УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ И ПРОВЕРКИ ПОВТОРЯЕМОСТИ СРАБАТЫВАНИЯ ДЕТЕКТОРОВ ТПУ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройству для проверки повторяемости срабатывания детектора трубопоршневой поверочной установки (ТПУ), и может быть использована в промышленности для оценки класса точности ТПУ до завершения ее изготовления.
Практически при изготовлении ТПУ на измерительный участок устанавливаются детекторы по характеристикам завода изготовителя детекторов ТПУ. Известна предельно допускаемая погрешность поставляемого с завода детектора. Из серии закупаемых детекторов с помощью заявленного в качестве полезной модели устройства можно подобрать детекторы с наименьшей погрешностью и оценить погрешность ТПУ до изготовления.
Заявителю не известно средство, имеющее назначение, совпадающее с назначением заявленной полезной модели, известное из сведений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета полезной модели.
Задача (техническая проблема), стоящая перед авторами полезной модели, заключается в улучшении метрологических характеристик (среднеквадратичное отклонение и основную погрешность), уменьшении габаритов и металлоемкости ТПУ за счет подбора детекторов с лучшей повторяемостью срабатывания - уменьшенной погрешностью срабатывания, приведенной к ходу шарового поршня и длине измерительного участка.
Технический результат состоит в создании технического средства (устройства) указанного назначения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для настройки и проверки повторяемости срабатывания детектора ТПУ содержит расположенные на заданном расстоянии друг от друга верхнюю и нижнюю параллельные площадки; узел толкателя с ручкой толкателя и неподвижно соединенной с толкателем площадкой толкателя; держатель индикатора часового типа, где
верхняя площадка, имитируя установку детектора на измерительном участке трубопровода ТПУ, служит для крепления в вертикальном положении проверяемого детектора, нижний конец штока которого выступает за нижнюю плоскость верхней площадки при установке детектора;
нижняя площадка с установленным вертикально держателем индикатора часового типа и узлом толкателя выполнена с возможностью неподвижного крепления на столе, выполненном с возможностью свободного доступа к ручке толкателя, винтовое движение которой преобразуется в поступательное движение по направлению к проверяемому детектору толкателя, плавно перемещающего вверх соосный толкателю шток проверяемого детектора, выполненного с возможностью подключения к его контактам омметра;
при этом величина перемещения штока проверяемого детектора при его установке фиксируется визуально на индикаторе часового типа, закрепленном в держателе таким образом, что нижний конец его измерительного элемента, упираясь в площадку толкателя, перемещается синхронно с перемещением толкателя.
Таким образом, толкатель при движении перемещает шток детектора, и одновременно площадка толкателя перемещает на такое же расстояние нижний конец измерительного элемента индикатора часового типа. Различие между многократными перемещениями штока детектора до момента срабатывания микропереключателя и позволяет оценить погрешность и повторяемость срабатывания детектора и, следовательно, оценить класс точности ТПУ до завершения ее изготовления.
Заявленное устройство, предназначенное для установки детектора с целью выполнения его настройки и проверки повторяемости, полностью имитирует установку и работу детектора измерительного участка ТПУ
Одними из важнейших элементов в конструкции ТПУ являются детекторы прохождения шарового поршня ТПУ (далее - детекторы). Шаровой поршень ТПУ под воздействием потока жидкой рабочей среды перемещается по калиброванному участку (далее измерительный участок) трубы ТПУ с известной вместимостью, которая рассчитывается, исходя из длины и объема измерительного участка, а также расстояния между детекторами и погрешностью срабатывания детекторов.
Принцип работы детектора заключается в том, что при воздействии шаровым поршнем на выступающий внутрь трубы измерительного участка нижний конец штока детектора, шток, перемещаясь вверх, воздействует на контакты микропереключателя, коммутирующие цепь, по которой подается сигнал для начала или окончания отсчета импульсов сигнала, поступающего от поверяемого с помощью ТПУ преобразователя расхода (ПР). Таким образом, установленные на измерительном участке детекторы фиксируют момент их прохождения шаровым поршнем: при касании шаровым поршнем нижнего, выступающего внутрь трубы измерительного участка конца штока 2 первого детектора срабатывает микропереключатель первого детектора и запускает отсчет импульсов, поступающих от поверяемого преобразователя расхода, при прохождении и касании шаровым поршнем нижнего, выступающего внутрь трубы измерительного участка конца второго детектора срабатывает его микропереключатель, отсчет импульсов останавливается. Количество импульсов ПР, отнесенное к вместимости ТПУ коэффициент преобразования поверяемого ПР.
Основным требованием к детектору ТПУ является высокая повторяемость срабатывания, т.е. способность фиксировать прохождение шаровым поршнем одной и той же точки трубы измерительного участка ТПУ с минимальным расхождением "х". От погрешности детектора зависит повторяемость (среднеквадратичное отклонение) измерений при поверке ПР (массы или объема) и предел допускаемой относительной погрешности ТПУ, а также минимальная длина измерительного участка, необходимая для выполнения корректной работы ТПУ (среднеквадратичное отклонение и предел допускаемой относительной погрешности), и, следовательно, габариты и металлоемкость ТПУ. Чем меньше погрешность детекторов ТПУ, тем меньше может быть длина измерительного участка ТПУ. При меньшей длине измерительного участка снижается влияние пульсаций потока рабочей жидкости на результат измерений при поверке ПР.
Ниже приведена зависимость минимальной длины (L) измерительного участка ТПУ от погрешности срабатывания детектора
где ΔL - погрешность срабатывания детектора, приведенная к ходу поршня;
ΔL - определяется через погрешность детектора по ходу его штока Δl,
,
Д - диаметр измерительного участка;
d - диаметр головки штока детектора;
11 - расстояние, на которое выступает шток первого детектора внутрь трубы измерительного участка;
12 - расстояние, на которое выступает шток второго детектора внутрь трубы измерительного участка.
Данные вычисления производятся при проектировании ТПУ Известный (Американский институт нефти, 2000 г., «Руководство по стандартам нефтяных измерений», Глава 4, раздел 2, п. 4.2.9.3) способ вычисления погрешности описан в стандартах API, США.
Имея возможность дополнительной проверки и настройки повторяемости срабатывания детекторов, можно улучшить метрологические характеристики ТПУ и уменьшить его габариты и массу.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлены следующие графические материалы:
на фиг. 1. изображен детектор в сборе (продольное сечение), нижний конец штока которого выступает внутрь трубы измерительного участка ТПУ, где
1 - шаровой поршень,
2 - шток,
3 - труба измерительного участка,
4 - микропереключатель,
5 - корпус микропереключателя,
6 - пружина, предназначенная для возврата штока 2 детектора в исходное положение после выхода шарового поршня 1 из зоны детектора;
на фиг. 2 показана схема устройства для настройки и проверки повторяемости срабатывания детектора ТПУ (далее устройство), где: 1 - проверяемый детектор, II - устройство, III - стол.
Ниже, в качестве подтверждения осуществимости полезной модели с достижением указанного технического результата приводится описание конструкции и принцип действия устройства П.
В границах (пунктирные линии) устройства II на фиг. 2 показаны верхняя площадка 7 устройства II, индикатор часового типа 8 (индикатор), предназначенный для измерения величины перемещения штока 2 детектора I; толкатель 9 узла толкателя устройства II, держатель 10 индикатора 8, нижняя площадка 11 устройства II, ручка 12 толкателя 9 узла толкателя, площадка толкателя 13 узла толкателя и винт-фиксатор 14 для крепления устройства II на столе III.
Устройство II служит для проверки (измерения) и настройки (регулировки) срабатывания детектора I.
Проверяемый детектор I устанавливается в вертикальном положении на верхней площадке 7 устройства II и фиксируется на ней входящими в комплект детектора I винтами. Нижняя площадка 11 служит для устойчивой установки устройства II в рабочем (вертикальном) положении на стол III, выполненный с возможностью свободного доступа к ручке 12 толкателя 9.
Толкатель 9 с помощью рукоятки 12 толкателя подводится вплотную (определяется визуально) к нижнему концу штока 2 детектора I, выступающему за нижнюю плоскость верхней площадки 7. К контактам детектора I подключен омметр для фиксации замыкания контактов детектора I в момент контакта толкателя 9 со штоком 2. При контакте толкателя 9 со штоком 2 индикатор 8 устанавливается вручную на ноль
Ручка 12 толкателя 9 «вкручивается» в направлении нижнего конца штока 2 детектора I, плавно перемещая его вверх. Одновременно нижний конец измерительного элемента индикатора 8, упираясь в площадку 13 толкателя 9, перемещается синхронно с перемещением толкателя 9 на такое же расстояние, что и шток 2 детектора I. По индикатору (погрешность не более 0,005 мм) 8 фиксируется визуально величина перемещения штока 2 детектора I в момент замыкания контакта детектора I - срабатывает герконовый микропереключатель 4 детектора I при подъеме штока 2 детектора I.
Производится несколько повторений измерений повторяемости срабатывания детектора I при одинаковом по расстоянию надавливании (величине перемещения) на шток 2 толкателя 9.
Критерием хорошей повторяемости срабатывания детектора I является небольшая разница расхождений показаний индикатора 8 при замыкании контакта детектора I. Например, если по паспорту завода изготовителя указано предельное отклонение повторяемости срабатывания 0,1 мм, то с помощью заявленного устройства II для настройки и проверки детектора из серии детекторов подбираются экземпляры с наименьшими по факту отклонениями повторяемости срабатывания. Из практики при подборе детекторов из серии с предельной повторяемостью срабатывания 0,1 мм удается найти детектора с повторяемостью срабатывания 0,04-0,05 мм.
Далее производится настройка детектора - регулировка зависимости перемещения штока детектора от срабатывания его микропереключателя.