СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УСКОРЕННОЙ ПОВЕРКИ (КАЛИБРОВКИ) РАСХОДОМЕРА (СЧЕТЧИКА)
METHOD AND DEVICE FOR ACCELERATED VERIFICATION (CALIBRATION) OF FLOW METER (METER)

1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к подразделу метрологии - расходометрии (по международной классификации G01F), и может быть использовано для поверки (калибровки) расходомеров, объемных и массовых счетчиков.
2. Уровень техники.
Известно устройство - трубопоршневая поверочная установка (далее ТПУ) и зарубежный аналог ТПУ - прувер (prover, meter prover) для поверки и калибровки технологически связанного с ним расходомера. Свойства ТПУ и способ поверки преобразователей расхода с применением ТПУ приведены в документе МИ 3380-2012 «Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Преобразователи объемного расхода. Методика поверки». (Утверждена 10.09.2012 г. Всероссийским научно-исследовательским институтом расходометрии, г. Казань).
ТПУ, или прувер (см. фиг. 1), содержит калиброванный участок трубопровода (поз. 1), поршень-вытеснитель (поз. 2), движущийся в калиброванном участке под действием потока измеряемой среды (на фиг. 1 направление потока условно показано стрелкой), переключатель направления потока измеряемой среды в ТПУ (поз. 5), односигнальные детекторы начального (поз. 6, 7) и конечного (поз. 8, 9) положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода ТПУ (или прувера), вторичный прибор (поз. 3), осуществляющий накопление и математическую обработку измерительной информации, поступающей от расходомера (поз. 4) в виде последовательностей импульсов, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке ТПУ, при этом детектор оснащен контактами для выдачи одного сигнала о его срабатывании. В работе ТПУ используется два детектора крайних положений поршня-вытеснителя, но ТПУ также может оснащаться четырьмя детекторами, два из которых являются резервными. Начальное и конечное положения поршня-вытеснителя обозначают условно, так как очередное переключение потока измеряемой среды заставляет поршень-вытеснитель двигаться в противоположном направлении, поэтому детекторы, отработавшие сигнал окончания первого прохождения поршня-вытеснителя по калиброванному участку трубопровода, который называют полуциклом, становятся детекторами начала очередного полуцикла. Таким образом, рабочий цикл ТПУ состоит из двух последовательных полуциклов в прямом и обратном направлениях.
Недостатком ТПУ (прувера) является необходимость многократного прохода поршня-вытеснителя в калиброванном участке для накопления достаточного количества импульсных последовательностей от расходомера для их статистического анализа и отбраковки недостоверных результатов измерений, что приводит к существенным затратам времени и энергии для калибровки или поверки одного преобразователя расхода. Длительная по времени процедура многократных измерений сопровождается изменением температуры окружающего воздуха и измеряемой среды, давления в трубопроводе, изменением условий смешивания потоков измеряемой гетерогенной среды, что приводит к увеличению погрешности результата измерений. Кроме того, в условиях нестабильного или плавно меняющегося расхода во времени применение ТПУ (прувера) без принятия специальных мер по поддержанию выбранного расхода становится невозможным.
Обработка измерительной информации при известном способе поверки (калибровки) расходомера сводится к накоплению достаточного количества импульсных последовательностей при многократном прохождении поршня-вытеснителя от начального положения до конечного и обратно для вычисления среднего значения коэффициента преобразования как отношения количества импульсов расходомера, усредненных за определенное число рабочих циклов, к известному объему калиброванного участка ТПУ (прувера).
3. Сущность изобретения
Целью изобретения является многократное сокращение времени работы ТПУ (прувера) при поверке (калибровке) расходомера и повышение точности измерений за счет исключения влияния плавно меняющихся во времени дестабилизирующих факторов.
Цель достигается тем, что в устройстве для поверки (калибровки) расходомера, объемного счетчика, массового счетчика, содержащем калиброванный участок трубопровода, поршень-вытеснитель, движущийся в калиброванном участке под действием потока измеряемой среды, детекторы начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода, вторичный прибор, осуществляющий накопление и математическую обработку измерительной информации, поступающей от расходомера в виде последовательностей импульсов, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода, детекторы начального и конечного положений поршня-вытеснителя снабжены группами контактов для выдачи множества сигналов о срабатывании каждого детектора, кроме того, вторичный прибор оснащен дополнительными измерительными каналами для накопления и математической обработки множества импульсных последовательностей от расходомера, ограниченных во времени моментами срабатывания контактных групп детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя при его движении в калиброванном участке трубопровода, при этом суммарное число детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя составляет не более четырех.
Так как множество сигналов от групп контактов выдает множество импульсных последовательностей от расходомера, это, в конечном итоге, позволяет быстрее получить необходимое количество измерительной информации, достаточное для математической обработки и удостоверения метрологических характеристик расходомера на выбранном расходе измеряемой среды, что также позволяет получить высокую точность измерений за счет снижения влияния меняющихся во времени условий поверки (калибровки).
4. Перечень фигур чертежей (схем, рисунков, приложений)
1. Фиг. 1. Схема, поясняющая процесс поверки (калибровки) расходомера с применением известной ТПУ (прувера).
2. Фиг. 2. Рисунок, поясняющий возможность получения нескольких сигналов о срабатывании детектора путем включения в работу нескольких герконов (поз. 2), управляемых одной магнитной деталью детектора (поз. 1).
3. Фиг. 3. Схема, поясняющая процесс поверки (калибровки) расходомера с применением заявленной ТПУ (множество сигналов о срабатывании каждого детектора условно обозначено двумя линиями связи).
4. Приложение 1, поясняющее принцип действия прувера по патенту США №3021703.
5. Приложение 2, поясняющее принцип действия «компакт-прувера» по патенту США №4549426.
6. Приложение 3, поясняющее принцип действия детектора по патенту США №5263220.
5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Приложение 1 поясняет принцип действия прувера в соответствии с патентом США №3021703 [1], где поз. 11 - расходомер, поз. 13, 15, 17 - электронные устройства, необходимые для подсчета импульсов от расходомера, поз. 19, 21 - переключатели потока измеряемой среды, поз. 22 - калиброванная труба прувера, поз. 23 - поршень-вытеснитель, поз. 30. 31 - предельные выключатели (односигнальные детекторы).
Приложение 2 поясняет принцип действия «компакт-прувера» в соответствии с патентом США №4549426 [2], где поз. 24, 25 - односигнальные детекторы, выполненные на базе герметизированных магнитоуправляемых контактов - герконов, которые срабатывают от воздействия магнитного инициатора поз. 21, закрепленного на штоке поз. 19, соединенного с поршнем-вытеснителем, совершающим измерительные циклы в калиброванной трубе «компакт-прувера»; поз. 56 обозначен контроллер, выполняющий роль вторичного прибора для подсчета импульсов от расходомера и вычисления коэффициента преобразования.
Приложение 3 поясняет принцип действия примененного в прувере (см. Приложение 1) предельного выключателя в соответствии с патентом США №5263220 [3] (односигнального детектора), который имеет нормально разомкнутый контакт геркона (поз. 61), замыкаемый в момент выдавливания поршнем-вытеснителем (при его движении) штока детектора (поз. 25) в соответствующее положение для управления с помощью магнитной детали (поз. 60) состоянием контакта геркона.
На фиг. 2 приведен рисунок, поясняющий возможность получения нескольких сигналов о срабатывании детектора путем включения в работу нескольких герконов, управляемых одной магнитной деталью.
В качестве детекторов начального (конечного) положения поршня-вытеснителя в заявленной ТПУ применяется детектор с заменой одного нормально разомкнутого контакта на контактную группу, позволяющую при срабатывании детектора независимо замыкать ряд (более одного) нормально разомкнутых контактов, что, соответственно, позволяет заменить несколько детекторов на упомянутый детектор с контактной группой.
При оснащении устройств, приведенных на рисунках Приложения 1 и Приложения 2 детекторами начального и конечного положений поршня-вытеснителя с контактными группами возможно осуществление заявленной ТПУ, схематично представленной на фиг. 3, где:
1 - калиброванный участок трубопровода;
2 - поршень-вытеснитель;
3 - вторичный прибор;
4 - расходомер, объемный счетчик или массовый счетчик;
5 - переключатель направления потока измеряемой среды в ТПУ;
6, 7, 8, 9 - детекторы положений поршня-вытеснителя с контактными группами.
Как показано на фиг. 3, вторичный прибор (поз. 3) подключен к поверяемому (калибруемому) расходомеру (поз. 4) и детекторам положения поршня-вытеснителя, из которых можно условно выделить детекторы начального положения поршня-вытеснителя - поз. 6, 7 и детекторы конечного положения - поз. 9, 10.
Непрерывно поступающие на вторичный прибор импульсы от расходомера учитываются вторичным прибором как последовательности импульсов, ограниченных моментами срабатывания детекторов. Например, при одном проходе поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода от начального до конечного положения и работе вторичного прибора с детекторами №№6, 7, 8, 9, снабженными контактными группами с условным обозначением «а» и «в», измерительная информация состоит из приведенных ниже последовательностей импульсов:
6a-8a
6a-9a
6в-8в
6в-9в
7a-8a
7a
9a
7в-8в
7в-9в
6a-8в
6a-9в
6в-8a
6в-9a
7a-8в
7a-9в
7в-8a
7в-9a
N, N, N, N, N, N., N, N, N, N, N, N, N, N, N, N
Индексами 6а, 6в, 6с, 7а, 7в, 8а, 8в, 9а, 9в условно обозначены последовательности импульсов, инициированные соответствующими контактными группами.
Каждой последовательности импульсов соответствует определенный объем вытесненной измеряемой среды при движении поршня-вытеснителя по калиброванному участку трубопровода, ограниченный моментами срабатывания соответствующих детекторов, снабженных контактными группами.
Общее количество контактных групп должно быть таким, чтобы импульсные последовательности, пропорциональные определенным объемам, в сумме обеспечили достоверный результат определения коэффициента преобразования поверяемого (калибруемого) расходомера в соответствии с заявленным способом ускоренной поверки (калибровки) расходомера, при котором с помощью дополнительных измерительных каналов вторичного прибора ТПУ под управлением соответствующего программного обеспечения производят вычисление коэффициента преобразования расходомера как отношения суммы достаточного количества импульсов импульсных последовательностей вторичного прибора по формированию импульсных последовательностей) к сумме соответствующих объемов вытесненной измеряемой среды, ограниченных моментами срабатывания соответствующих детекторов за период времени прохода поршня-вытеснителя по калиброванному участку трубопровода от начального до конечного положения или за один цикл (движение поршня-вытеснителя в прямом и обратном направлениях).
Источники информации
1. Патент США №3021703.
2. Патент США №4549426.
3. Патент США №5263220.