Способ определения расхода и устройство для его осуществления

(зоз 6 01 Е 1/34 ГОСУДАРСТВЕННО КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 0 =0,01252 пей О(71) Киевский технологический институт легкой промышленности(56) Промышленные приборы и средства эвтомэтизэции. Справочник, Под ред. В.В.Черенковэ. Л.: Мэшиностроение, 1987, с,132.Шевцов Е,К, Справочник по поверке и наладке приборов. Киев: Техника, 1981, с.134. Изобретениеотносится к облэстиизмврения расхода жидких и гэзообрэзнюх веществ путем пропускэния их через измерительное устройство непрерывным потоком и может быть использовано для повышения точности рэсходомеров переменного перепэдэ давления, нэходящихся в непрерывной эксплуэтэции.Цель изобретения - повышение точности измерения.Сущность способа измерения рэсходэ жидких и газообразных веществ ээключэется в следующем,Объемный рэсход жидкости, протеквющей через сужэющее устройство, определяется ээвисимостью 0 =0,01252 ае в Р - (Р 1 - Р 2) (1)Р(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯф 7) Изобретение относится к рэсходометрии и позволяет повысить точность измерения рэсходв при использовании рэсходомеров переменного перепэдэ давления. Увеличивают рэсход вещества нэ кэлибровэнную величину изэпоминэют полученное знэчение перепэдэ давления нэ сужэющем устройстве. Затем уменьшают суммарный расход вещества в зэданное число рээ и вновь зэпоминэют знэчение перепэдэ давления, После этого прекрэщэют калиброванный дополнительный расход веществэ, э величину расхода подсчитывэют по формуле. 2 с,п.ф-лы, 1 ил. где а - коэффициент рэсходэ, ээвисящий от йе в,лэминэрной области и не зэвисящий в турбулентной;я- коэффициент рэсширения, причем для кэпельной жидкостие, э для паров и газов еФ 1;2в - -- модуль сужэющего устрой 02. ствэ;р- плотность среды в сечении перед входом патока в отверстие диафрагмы;Р 1 и Р 2 - давление в трубопроводе до диэфрэгмы й.дэвление зэ диафрагмой соответственно;0 - дивмвтр трубопровода.Выходной сигнэл дифмэнометра при измерении, например, обьемного расхода. исходя из варэжения (1, равен: к, ( я, . - щ, ) --- , , (э)К 1 О (0,01252 аеп 1 О )5 где К 1 - коэффициент преобразования перепада давления в электрический сигнал.Как видно из (3), расход вещества и перепад давления на сужающем устройстве связаны квадратичной зависимостью, и градуировочная характеристика расходомера имеет вид параболы. В окрестности рабочей точки характеристики, задавае, мой значением измеряемого расхода 01, участок параболы заменим касательной, уравнение которой 7=а+ЯО, (4)У Я) б 2 К 10(0,01252 а е п 1 О ) дифференциальная чувствительность диф манометра-расходомера;а - .нулевой коэффициент, определяющий , положение касательной относительно нуляградуировочной характеристики.Из-за нестабильности параметров су жающего устройства (а, е, м, О) в процессе эксплуатации, непостоянства плотности среды и погрешностей дифманометра происходит неконтролируемое смещение и поворот аппроксимирующей касательной 30 оносительно начального положения в момент градуировки. С учетом погрешностей преобразования для значения 0 =01 имеем Е 1 =31(1+ у 1)01+а 1+ д 1, (5) 35 где 31 - дифференциальная чувствительность, соответствующая расходу 01;ЬЯ 1У 1 = 51- относительная мультипликативная погрешность преобразования 40 (погрешность чувствительности), вызываемая , изменением наклона аппроксиМирующей ка сательной; д = Ь (Ъ - абсолютная аддитивнаяпогрешность преобразования ( погрешность нуля ), вызываемая смещением аппроксимиру 45 . ющей касательной относительно нуля градуировочной характеристики.По данному способу вначале измеряют и запоминают сигнал (обычно в цифровой форме) 71, Затем увеличивают расход веще ства на калиброванное значение ЬОо, которое выбирают из условия изменения выходного сигнала Е на величину, превышающую на порядок его среднеквадратическое отклонение (СКО)а = 511(1+ у 11)(01+ Ь Оо) + а 1 + д 11, (6) где 31 - дифференциальная чувствительность, соответствующая увеличенному значению измеряемого расхода;1 1у 1 и д 1 - погрешности преобразования измеряемого расхода,Отклонения в измеряемом сигнале носят случайный характер и вызываются флюктуационными процессами в жидкости и газе, проходящих через сужающее устройство, и электрическими шумами и помехами, сопутствующими измерительные преобразования, Максимальная случайная погрешность измеренияЬЪ,. =,643 к,(7) а-Ъ =10 Яг. (9)Полагая чувствительность и погрешности в окрестностях рабочей точки неизменными (31=31, у 1 =у 1,01 =д 1 ) из выражения (9) с учетом (5) и (6) имеем 10 дЬОо -(10) где д Е - дисперсия измеряемого сигна 2ла. Измеряют и запоминают сигнал 5, соответствующий увеличенному расходу, Далее уменьшают суммарный расход вещества (01+Ь Оо) через сужающее устройство в заданное число раз, близкое к единице. При этом выходной сигнал дифманометра-расходомера становится равнымЕз(1+ у 1)д(01+ ЬОо)+ аГ+д 1, (11) где 11 - коэффициент шунтирования потока.Коэффициент д также выбрают из условия22-Ез 10 /3 Е 2 . (12)Полагая чувствительность и погрешности неизменными в окресностях рабочей точки, получаем 2где д Е - дисперсия случайных отклонений;Р - коэффициент, связывающий СКО с максимальной погрешностью и зависящий от доверительной вероятности,Так, при нормальном законе распределения случайных отклонений от среднего значения и вероятности Р = 0,.997 коэффициентф =3.Для обеспечения достоверности измерения и запоминания 21 сучетомдействия других дестабилизирующих факторов коэффициент 9 выбирают с определенным запасом10 С)В (8) В соответствии с условием (8) и соотношением (7) калибрования изменение расхода выбирают из равенстваИзмеряют и запоминают сигнал 2 з, который соответствует уменьшенному значению расхода д ( 01+ ЛОо ), Изменяют первоначальный расход вещества в трубопроводе прекращением дополнительного расхода(Л Оо= 0). Уменьшившемуся значению расхода соответствует сигнал24 =51(1+1/1)1101+а+д, (Н)где 31 - дифференциальная чувствительность, соответствующая уменьшенному значению расхода;/// ///у 1 и д 1 - погрешности преобразования уменьшенного расхода 01.При малых изменениях измеряемого расхода (Л 01 01, д =1) все четыре измерения происходят в окрестностях рабочей точки 0 =01.Погрешности преобразования у и д являются медленно меняющимися функциями времени. Поэтому во всех четырех измерениях, производимых достаточно быстро, можно считать, что погрешности одинаковые (у 1 =у 1=у 1"= у 1; д 1 = д 1 = =д 1 =д 1),а чувствительности равны(31= 31 = 31 1). Совместным решением уравниваний (5), (6), (11) и (14) получают расчетное соотношение для определения искомого расхода вещества.Таким образом, определение расхода по формуле не зависит от дифференциальной чувствительности расходомера 31 и нулевого коэффициента а, которые в процессе длительной эксплуатации расходомера могут существенно изменяться как вследствие изменения состояния сужающего устройства, изменения плотности среды, так и от изменения коэффициента преобразования дифманометра, При этом линеаризуется зависимость между измеряемым расходом 0 и его калиброванным изменением Ь 0. Иэ результата измерения,исключена мультипликативная ( у ) и аддитивная ( д ) составляющие погрешности преобразования измеряемого расхода вещества.При обеспечении станцианарного характера движения потока вещества в трубопроводе и установившемся значении расхода, т,е, при 2 = 5 (О г) = сопят, где ю.интервал времени, необходимый для реализации алгоритма, точность измерения по предлагаемому способу определяется погрешностью формирования даполнительно 5 10 15 го расхода Л ОСЬ. Современные задатчики расхода жидкости (шестеренные, дозировочные насосы) или газа (стабилизаторы расхода газа) позволяют задавать малыее,расходы Мо с и редел ь ной погрешностю 0,5 . Использование многоразрядных аналого-цифровых преобразователей обеспечивает относительную погрешность преобразования результатов 21, 22,2 з и 24 не более(10 -10 з)0, При усреднении случайных составляющих погрешностей промежуточных преобразований предлагаемый способ обеспечивает суммарную погрешность измерения расхода не более 0,5,При изменении расхода до значения 0 = 02 изменяется соответственно и выходной сигнал дифманометра 20 21=52(1 +щ) 02+ а 2+д 2 (15)где 52 -дифференциальная чувствительность при расходе 02;1/2 и д 2 - погрешности преобразования разности давления в электрический сиг 25 нал,Организуя три дополнительных измерения по аналогии с (6), (11) и (14) в окрестностях новой рабочей точки 0 = 02,можноопределить действительный расход, неэаЗ 0 висимый от погрешностей у 2 и А, такжеот плотности патока вещества.Способ позволяет повысить точностьизмерения, особенно больших расходов,используя в качестве образцовой меры каЗ 5 либрованные малые расходы, а также даетвоэможность исключить частые периодические калибровки измерительных каналоврасхода при длительной их эксплуатации, атакже продлить срок службы сужающих ус 40 тройств. Практическая реализация способадостигается с помощью простых устройстви серийных средств измерений,На чертеже приведена структурнаясхема устройства, реализующего описан 45 ный способ,Устройство для определения расходавеществ содержит трубопровод 1 с установленным в нем сужающим устройством 2,дифференциальный манометр 3, подклю 50 ченный посредством линии 4 связи к аналого-цифровому преобразователю (РЦП) 5,соединенному с входом блока 6 вычисления, первый выход которого подключен киндикатору 7, запорный вентиль 8, первый55 байпас 9 с последовательно установленными в нем насосом 10, накопительной емкостью 11 и задатчиком 12 расхода, второйбайпас 13 с установленным в нем клапаном14, управляющим входом соединенным спогрешности преобраа в пределах 1-10 пошность измерения ная по алгоритму, не Моделирование зования расходоме каэало, что погр )езультата, получен превышает 05 ф. 55 выходом первого исполнительного механизма 15, второй исполнительный механизм 16, входом подключенный к выходуцифроаналогового преобразователя (ЦАП)17. 5,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии по трубопроводу 1 протекает измеряемая среда,На выходе АЦП 5 формируется цифровой код И 1 = 21, соответсвующий расходувещества О 1, который поступает в блок 6вычислителя, где запоминается, Далее вЦАП 17 формируется управляющеенапряжение, которое воздействует на исполнительный механизм 15, открывающийзапорный вентиль 8 байпаса 9, С помощьюнасоса 10 в накопительую емкость 11 нагнетается текущая по трубопроводу среда,20После наполнения емкости 11 запорный вентиль 8 закрывается и отключаетсянасос 10, Затем по сигналу с выхода блокавычислителя с помощью ЦАП 17 открывается эапорный клапан задатчика 12 расхода жидкости или газа) и создаетсядополнительный, наряду с основным, калиброванный расход Л Оо, Напряжение наВыходе дифманометра 3 изменится и будетСоответствовать цифровому коду й 2=22 на 30Выходе АЦП 5, Код й 2 запоминается в блоке 6 вычисления, после чего с помощьюЦАП 17 открывается клапан 14 второго байпаса 13, шунтирующего сужающее устройСтво 2, В результате суммарный расход 35Вещества до сужэющего устройства уменьшится в определенное число раз,Новому установившемуся напряжениюифманометра будет соответствовать цифовой код Чз= - 2 з, который также запоминаЙт, Затем перекрывается запорныйклапан задатчика 12 расхода вещества ипрекращается тем самым дополнительный)асход Л Оо. Уменьшившемуся расходу будет соответствовать цифровой код И 4"-45-24, когорый запоминается. С помощьюполученных результатов основного и дополнительных преобразований измеряемого)асхода 21, 22, 2 з и 24, а также известногозначения расхода ЛОо вычисляется всоотеетствии с алгоритмом искомое значение1)асхода вещества,Формула изобретения 1, Способ определения расхода, заключающийся в измерении перепада давления на сужающем устройстве и определении расхода по формуле, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, после измерения перепада давлений увеличивают расход вещества через сужающее устройство на величину дополнительного калиброванного расхода и вторично измеряют перепад давлений, уменьшают сумарный расход вещества через сужающее устройство в заданное число раэ и снова измеряют перепад давлений, прекращают подачу дополнительного калиброванного расхода и измеряют перепад давлений, при этом величину дополнительного калиброванного расхода и уменьшение в заданное число раз расхода выбирают из условия изменения перепададавлений на порядок большеего среднеквадратичного отклонения, в искомое значение расхода определяют по формулеО - где О - значение искомого расхода; ЛОО- -дополнительный калиброванный расход, на который изменяют установившийся расход;21 - сигнал на выходе дифманометра, соответствующий текущему установившемуся расходу;22 - сигнал на выходе дифманометра, соответствующий измененному расходу на величину дополнительного калиброванного расхода;2 э - сигнал на выходе дифманометра, соответствующий уменьшенному суммарному расходу через измерительное устройство в заданное число раз;Ь - сигнал на выходе дифманометра после прекращения дополнительного калиброванного расхода.2. Устройство для определения расхода, содержащее сужающее устройство, устанавливаемое в участок трубопровода, дифференциальный манометр, включенный на входе и выходе сужащего устройства, выход дифференциального манометра через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока вычисления, первый выход которого соединен с индикатор -, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый байпас с последовательно размещенными в нем запорным вентилем, насосом, накопительной емкостью и задатчиком расхода, второй байпас с размещен1682795 10 Составитель В,Ярыч Техред М,Моргентал Корректор М.Кучерявая Редактор В.Данко Заказ 3403 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ным в нем клапаном, трехканальный цифроаналоговцй преобразователь, подключенный входом к второму выходу блока вычисления, первый и второй исполнительные механизмы, выходы которых подклю ченц к входам управления соответственно клапана и запорного вентиля, а входы соединены соответственно с первым и вторым выходами трехканального цифроаналогового ового преобразователя, третий вцход которого подключен к управляющему входу задатчика расхода, причем первый байпас подключен к трубопроводу до сужающего устройства, а второй байпас соединяет вход и выход сужающего устройства.