устройстве вода поступает из оборотной емкости в измерительный трубопровод. К входу подающего трубопровода присоединен блок объемными эталонных расходомеров. А с выхода обратного трубопровода вода поступает в исходные эталоны объемного расхода, состоящие из переключателей потока и мерников объема. Все управляемые и сигнальные выходы объемных расходомеров и управляемых вентилей соединены с входами индикатора.
Такое конструктивное решение позволяет градуировать пары объемных расходомеров и оценить погрешности градуировки в открытых системах теплоснабжения (Патент Российской Федерации №2296959 ''Способ градуировки объемных расходомеров теплосчетчика и устройство для его осуществления''. Авторы В.Ю. Теплышев, М.Н. Бурдунин, А.А. Варгин).
Недостатком предложенного устройства является отсутствие возможности в этом устройстве воспроизведения отрицательных значений разности объемных расходов (когда объемный расход в обратном трубопроводе превышает объемный расход в прямом трубопроводе), поскольку на практике такие ситуации встречаются не редко, особенно в закрытых системах теплоснабжения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ градуировки пары объемных расходомеров теплоносителя и оценки погрешности его измерения.
Основная сущность способа, для градуировки пары объемных расходомеров для теплосчетчиков открытых водяных систем теплоснабжения, заключаются в следующем: Определяют объемные расходы. Воспроизводят, пропуская теплоноситель, в прямом, обратном и байпасном трубопроводах (эталонный блок). И, определяют коэффициенты преобразования поверяемых пар объемных расходомеров. По показаниям объемных эталонных расходомеров задают объемные расходы в прямом, трубопроводе. По показаниям объемных эталонных расходомеров на байпасных трубопроводах (эталонных блоках) задают дискретные значения положительной разности объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах. При этом определяют, что характеристики градуируемых пар объемных расходомеров идентичны и линейны. Каждый расходомер градуируют индивидуально и попарно. По показаниям расходомеров эталонных блоков определяют расход в прямом трубопроводе и положительную разность объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах. С помощью регулируемого управляемого вентиля расхода в байпасный блок подают расход несколько больший, чем требуемое значение разности расхода в прямом и обратном трубопроводах. При этом строят семейство градуировочных характеристик канала прямого измерения положительной разности расходов в прямоугольных координатах. Добиваются повышения точности измерений объемных расходов путем градуировки пары объемных расходомеров с линейными градуировочными характеристиками. И прямого измерения положительной разности объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах от величины реализуемой положительной разности объемных расходов теплоносителя. При этом для пары расходомеров одновременно определяют зависимости объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах, от выходных сигналов (напряжения). Производят прямое измерение положительной разности расходов по непосредственно воспроизведенной величине этой положительный разности расходов с минимальной заданной погрешностью и времени усреднения расхода для m-ого количества значений выходных напряжений объемных расходомеров. Строят зависимость выходного напряжения, расходомера подающего трубопровода от выходного напряжения расходомера обратного трубопровода при заранее заданных погрешностях воспроизведенных разностях расходов. Графически показывают, что наименьшее значение возможной погрешности составляет , а наибольшее , где L искомое расстояние точки измерения до ближайшей градуировочной характеристики пары расходомеров по разности объемных расходов, L' - оценка наименьшего из возможных значений L, L'' - оценка наибольшего из возможных значений L. Расхождение показаний расходомеров в прямых и обратных каналах 20%. Точность определения расхода теплоносителя зависит от угла наклона градуировочной характеристики канала ГВС и числа точек, в которых проводилась градуировка.
Такой способ измерены, позволяет градуировать пары объемных расходомеров и оценить погрешности градуировки в открытых системах теплоснабжения (Патент Российской Федерации №2296959 ''Способ градуировки объемных расходомеров теплосчетчика и устройство для его осуществления''. Авторы В.Ю. Теплышев, М.Н. Бурдунин, А.А. Варгин).
Недостатком предложенного способа является отсутствие возможности получить совместную градуировочную характеристику пары расходомеров теплосчетчика, при отрицательных значениях разности объемных расходов, что не позволяет получить достоверные результаты измерений. Особенно в условно закрытых системах теплоснабжения, поскольку именно в них наиболее существенно проявляются неблагоприятные последствия от соотношения индивидуальных погрешностей расходомеров, имеющих различные знаки. Причем неблагоприятное сочетание индивидуальных градуируовочных характеристик обоих расходомеров пары, которая может проявиться в условиях эксплуатации и привести к значительной погрешности измерений разности объемных расходов, заранее не известна, случайна и, спрогнозировать ее невозможно. Вместе с тем, это является причиной не достоверных результатов измерений значений массы теплоносителя, отобранного из тепловой сети (штатно и/или с утечками), и, как следствие, тепловой энергии.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и точности градуировки пар объемных идентичных расходомеров любого типа в составе теплосчетчиков при воспроизведении разностей объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах водяных систем теплоснабжения (ВСТ). Точность градуировки пар объемных расходомеров повышается за счет прямого измерения положительной и отрицательной разности объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах. С учетом измеренного значения разности объемных расходов вычисляют значение массы теплоносителя, потерянного с утечками в условно закрытых ВСТ. или отобранного на ГВС в открытых ВСТ. Производительность устройства повышается за счет одновременной градуировки партии пар объемных расходомеров. Для прямого, и обратного трубопроводов, как условно закрытых, так и открытых ВСТ.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для градуировки пар объемных расходомеров теплосчетчиков, для закрытых и открытых систем теплоснажения, содержащее прямой, обратный трубопроводы, управляемый регулирующий вентиль обратного трубопровода, два последовательно соединенных колена, оборотную емкость, измерительный участок, градуируемые пары объемных расходомеров, выходной трубопровод, всасывающий трубопровод, нагнетающий блок, блок исходного эталона, содержащего распределитель направляющий поток воды, два распределительных трубопровода, два переключатели потока воды, два мерника, два сливных трубопровода, первый, второй эталонные блоки, индикатор, первый эталонный блок содержит не менее двух эталонных систем в каждой не менее двух объемных расходомеров и управляемый регулирующий вентиль, первого эталонного блока, байпасный второй эталонный блок содержит не менее двух эталонных систем, каждая из которых содержит не менее двух объемных расходомеров и управляемый регулирующий вентиль второго эталонного блока, запорные вентили, которые соединяют его с обратным трубопроводом и обеспечивают или прекращают подачу воды, прямой и обратный трубопроводы могут быть разделены группой колен либо вытянуты в одну линию, трубопроводы, прямой и обратный содержат градуируемые пары объемных расходомеров от одной пары и более, на выходе обратного трубопровода присоединен управляемый регулирующий вентиль обратного трубопровода, на входе в прямой трубопровод присоединен первый эталонный блок, в который вода подается из оборотной емкости нагнетателем по всасывающему трубопроводу, причем в процессе градуировки объемных эталонных расходомеров, вода через выходной трубопровод поступает в блок исходного эталона, либо в мерник, либо через сливные трубопроводы в оборотную емкость, блок исходного эталона содержит распределитель потока воды, который в зависимости от измеряемого расхода направляет воду по соответствующему направляющему трубопроводу в мерник соответствующего объема, в который при подаче команды на измерение поток направляется соответствующим переключателем потока воды, все управляемые и сигнальные выводы соединяют с индикатором в нем дополнительно введены третий эталонный байпасный блок, управляемый регулирующий вентиль третьего эталонного блока, два запорных вентиля, причем третий эталонный байпасный блок содержит не менее двух эталонных систем, каждая из которых содержит не менее двух объемных расходомеров, управляемый регулирующий вентиль прямого трубопровода, оба запорных вентиля соединены с прямым трубопроводом, эти вентили полностью открыты или закрыты тогда расход воды или есть или отсутствует, управляющий регулируемый вентиль третьего эталонного блока на прямом трубопроводе обеспечивает наличие расхода воды в третьем эталонном блоке, а управляемые регулирующие вентили прямого и обратного трубопроводов на эталонных системах обеспечивают заданное значение отрицательной разности расходов.
1
2
1
2
2
1
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
j
1
2
1
2
Технический результат достигается тем, что в способе градуировки пар объемных расходомеров теплосчетчиков, для закрытых и открытых систем теплоснажения, заключающийся в том, что создают первый рабочий режим градуировки устройства: при одинаковых объемных расходах воды в прямом и обратном трубопроводах, значит при нулевой разности объемных расходов Δq=0 в прямом и обратном трубопроводах, для градуируемых пар объемных расходомеров на измерительном участке методом прямого измерения, согласно составленным алгоритму и программе, реализуют метод прямого, измерения разности объемных расходов при Δq=q-q=0, получают значения выходных сигналов с выходов объемных расходомеров на прямом U и обратном U, трубопроводах, для этого регулирующий управляемый вентиль обратного трубопровода на обратном трубопроводе полностью открывают, а запорные вентили на втором эталонном блоке полностью закрывают, при этом также строят зависимости выходных сигналов расходомера, расположенного на обратном трубопроводе U, от значения сигнала с расходомера на прямом трубопроводе U при каждом из заданных значениях расходов в прямом и обратном трубопроводах и разности объемных расходов равной нулю Δq=0 получают градуировочную характеристику в виде прямой, она заносится в индикатор; воспроизводят второй режим работы устройства, задают утечки теплоносителя с разностью объемных расходов воды в прямом и обратном трубопроводах больше нуля: Δq=q-q>0, при этом градуируют пары объемных расходомеров на измерительном участке методом прямого измерения положительной разности расходов по значениям, непосредственно воспроизводимым: первым эталонным блоком - значения расхода в прямом трубопроводе q и вторым эталонным блоком - значения разности расходов воды Δq, с заранее заданной малой погрешностью, далее воспроизведенному значению разности расходов Δq ставят в соответствие выходные сигналы с каждой пары градуируемых расходомеров: в прямом - U и обратном - U трубопроводах, которые заносят в индикатор, задают значения разности объемных расходов воды большие нуля Δq=q-q>0, задают тем, что управляемым регулирующим вентилем обратного трубопровода на обратном трубопроводе часть воды, минуя градуируемые расходомеры на обратном трубопроводе, пропускают через второй эталонный блок, где это значение расхода управляемыми регулирующими вентилями второго эталонного блока во втором эталонном блоке по показаниям эталонных расходомеров этого блока корректируют, максимально приближая к значению задаваемой разности расходов, в нем создают третий рабочий режим устройства градуировки пар объемных расходомеров - отрицательной разности расходов в прямом и обратном трубопроводах, для этого в обратном трубопроводе задают объемный расход воды, который больше чем в прямом трубопроводе -Δq=q-q<0, градуировочную характеристику -Δq=q-q=ΔAq(U, U) каждой пары объемных расходомеров, установленных на измерительном участке получают при заданных значениях отрицательной разности объемных расходов -Δq=q-q<0 в зависимости от выходных сигналов градуируемой пары объемных расходомеров: где U - напряжения с выхода объемного расходомера на прямом трубопроводе и U - обратном трубопроводе, задают отрицательную разность объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах при полностью открытом вентиле на обратном трубопроводе и закрытых запорных вентилях на втором эталонном блоке, отсекающих второй эталонный блок, то есть создают полностью беспрепятственное течение теплоносителя по обратному трубопроводу, тогда предварительно при полностью закрытом управляемом регулирующем вентиле прямого трубопровода на прямом трубопроводе и открытых запорных вентилях на третьем эталонном блоке объемные эталонные расходомеры третьего эталонного блока предварительно градуируют по исходному эталону с пределами допускаемой относительной погрешности объемных эталонных расходомеров пренебрежимо малыми по сравнению с допускаемыми пределами относительной погрешности градуируемых объемных расходомеров, конкретное значения отрицательной разности расходов воды в прямом и обратном трубопроводах задают следующим образом: с помощью управляемого регулирующего вентиля прямого трубопровода на прямом трубопроводе расход воды, соответствующий воспроизводимой разности объемных расходов подают в третий эталонный блок, минуя градуируемые расходомеры, расположенные на прямом трубопроводе, для этого в третий эталонный блок сначала подают расход воды несколько больший, чем требуемое значение разности объемных расходов Δq, затем необходимое значение отрицательной разности объемных расходов устанавливают управляемыми регулирующими вентилями прямого трубопровода, обратного трубопровода и третьего эталонного блока по показаниям объемных эталонных расходомеров, находящихся в третьем эталонном блоке, максимально приближают к заданному значению отрицательной разности объемных расходов воды, причем, при выполнении первого этапа для полного заполнения устройства теплоносителем, открывают управляемый регулирующий вентиль прямого трубопровода на прямом трубопроводе и открывают запорные вентили на третьем эталонном блоке, на втором этапе при разности расходов в прямом и обратном трубопроводах равной нулю Δq=q - q=0, закрывают запорные вентили на третьем эталонном блоке и регулирующий управляемый вентиль прямого трубопровода на прямом трубопроводе полностью открывают, на третьем этапе при разности расходов в прямом и обратном трубопроводах больше нуля Δq=q - q>0 управляемый регулирующий вентиль на прямом трубопроводе полностью открыт, а запорные вентили третьем эталонном блоке полностью закрыты.
На фиг. 1а изображена блок - схема устройства градуировки (поверки) пар объемных расходомеров для теплосчетчиков и отдельные его узлы фиг. 1б. На фиг. 2 - фиг. 4 изображены градуировочные характеристики отдельно взятой пары расходомеров по методу прямого измерения разности объемных расходов, полученные с помощью предлагаемого устройства и оценки пределов, составляющих погрешности измерительного канала разности расходов возникающих при такой градуировке.
Блок-схема фиг. 1а устройства градуировки пар объемных, например, электромагнитных расходомеров, содержит прямой 1 трубопровод обратный 2 трубопровод, (для широкого потребления применяются с номинальными диаметрами от DN 15 до DN 300), управляемый регулирующий вентиль прямого трубопровода 3, два последовательно соединенных колена 4 (не менее двух колен 1' и 2'), оборотная емкость 5, измерительный участок 6, градуируемые пары объемных (например, электромагнитных) расходомеров 7-10, управляемый регулирующий вентиль обратного трубопровода 11, выходной трубопровод 12. Всасывающий трубопровод 18, нагнетающий блок 19, блок исходного эталона 20 содержащий, распределитель 21, направляющий поток воды, в зависимости от расхода в направляющие трубопроводы 21' или 21'', два переключатели потока 22, 23, два мерника 24, 25, два сливных трубопровода, 24', 25', первый, второй, третий эталонные блоки 26, 26', 26'', индикатор 38. Первый эталонный блок 26 фиг. 1б, второй эталонный блок 26' и третий эталонный блок 26'' устроены аналогично. Первый эталонный блок 26 содержит не менее двух эталонных систем в каждой не менее двух объемных расходомеров 27 и 28 или 31 и 32 и управляемый регулирующий вентиль 29 первого эталонного блока и 30, второй эталонный байпасный блок 26' содержит не менее двух эталонных систем, каждая из которых содержит не менее двух объемных расходомеров 13 и 14 или 13' и 14', управляемый регулирующий вентиль второго эталонного блока 15 или 15, запорные вентили 16 и 17, которые соединяют его с обратным трубопроводом. Эти вентили полностью открыты или закрыты для прохода воды, т.е. обеспечено наличие или отсутствие расхода воды. Третий эталонный байпасный блок 26'' содержит не менее двух эталонных систем, каждая из которых содержит не менее двух объемных расходомеров 33 и 34 или 33' и 34', управляемый регулирующий вентиль третьего эталонного блока 35 или 35, запорные вентили 36 и 37, которые соединяют с подающим трубопроводом. Эти вентили полностью открыты или закрыты для прохода воды, т.е. обеспечено наличие или отсутствие расхода воды.
Число параллельных ветвей с эталонными системами расходомеров в первом, во втором и третьем эталонных блоках 26,26' и 26'' зависит от решаемой задачи. Второй и третий эталонные байпасные блоки 26' и 26'' имеют трубопроводы меньших номинальных диаметров (как правило, от DN 5 до DN 25), чем первый эталонный блок, который может иметь трубопроводы с номинальными диаметрами до DN 100 и более.
Трубопроводы 1 и 2 могут быть разделены группой колен 4, либо вытянуты в одну линию. Трубопроводы, подающие и обратные 1 и 2 (или каналы 1 и 2) открытых ВСТ (ОВСТ) или условно закрытых ВСТ (УЗВСТ) содержат в каждом канале градуируемые пары объемных расходомеров 7 - 8, 9 - 10 от одной пары и более. На выходе обратного трубопровода 2 присоединен управляемый регулирующий вентиль обратного трубопровода 11, которым регулируется грубая подача воды во второй эталонный блок 26' от нулевого до наибольшего значения расхода воды или теплоносителя (нагретая вода).
На входе в прямой трубопровод содержится первый эталонный блок 26, в который вода подается из оборотной емкости 5 нагнетателем 19 (насосом) по всасывающему трубопроводу 18.
Наибольшее количество градуируемых пар расходомеров (на трубопроводе 1 располагаются расходомеры с прямого трубопровода, а на 2 с обратного) зависит от размеров устройства и размеров посадочных мест для каждого расходомера с учетом требуемых длин прямолинейных участков до и после расходомера фиг. 1а.
В процессе градуировки объемных эталонных расходомеров 13, 14, 13', 14' как и расходомеров 27, 28, и 31, 32 вода через дополнительный трубопровод 12 поступает в блоке исходного эталона 20, в мерник 25 или 24, либо через сливные трубопроводы 25' или 24' в оборотную емкость 5. Блок исходного эталона 20 содержит распределитель потока воды 21, который в зависимости от измеряемого расхода направляет воду по направляющему трубопроводу 21' или 21'' к мернику 25 или 24 соответствующего объема, в которые при подаче команды на измерение поток направляется соответствующим переключателем потока 22, 23. В течение заданного времени (как правило, от 30 до 180 с), определяемого оператором, исходя из времени заполнения эталонной емкости (мерника) 25 или 24, вода будет поступать в мерник, а затем при подаче команды на конец измерения переключатель 22 или 23, направит поток через сливные трубопроводы 25' или 24' в оборотную емкость 5.
В исходном эталонном блоке 20 вместо мерников 25, 24 могут применяться резервуары, в которых масса поступившей воды определяется с помощью весов и затем пересчитывается в объем.
Из оборотной емкости 5 по всасывающему трубопроводу 18 вода в измерительный участок 6 поступает через первый эталонный блок 26 при нагнетании блоком (насосом) 19.
1
2
1
2
В результате первый 26 и второй 26' эталонные блоки градуируются по исходному эталону расхода 20, причем, только в случае, если объемный расход в обратном трубопроводе меньше и/или равен объемному расходу в прямом трубопроводе, т.е. имеется разность объемных расходов положительная или равная нулю, Δq=q-q>0. Нулевая разность расходов получается при полностью открытом управляемом регулирующем вентиле ОТ 11 и при закрытых запорных вентилях 16-17. Для получения положительной разности расходов Δq=q-q>0, запорные вентили 16-17. открыты полностью, а управляемый регулирующий вентиль ОТ 11 частично закрыт, для поступления части потока воды, минуя объемные расходомеры 9, 10, на обратном трубопроводе во второй эталонный блок 26', где содержатся объемные эталонные расходомеры 13, 14, 13', 14' и управляемые регулирующие вентили второго эталонного блока точной настройки 15, 15' фиг. 1а. Расход воды, проходящий через второй эталонный блок 26', измеряется точно с помощью объемных эталонных расходомеров 13, 14, 13', 14'.
1
2
Отличительной особенностью предлагаемого устройства фиг. 1а градуировки пар объемных (электромагнитных) расходомеров от прототипа является введение третьего эталонного байпасного блока 26'', управляемого регулирующего вентиля прямого трубопровода 3, запорных вентилей 36, 37, для воспроизведения отрицательной разности расходов в прямом и обратном трубопроводах. Это позволяет определять градуировочные характеристики пар объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 для теплосчетчиков дополнительно при отрицательной разности объемных расходов, то есть, если разность объемных расходов Δq в прямом и обратном трубопроводах меньше нуля. На фиг. 4 показаны случаи, когда, Δq=-5%, и Δq=-10% от расхода в прямом трубопроводе. Случаи, когда объемный расход в обратном трубопроводе превышает объемный расход в прямом трубопроводе, -Δq=q-q<0 нередко встречаются на практике, особенно в УЗВСТ. Это возникает в результате не качественной деаэрации теплоносителя (воды), т.е. из воды не полностью удаляются неизбежно содержащиеся в ней газы, входящие в состав воздуха (азот, кислород, и т.д.). При выходе с источника тепловой энергии, когда давление теплоносителя достаточно высокое (как правило, около 1,6 МПа) эти газы находятся в растворенном состоянии и на точность измерений расхода воды влияния не оказывают. Однако при падении давления, которое особенно существенно проявляется по законам гидравлики в обратном трубопроводе, газы начинают выделяться в свободное состояние в виде пузырей. И теплоноситель будет представлять собой водогазовую смесь, суммарный объем которой оказывается больше объема теплоносителя (воды), находящегося при более высоком давлении в прямом трубопроводе. Кроме того, количество свободного воздуха в обратных трубопроводах систем теплоснабжения объектов повышают работающие на объектах насосы, особенно циркуляционные.
Для воспроизведения отрицательного расхода в устройстве введен третий эталонный блок 26''.
1
Для воспроизведения заданного значения отрицательной разности расходов, -Δq=q-q<0, управляемый регулирующий вентиль ОТ 11 на обратном трубопроводе полностью открыт, а запорные вентили 16 и 17 второго эталонного блока полностью закрыты. Управляемый регулирующий вентиль прямого трубопровода 3 на прямом трубопроводе предназначен для грубой регулировки значения расхода воды в третьем эталонном блоке, а управляемые регулирующие вентили на эталонных системах третьего эталонного блока предназначены для точной настройки заданного значения разности расходов -Δq<0 по показаниям эталонных расходомеров эталонных систем третьего эталонного блока.
Принцип работы устройства градуировки пары объемных (электромагнитных) расходомеров заключается в следующем.
3
Теплоноситель протекает через проточную часть электромагнитного расходомера расположенную в магнитном поле. Индукция магнитного поля, расходомера равна В. Если жидкость, выполняющая в данном случае функции сердечника, протекает по проточной части объемного электромагнитного расходомера со средней скоростью v, то в расходомере, например, пары объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 индуцируется электродвижающая сила (ЭДС) и образуется разность потенциалов на выходе электродов расходомера e=vBd, где d - внутренний диаметр проточной части расходомера. Это выражение можно представить как:, где Q - средний расход жидкости в м /с Питание катушек расходомера переменным или постоянным напряжением. Питание расходомера переменным напряжением устраняет электролитическую поляризацию расходомера, если частота достаточно высокая, а также позволяет использовать усилитель переменного тока (индикатор 38 содержит эти усилители) для усиления выходного сигнала расходомера. Выходное напряжение расходомера не зависит от режима течения потока ламинарный или турбулентный, и от формы профиля скорости потока, если он близок к осесимметричному. Однако значимая осевая не симметрия профиля скоростей потока может влиять на показания расходомера. Напряжение питания объемного электромагнитного расходомера 12 В.
Функционирование устройства для градуировки пар объемных расходомеров в теплосчетчиках для условно закрытых и открытых систем теплоснабжения, построен на четырех режимах работы:
1x.x.
2x.x.
- в режиме холостого хода устройство заполнено полностью водой, но расход воды в прямом и обратном трубопроводах, в первом 26 и во втором и третьем байпасных блоках 26' и 26'' отсутствует (равен нулю). При этом режиме снимают показания с электродов калибруемых объемных электромагнитных расходомеров 7 -10 на подающих обратных трубопроводах и эталонных объемных электромагнитных расходомеров 27, 28, 31, 32, 33, 34, 33', 34' и 13, 14, 13', 14' третьем и втором эталонных блоках, т.е. при отсутствии расхода (определяют дрейф напряжения холостого хода нуля прямом и обратном трубопроводах U и U или аддитивную погрешность расходомеров) и запоминают в индикаторе 38.
1
2
1
2
- в первом рабочем режиме объемные расходы в прямом и обратном трубопроводах равны, Δq=q-q=0, при этом управляемые регулирующие вентили на обратном 11, на прямом 3 трубопроводах открыты и запорные вентили 16, 17 втором, 36 и 37 третьем эталонных блоках закрыты. Данный случай градуировочные характеристики пары объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 двух трубопроводах показан на фиг. 2 - фиг. 4 регистрированные, и их токосъемные, управляемые выводы несущие информацию о разности расходов Δq=q-q=0 соединены к индикатору 38;
1
2
1
2
- во втором рабочем режиме объемный расход теплоносителя в прямом трубопроводе больше объемного расхода обратного трубопровода Δq=q-q>0, при этом управляемый регулирующий вентиль прямого трубопровода 3 на прямом трубопроводе открыт, запорные вентили 36 и 37 третьем эталонном блоке закрыты, а запорные вентили 16 и 17 втором эталонном блоке открыты. Данный случай градуировочные характеристики пары объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 двух трубопроводах показан на фиг. 4 регистрированные, и их токосъемные, управляемые выводы несущий информацию о разности расходов Δq=q-q>0 соединены к индикатору 38;
1
2
1
2
1
2
1
2
- в третьем рабочем режиме объемный расход в обратном трубопроводе превышает объемный расход в прямом трубопроводе, то есть -Δq=q-q<0, при этом управляемый регулирующий вентиль ОТ 11 на обратном трубопроводе открыт и запорные вентили: 16, 17 втором эталонном блоке - закрыты, а, запорные вентили 36 и 37 третьем эталонном блоке открыты. Данный случай градуировочные характеристики пары объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 двух трубопроводах показан на фиг. 4 регистрированные, и их токосъемные, управляемые выводы несущие информацию о разности расходов запоминают в индикаторе. Напряжения на выходе электродов пар объемных градуируемых электромагнитных расходомеров U, U несущие информацию пропорциональны измеряемым объемный расходам q,q и отрицательной разности объемных расходов -Δq=q-q<0 регистрируют в индикаторе и их токосъемные выводы соединены к индикатору 38.
1
1
1
2
2
2
1
2
1
2
В устройстве управляемые выходы объемных эталонных расходомеров 13, 14 и 33, 34, и 13', 14', 33', 34', регулируемых управляющих вентилей, 15, 15,' 35, 35', 11, 3, градуируемых пар объемных расходомеров 7, 9, и 8, 10, в составе трех эталонных блоков, 26, 26'' и 26', 26'' соединены к входу индикатора. И на выходе индикатора получают результаты градуировки, например, объемных электромагнитных расходомеров: индивидуальные q=q(U) и q=q(U) И В паре Δq=q-q=Δq(U,U).
Управление всеми технологическими процессами - подача воды, регулирование уровней выходного напряжения объемных электромагнитных расходомеров, открытое, закрытое, промежуточные положения, управляемых регулируемых вентилей расхода осуществляется по команде индикатора. Результаты измерений обрабатываются в индикаторе, и выдается для каждой пары расходомеров паспорт или формуляр установленного образца.
На фиг. 1а, б в трех эталонных блоках 26, 26' и 26'' показывают две эталонные расходомерные линии, но при необходимости их число может быть увеличено. Наличием в каждом из трех эталонных блоков нескольких эталонных систем (линий) объемных расходомеров, в каждой из которых два и более последовательно установленных эталонных расходомера, достигают повышение точности и надежности измерений объемного расхода, что регламентировано ГОСТ Р 8.608. Каждый из трех эталонных блоков 26, 26' и 26''соответствует схеме, показанной на фиг. 1б;
Показана блок-схема на фиг. 1а устройства для градуировки пар объемных электромагнитных расходомеров путем воспроизведения наиболее важных условий работы расходомеров в открытых (по ГОСТ 26691) или условно закрытых водяных системах теплоснабжения (в России существуют именно они, а не идеально закрытые системы теплоснабжения, как например в Евросоюзе).
В устройстве вентили 36-37 представляют собой управляемые шаровые краны, позволяющие полностью открывать, либо прекращать подачу воды. Управляемые регулируемые вентили 35, 35' с обратной связью позволяют регулировать расход воды в трубопроводах на основании показаний объемных эталонных расходомеров 33, 34, 33', 34'. Все вентили и расходомеры стандартные, серийно выпускаемые промышленностью.
Резервуары 24, 25 представляют собой мерники второго разряда по ГОСТ 8.400 - 2013. Если определяется объем жидкости, либо, если определяется масса жидкости, простые резервуары с антикоррозионным покрытием, они обеспечивают полный слив жидкости после выполнения измерения, в том числе должны обеспечивать минимальное налипание жидкости на внутренней поверхности.
Использованные в устройстве фиг. 1а, эталонные блоки 26, 26' и 26'' содержат эталонные системы расходомеров, в каждой из них по ГОСТ Р 8.608 не менее двух расходомеров (предпочтительно использовать электромагнитные). Макетный образец эталонных блоков собран на основе наличия в производстве вентилей, расходомеров, трубопроводов и т.д.
Индикаторный блок 38 выполнен на основе персонального компьютера PC.
Устройство позволяет градуировать (поверять) пары расходомеров вихревых, ультразвуковых, турбинных, электромагнитных. В устройстве эталонные расходомеры должны быть только электромагнитные. Поскольку только такие расходомеры обеспечивают необходимую в данном случает градуировочную характеристику, наиболее близкую к линейной (Р 50.2.026-2002 Термопреобразователи сопротивления и расходомеры электромагнитные в узлах коммерческого учета теплоты).
Основные характеристики макета устройства для градуировки в пар объемных электромагнитных расходомеров.
1. Виды градуируемых объемных расходомеров, любые, но предпочтительны электромагнитные.
2. Количество пар градуируемых расходомеров одновременно от одной и более.
3. Рабочее время градуировки пар расходомеров от двух часов и более.
4. Расход теплоносителя для расходомеров в парах от 6 литров в час и более.
5. Величины разности положительных и отрицательных объемных расходов, до 30% от значения расхода в прямом трубопроводе.
6. Скорость течения теплоносителя в трубопроводах до 10 м/с.
7. Наибольшее избыточное давленые теплоносителя в трубопроводах штатно до 1,6 МПа.
8. Температура воды (теплоносителя) в трубопроводах от 1 до 150°С.
9. Температура окружающей среды: при моноблочном исполнении от +5 до +50°С, при раздельном исполнении датчики расхода от -30 до +50°С, а их электронные блоки от +5 до +50°С.
10. Погрешность измерений объемных расходов до ±2%; и разности объемных расходов до ±6%.
11. Состав измерительных приборов эталонные вольтметры не менее 50 мВ.
12. Напряжение питания сети от 187 до 242 В.
13. Потребляемая мощность из сети из расчета 20 Вт на пару поверяемых расходомеров.
14. Рабочее положение горизонтальное.
15. Наибольшие габаритные размеры 6000×2000×3000 мм.
16. Вес 1000 кг.
Способ градуировки пар объемных расходомеров в теплосчетчиках для условно закрытых и открытых систем теплоснабжения осуществляют как:
3
1 этап. Измеряют значения напряжения, выдаваемые электромагнитными расходомерами устройства в режиме работы холостого хода при подмагниченном состояний пар градуируемых 7, 9 и 8, 10 и объемных эталонных расходомеров 27, 28, 31, 32, 13, 14 и 33, 34, и 13', 14', 33', 34', переменным напряжением 12 В. При этом для градуировки пар объемных электромагнитных расходомеров 7, 9 и 8, 10, прямом 1, обратном 2 трубопроводах устройство располагают в рабочее положение, горизонтально или вертикально, без перекосов относительно основания (места штатного рабочего расположения) фиг. 1а. Из оборотной емкости 5 нагнетательным блоком (насосом) 19 через первый эталонный блок 26, подают теплоноситель в подающий трубопровод 1, с расходом, находящимся в пределах диапазона измерений градуируемых расходомеров (для электромагнитного расходомера с номинальным диаметром датчика расхода DN 50 диапазон измерений от 0,06 до 60 м/ч) при этом открывают управляемые регулирующие вентили в обратном 11 и прямом 3 трубопроводах, открывают запорные вентили 16, 17 во втором эталонном блоке, третьем эталонном блоке открывают запорные вентили 36, 37 и заполняют устройство полностью теплоносителем.
1x.x.
2x.x.
1x.x.
2x.x.
Измеряют напряженные холостого хода U и U с выхода градуируемых объемных электромагнитных расходомеров 7-10 при расходе воды равным нулю фиг. 7а. Эти напряженные U и Uнесут информацию о шумах устройства и внешних электромагнитных помехах, где индексы 1 и 2 номера прямого и обратного трубопроводов. Результаты измерения запоминают, регистрируют в индикаторе 38.
1
2
1
2
1
2
2 этап. Определяют (создают) первый режим работы (градуировки) устройства фиг. 1а при одинаковых объемных расходах воды (теплоносителя) в прямом и обратном трубопроводах, и значит, задают нулевую разность объемных расходов Δq=0 в трубопроводах прямой 1, обратный 2. для пар объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 на измерительном участке 6. Согласно составленным алгоритму и программе, реализуют метод прямого измерения разности объемных расходов при Δq=q-q=0. Достигают созданием равенства объемных расходов воды в трубопроводах 1, 2, т.е. q=q во всех точках диапазона измерений расходов градуируемых расходомеров. При этом закрывают запорные вентили на втором 16, 17 и третьем 36, 37 эталонных блоках. Регулирующие управляемые вентили на прямом трубопроводе 3 и на обратном трубопроводе 11 полностью открывают. Характеристики объемных расходомеров внутри каждой градуируемой пары выбирают идентичными, тогда в качестве градуировочной характеристики при разности объемных расходов равной нулю Aq=О получают идеальную прямую, проходящую через начало координат и симметрично осей координат фиг. 2. В этом случае получают одинаковые значения выходных напряжений с выходов объемных расходомеров 7, 9 на прямом U и обратном U, трубопроводах (фиг. 2).
1
2
2
2
1
1
На фиг. 3 показывают, что реальная градуировочная характеристика (пунктирная линия) при Δq=0 по результатам измерений может не совпадать с идеальной (сплошная линия), но находиться в поле допуска. Далее, в зависимости от решаемой задачи, градуировку пар расходомеров производят при нескольких выбранных значениях расходов из диапазона измерений расходомеров выбранной пары. При этом задают равные значения расходов в прямом и обратном трубопроводах, q=q и, значит, разность объемных расходов получают равной нулю Δq=0. При этом также строят зависимости выходных сигналов (напряжение) расходомера, расположенного на обратном трубопроводе U (соответствует q) от напряжения с расходомера на прямом трубопроводе U. (соответствует q) При заданных значениях расходов в прямом и обратном трубопроводах и разности объемных расходов равеной нулю Δq=0. Получают градуировочную характеристику в виде прямой фиг 2, она заносится в индикатор 38.
1
2
1
1
2
1i
2
1
j
1
2
2
3 этап. Воспроизводят второй режим работы устройства, задают утечки воды (теплоносителя) и при этом разность объемных расходов воды в прямом и обратном трубопроводах задают больше нуля Δq=q-q>0. При этом градуируют (поверяют) пары объемных расходомеров 7, 9 или 8, 10 на измерительном участке 6 методом прямого измерения положительной разности расходов по значениям, непосредственно воспроизводимым: первым эталонным блоком 26 значения расхода в прямом трубопроводе q и вторым эталонным блоком 26' значения величины разности расходов воды Δq, с заранее заданной малой погрешностью. Далее воспроизведенному значению разности расходов Δq ставят в соответствие выходные сигналы (для электромагнитных расходомеров ЭМР - напряжение) с каждой пары градуируемых расходомеров: напряженные прямом U и обратном Uтрубопроводах, которые заносят в индикатор 38. Согласно составленным алгоритму и программе, данную операцию выполняют, как правило, в не менее чем в пяти точках по расходу в прямом трубопроводе q (i=1…5) и не менее, чем в трех точках по разности расходов (j=1…3). При каждом заданном значении j=1…3 строят зависимость между напряжением обратном U и прямом U трубопроводах градуируемых пар объемных расходомеров 7, 9 или 8, 10, которые аппроксимируют прямыми фиг. 2 - фиг. 4. Эти прямые являются градуировочными характеристиками канала прямого измерения положительной разности объемных расходов воды при заданных значениях положительной разности Δq>0. (коэффициент преобразования градуируемых ЭМР с номинальным диаметром DN 15 несколько мкВ/м). Величины напряженные U. и U, показанные на фиг. 2-4, в процентах от верхнего предела измерений расходомеров (одинакового для всех одновременно градуируемых пар расходомеров 7, 9 или 8, 10).
1
2
1
2
1
2
Прямое измерение заданной положительной разности объемных расходов Δq=q-q>0 осуществляют, когда управляемый регулирующий вентиль прямого трубопровода 3 на прямом трубопроводе полностью открыт, а запорные вентили 36 и 37 третьем эталонном байпасном блоке 26'' закрыты, а втором эталонном байпасном блоке 26' запорные вентили 16, 17 открыты. Грубую регулировку расхода теплоносителя (воды), подаваемого во второй эталонный блок 26' осуществляют управляемым регулирующим вентилемОТ 11 на обратном трубопроводе. Затем задают значения разности объемных расходов воды большие нуля Δq=q-q>0, тем, что управляемым регулирующим вентилем ОТ 11 на обратном трубопроводе часть воды (расход которой несколько больший задаваемой разности расходов, примерно на 10-15%) минуя градуируемые расходомеры 9, 10 на обратном трубопроводе, проходит через второй эталонный блок, где это значение расхода точно измеряют эталонными расходомерами 13, 14, 13', 14'. Далее значение этото расхода управляемыми регулирующими вентилями 15, 15' во втором эталонном блоке по показаниям эталонных расходомеров 13, 14, 13', 14' максимально приближают к значению задаваемой разности расходов. Число повторений этих циклов, при каждом значении воспроизводимой разности расходов Δq=q-q>0, определяют в зависимости от требований решаемой задачи. Но для возможности использования известных критериев грубых промахов, число таких циклов должно быть не менее четырех. При многократном повторении эксперимента повышают точность градуировки пар расходомеров.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
4 этап. Создают третий рабочий режим для устройства градуировки пар объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 - отрицательной разности расходов в прямом и обратном трубопроводах. Для этого в обратном трубопроводе задают объемный расход воды, который больше чем в прямом трубопроводе -Δq=q-q<0. Градуировочную характеристику -Δq=q-q=-Δq(U,U) каждой пары объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10, установленных на измерительном участке 6 при заданных значениях отрицательной разности объемных расходов -Δq=q-q<0 в зависимости от выходных сигналов градуируемой пары объемных расходомеров: где U - напряжения с выхода объемного расходомера на прямом трубопроводе и U - обратном трубопроводе, и получают как:
- задают отрицательную разность объемных расходов в прямом и обратном трубопроводах при полностью открытом вентиле ОТ 11 на обратном трубопроводе 2 и закрытых запорных вентилях 16, 17 на втором эталонном байпасном блоке 26', отсекающих второй эталонный блок, то есть создают полностью беспрепятственное течение теплоносителя по трубопроводу 2. Тогда предварительно при полностью закрытом управляемом регулирующем вентиле прямого трубопровода 3 на прямом трубопроводе 1 и открытых запорных вентилях 36, 37 в третьем эталонном байпасном блоке 26'' объемные эталонные расходомеры 33, 34 и 33', 34', предварительно градуируют по исходному эталону 20. с пределами допускаемой относительной погрешности объемных эталонных расходомеров 33, 34 и 33', 34' пренебрежимо малыми по сравнению с допускаемыми пределами относительной погрешности градуируемых объемных расходомеров 7-10. Для этого отношение пределов допускаемых погрешностей эталонных расходомеров 33, 34 и 33', 34' и поверяемых расходомеров 7 - 10 обеспечивают не более 1:3. Такое отношение погрешностей у эталонных расходомеров и градуируемых (поверяемых) расходомеров 7-10 задают для всех эталонных блоков (первого, второго, третьего). Это достигают градуировкой по исходному эталону 20 с набором представительной статистики результатов градуировки. Наличием в каждом эталонном блоке в каждой эталонной системе, двух и более последовательно установленных эталонных расходомеров, достигают повышения точности и надежности измерений объемного расхода, что регламентировано по ГОСТ Р 8.608.
3
j
j
i.
2i
1i
2i
j
j
j
Конкретное значения отрицательной разности расходов воды в прямом и обратном трубопроводах задают следующим образом. С помощью управляемого регулирующего вентиля 3 расход воды, соответствующий воспроизводимой разности объемных расходов (-5; -10% и т.п.от расхода в обратном трубопроводе 2, например, для ЭМР с номинальным диаметром DN50 от 0,06 до 60 м/ч) подают в третий эталонный байпасный блок 26'' минуя градуируемые расходомеры 7, 8, расположенные на прямом трубопроводе. Для этого в третий эталонный байпасный блок 26'' сначала подают расход воды несколько больший, чем требуемое значение разности объемных расходов Δq. Затем необходимое значение отрицательной разности объемных расходов устанавливают управляемыми регулирующими вентилями третьего эталонного блока 35, 35' по показаниям объемных эталонных расходомеров 33, 34. 33' 34' находящихся в третьем эталонном байпасном блоке, максимально приближают к заданному значению разности объемных расходов воды Δq. Для построения градуировочной характеристики пары каждой пары объемных расходомеров при заданном значении разности объемных расходов Δq, эксперимент проводят не менее, чем при пяти значениях расхода q (т.е. i=1, …, 5), в обратном трубопроводе в диапазоне измерений градуируемого ЭМР. При этом значения расхода в прямом трубопроводе определяют как q=q-Δq. Далее для заданного значения Δq строят градуировочную характеристику в виде прямой фиг. 4. Подобные градуируовочные характеристики строят не менее чем для трех заданных значений разности объемных расходов Δq. (т.е. j=1, …, 3).
Коэффициенты преобразование каждой пары градуируемых объемных расходомеров определяют и запоминают индикаторе 38.
1
2
1x.x.
2x.x.
1Общ.
1Общ.
1
2
1Общ.
1х.х.
1Общ.
2х.х.
1
2
1
1
2
2
1
2
1
2
1
2
5 этап. По результатам измерений на этапах 1-4. Для получения на выходе пар градуируемых объемных расходомеров 7-10 полезных напряжений U, U. без содержания напряжений шумов и помех (напряжения холостого хода U, U), из измеренного общего значения напряжения U, U, отделяют напряжения холостого хода, для трех рабочих режимах работы устройства. При этом задают разности объемных расходов парой градуируемых объемных расходомеров равны нулю Δq=q-q=0, положительный Δq и отрицательный -Δq. Затем определяют полезные сигналы на выходе указанной пары объемных расходомеров для каждой случи как:  где U, U и U, U. Эти пары сигналов в прямом и обратном трубопроводах между собой не коррелированны, то есть коэффициент корреляции равен нулю. Следовательно, получают на выходе полезные сигналы U, U градуируемых объемных расходомеров без шумов от устройств и внешних электромагнитных помех. И, эти сигналы несут информацию о значениях и качестве объемных расходов прямом U ~ q, обратном U ~ q трубопроводах и разностях объемных расходов пар расходомеров 7, 9 и 8, 10 положительных Δq=Δq(U, U)>0; равных нулю Δq=Δq(U, U)=0; отрицательных; - Δq=-Δq(U, U)<0 измерительном участке 6 с методом прямого измерения определяют и запоминают в индикаторе.
6 этап. Учитывают то, что отрицательная разность объемных расходов при измерениях тепловой энергии и массы теплоносителя, отобранного из тепловой сети в подавляющем большинстве случаев, возникает в УЗВСТ. Учитывают также, что теплосчетчики, представляют собой измерительные системы вида ИС-1 по ГОСТ Р 8.596. Алгоритм вычисления тепловой энергии Q и массы теплоносителя, отобранного из тепловой сети AM, основан на непосредственной реализации уравнений измерений этих величин, приведенных в МИ 2412-97 ГСОЕИ ''Водяные системы теплоснабжения. Для УЗВСТ применяют уравнение измерений равнения измерений тепловой энергии, имеющее вид:
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
XB -
0
1
где m=ρ(P,t) q, m - массовый, q - объемный расход; ρ=ρ(P,t) -плотность, a h=h(P,t) - энтальпия теплоносителя как функция давления P и температуры t в измерительном сечении i-ого трубопровода, вычисляют по ГСССД 187-99 Вода. Удельный объем и энтальпия при температуре 0…1000°С и давлениях 0,001…1000 МПа. Таблицы справочных данных ГСССД, Госстандарт, М: изд-во Стандартов, 1999. Нижние индексы у величин расхода, плотности, температуры, давления и энтальпии соответствуют: i=1 прямому, а i=2 обратному трубопроводам; hэнтальпия холодной (подпиточной) воды (теплоносителя), τ - время, изменяющееся в интервале от τ - начало, τ - окончание отчетного периода.
1
2
1
Причем для идеально закрытых систем (в которых утечка теплоносителя пренебрежимо мала, т.е. когда разность массовых расходов теплоносителя равна нулю, m-m=0;) уравнение измерений тепловой энергии Qпереходит в следующее уравнение измерений:
0
Причем уравнение измерений тепловой энергии Q соответствует уравнению измерений для закрытой водяной системы теплоснабжения, установленное в нормативном документе ''Методика осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя''. Утверждена Приказом Минстроя России от 17.03.2014 N 99/ПР и зарегистрирована в Минюсте России 12.09.2014, №34040.
Тогда как в прототипе используют уравнение измерений тепловой энергии, которое имеет вид:
1
2
2
0
Когда утечка теплоносителя пренебрежимо мала, т.е. m-m=0; уравнение Q не переходит в уравнение Q.
Согласно составленному алгоритму и программе все математические действие на всех этапах градуировки пар объемных расходомеров регистрируют в индикаторном блоке, который функционально связан с основными блоками устройства.
Канал прямого измерения разности объемных расходов является сложным измерительным каналом по ГОСТ Р 8.596, на входы которого подают выходные электрические сигналы с расходомеров, установленных в прямом и обратном трубопроводах. При определении значений разности объемных расходов в двух трубопроводах с помощью канала методом прямого измерения разности объемных расходов не применяют операцию вычитания объемных расходов, и являющуюся источником большой методической суммарной погрешности при измерений тепловой энергии, измеренных расходомерами.
При индивидуальной градуировке пар объемных расходомеров 7, 9 и 8, 10 наиболее высокую точность достигают для расходомеров, с линейной градуировочной характеристикой. Этому требованию в наибольшей степени удовлетворяют электромагнитные расходомеры, что подтверждает нормативный документ Р 50.2.026-2002.
Технико-экономический эффект в изобретении повышается за счет введения в теплосчетчике канала прямого измерения разности объемных расходов. Повышают точность прямого измерения нулевой, положительной и отрицательной разности объемных расходов. В условно закрытых и открытых водяных системах теплоснабжения. С применением способа градуировки пар объемных расходомеров, установленных в прямом и обратном трубопроводах без применения таких действия как вычитания значений объемных расходов. Тем самым решают поставленные задачи, т.е. повышают точность измерений тепловой энергии и массы отобранного из сети теплоносителя в условно закрытых и открытых водяных системах теплоснабжения. И, в том числе, в отличие от прототипа, градуируют пары объемных расходомеров при отрицательных значениях разности объемных расходов, и сохраняют возможность поточной градуировки (поверки) пар расходомеров теплосчетчиков.
В обществе с ограниченной ответственностью ''Альтернативные энергетические технологии'' ООО АЭТ было установлено, что существенное повышение точности достигают путем измерений отрицательной разности объемных расходов, благодаря чему достигают значительно точнее устанавливать факт засорения теплосетевой воды. Это означает, что вода содержит свободный воздух в виде пузырей, это существенно повышает погрешность измерений, кроме того, приносит огромный вред, поскольку свободный кислород из воздуха приводит к быстрому окислению металла и, как следствие, значительному ускорению износа тепловых сетей и досрочному выводу их из строя.
Выделение воздуха в свободное состояние приводит и к значительному увеличению погрешности измерений массы отобранного из сети теплоносителя, поскольку плотность водо-воздушной смеси определяется по измеренным значениям температуры и давления, а также зависимостям ГСССД 188-99, предназначенным для деаэрированной воды. Кроме того, массовые расходомеры в теплосчетчиках не применяются, в виду их высокой стоимости и не достаточного диапазона измерений, значительно меньшего по сравнению с объемными расходомерами.
1
2
1
2
Пусть показания средств расходомеров будут M и М, а значения их относительных погрешностей при выполнении измерений будут δ и δ. Требуется найти погрешность измерений разности
1
2
ΔМ=М-М,
Абсолютные погрешности измеряемых величин определяют как
1
1
1
2
2
2
Δ=Mδ и Δ=Мδ.
Измеренные значения массы теплоносителя с учетом погрешности пары расходомеров определяют как
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
М+Δ=М+δM и М+Δ=М+δМ.
Абсолютная погрешность измерений разности ΔM по определению равна
ΔM
1
1
1
2
2
2
1
2
Δ=(М+δM-М-δМ)-(M-М)
Тогда относительная погрешность измерений разности ΔM запишется как
после приведения подобных членов, получают окончательно
1
2
Следует отметить, что формула (8) справедлива для разности значений любых физических величин (температур, давлений, расходов и т.д.), а также погрешностей δ и δ любых знаков. Применительно к измерению разности масс теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах эта формула приводится в нормативном документе МИ 2553-99. ГСОЕИ. ''Энергия тепловая и теплоноситель в системах теплоснабжения. Методика оценивания погрешности измерений. Основные положения''.
Для наглядности применения формулы для определения погрешности 6 рассматривают в устройстве градуировки пары объемных расходомеров ряд практических примеров, в которых определяют относительную погрешность измерений массы условно отобранного из сети теплоносителя.
Для простоты в приведенных ниже примерах учитывают только погрешность расходомеров. Пределы допускаемой относительной погрешности обоих расходомеров в составе теплосчетчика составляют ±1%. (следовательно, такими же по условию будут пределы погрешности измерений массы по каждому трубопроводу).
1
2
1
2
Пусть измеренные значения массы теплоносителя на прямом трубопроводе M=90 т, на обратном М=100 т. Эти данные гипотетические, поскольку реализуются при очень сильном засорении воды воздухом. При этом погрешность измерения массы определяют как: а. Пара расходомеров не согласованная. Пусть действительные значения погрешностей расходомеров, полученные на устройстве градуировки составляют δ=-0,6% и δ=+0,3%, подставляя их (δ) получают
1
2
б. Пара расходомеров согласованная. Пусть действительные значения погрешностей расходомеров на устройстве градуировки, по абсолютной величине будут такими же, как и в примере а, но знаки у них будут одинаковыми, отрицательными, т.е. δ=-0,6% и δ=-0,3%. Тогда получают
Видно, что согласование расходомеров по метрологическим характеристикам дает ощутимое повышение точности измерений.
1
2
1
2
в. Пусть выбирают пару согласованных расходомеров, а значения их погрешностей, как и в примере 6 будут δ=-0.6% и δ=-0.3%, но измеренные значения массы составят М=99 т и М=100 т., тогда
Следовательно, для случая, рассмотренного в последнем примере, согласование расходомеров по метрологическим характеристикам не дает никакого эффекта.
Таким образом, из приведенных выше примеров видно, что основным источником погрешности измерений разности масс является применение метода измерений разности масс по разности показаний расходомеров. Погрешность измерений разности масс, при вычитании показаний расходомеров неприемлемо высока, даже если погрешности обоих расходомеров находятся в допускаемых пределах и согласованы по знаку.
Анализ формулы погрешности определения массы отобранного из сети теплоносителя по разности показаний расходомеров позволяет сделать следующие выводы:
Если знаки погрешностей обоих расходомеров совпадают, это значит, погрешность измерений разности масс уменьшается. Однако подбирать расходомеры в согласованную пару на расходомерной установке не целесообразно т.к. погрешности обоих расходомеров на реальных объектах носят случайный характер, и не сохраняют стабильность во времени, даже оставаясь при этом в допускаемых пределах.
1
2
Уменьшение значения измеряемой величины М-М приводит к возрастанию погрешности ее измерений не зависимо от величин и знаков погрешностей обоих средств измерений.
Таким образом, повышать точность измерений разности масс, можно только отказавшись от применения косвенного метода измерений и перейти, как предлагается в предполагаемом изобретении к способу прямого измерения искомой разности.
Ошибки при измерении объемного расхода теплоносителя могут возникать из-за паразитного напряжения между электродами расходомера. Эти напряжения появляются вследствие гальванических потенциалов между электродами и другими металлическими частями, а также при поляризации расходомера напряжением постоянного напряжения. Величина случайных шумов, возникающих в расходомере, и влияние внешних электромагнитных полей увеличивается с ростом сопротивления теплоносителя между электродами.
Наилучшие результаты при градуировке (поверке) пар электромагнитных расходомеров по разности расходов, могут быть достигнуты для теплосчетчиков выпущенных из производства с отработанной технологией и качественной сборкой. Например, теплосчетчики типа КМ-5, использованы в предлагаемом устройстве.