Матеріали для проведення занять з дисципліни "Теоретичні основи метрологічного забезпечення витратовимірювання". Теми, що висвітлюються стосуються витратомірних газових установок

1. ЗМ2 ВИТРАТОМІРНІ ГАЗОВІ УСТАНОВКИ

2. СУЧАСНА КЛАСИФІКАЦІЯ ЕТАЛОННИХ
ВИТРАТОВИМІРЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК
Впродовж років класифікацію таких ЕУ вдосконалювали з врахуванням новітніх тенденцій розвитку і досягнень в
галузі витратовимірювальної техніки. Основними положеннями найбільш повної класифікації є:
• структура відтворюваних потоків;
• спосіб вимірювання кількості газу (тип застосованого пристрою);
• число ступенів ЕУ, спосіб наповнення зразкової ємності, вид джерела витрати і характер переміщення
розділювача;
• спосіб обробки і зберігання вимірювальної інформації.
В установках неперервної дії потік газу необмежений за тривалістю і не містить збурень як на початку, так і в кінці
вимірювального циклу, а відлік показів з досліджуваного приладу (ДП) здійснюється в його робочому режимі, тобто
при вимірюванні об’єму або витрати газу. У порційно-статичних ЕУ відлік показів з ДП здійснюється в статиці
при нерухомому чутливому елементі приладу. Неперервно-циклічні ЕУ передбачають відтворення потоку газу
послідовністю окремих доз (порцій), який містить збурення під час їх стикування. У дискретно-динамічних ЕУ
здійснюють виділення із потоку газу лише одної дискретної (контрольної) дози незначного об’єму, пропуск якої
через ДП здійснюють в динамічному режимі, тобто при його функціонуванні в режимі відліку об’єму чи витрати
газу

4. Поряд з цим при побудові державної повірочної схеми для засобів вимірювання об’єму та об’ємної
витрати газу наведений перелік п’яти можливих видів ЕУ:
-повірочні установки дзвонового типу,
-повірочні установки з еталонними лічильниками,
-повірочні установки з еталонними критичними соплами,
-повірочні установки РVТt-типу,
-набір еталонних витратомірів,
який регламентує їх типи, сферу застосування і допустиме значення похибки, не розкриваючи при
цьому особливостей конструктивного виконання.

5. ДЗВОНОВІ ВИТРАТОМІРНІ УСТАНОВКИ
РКДУ-0,44 складається з дзвону 2 (рис.4.1), зануреного в
кільцевий резервуар 1 з рідиною, повітродувки 24, вхідного 23 і
вихідного 18 трубопроводів, що містять запірні органи 21, 22 і
задатчики витрати 19, 25. В установці є система 5 автоматичного
управління її роботою і система 17 збору і обробки
вимірювальної інформації (СЗОІ) з установки і досліджуваного
приладу (ДП) 20.
При роботі установки спочатку за допомогою повітродувки 24
наповнюється мірник (при цьому його дзвін 2 підіймається). На
завершальному етапі наповнення спрацьовує давач 4 системи
автоматичного управління, внаслідок чого починається розгін
ДП 20, який встановлюється у вихідному трубопроводі 18, і
відбувається до наповнювання дзвона.
Після досягнення повного розгону ДП по команді давача 6 повітродувка 24 відключається, запірний орган 22 закривається і газ витісняється через ДП.
При цьому пристрій індикації положення дзвону (ПІПД) шляхом короткочасної дії світлового потоку, який подається на фотоприймач 15 від
освітлювача 16 через переривач 14 щілинного типу, виробляє сигнал, який включає з допомогою формуючого пристрою 10 командних імпульсів
електронний хронометр (ЕХ) 11 і систему СЗОІ 17. Після проходження через ДП контрольного об’єму газу і в залежності від його заданого значення
другий і переривачів (12 або 13), аналогічно діючих на фотоприймач 15 пристрою ПІПД, відключає ЕХ і СЗОІ. Після цього спрацьовує давач 3 і
запірний орган 21 закривається. По різниці значень контрольного об’єму і показів лічильника газу судять про точність останнього. У випадку
випробовування витратомірів визначають середню витрату газу і порівнюють її з показами витратоміра. Під час випробувань дзвін 2 в установці
РКДУ-0,44 разом з поступальним рухом здійснює ще й обертальний за допомогою пристрою 7 обертання дзвону, який керується системою 8
керування обертанням і задавачем 9 програми випробувань. Задавач 9 також керує алгоритмом роботи формуючого пристрою 10. Конструктивне
виконання установки забезпечує автоматичний і ручний режими роботи і застосування ПЕОМ в складі СЗОІ.

6. Джерела виникнення похибок відтворення об’єму
дзвоновими еталонними установками:
• похибки визначення об’єму дзвона;
• похибки від нестабільності тиску під час вимірювального циклу внаслідок дії механічних і
гідродинамічних сил опору, а також неточності компенсації виштовхувальної сили дзвона;
• похибка від непостійності температури в приміщенні, внаслідок зміни лінійних розмірів деталей
дзвонового мірника;
• похибка від випаровування в піддзвоновий простір замкової рідини, яка залежить від тривалості
вимірювального циклу, площі змоченої поверхні дзвону і дзеркала рідини, а також вологості повітря,
що подається під дзвін.

7. ПОРШНЕВІ ЕТАЛОННІ УСТАНОВКИ
У поршневій еталонній установці (ЕУ) типу РПДУ-0,5
стабілізований потік газу створюється джерелом витрати 1
(генератором), що складається з об'ємно-камерного
перетворювача з електроприводом, забезпеченим системою
стабілізації частоти обертання. Під час виходу ЕУ на заданий
режим роботи поршневий розділювач (ПР) 9 утримується в
оточуючому його потоці в пуско-приймальному пристрої 6 за
допомогою електромагніту.
Після досягнення в ЕУ сталої заданої витрати за допомогою пневмопроводу 5 ПР вводиться у вимірювальний трубопровід (ВТ) 8, де
захоплюється потоком робочого середовища (повітря), проходить послідовно повз детекторів його положення, які складаються
освітлювачів (газові лазери 13) і фотоприймачів 7, 10, відстані між якими становлять l і L в залежності від
вибраного значення відтворюваного контрольного об’єму. Після проходження вздовж ВТ поршневого розділювача останній
зупиняється пневмоштоком 12 у лівому пускоприймальному пристрої 11. Далі за допомогою системи збору і обробки інформації 2 з
оптичного імпульсного перетворювача 3 частоти обертання роторів досліджуваного приладу 4 здійснюється порівняння
відтворюваного значення контрольного об'єму повітря із зібраною з показами ДП, тобто з вимірювальною інформацією з нього за
період проходження ПР між детекторами. За цими даними визначають похибку ДП.

8. Найменування показників Допустиме значення
Метод вимірювання Об'ємно-динамічний
Максимальне значення
витрати, приведене до
нормальних умов, м3/с
41,66
(150000 м3/год.)
Максимальний статичний тиск
газу в установці, кгс/см2 15 (1,47 МПа)
Робоче середовище Природний газ
Гранична погрішність
установки в режимі
вимірювання витрати газу
0,30
Режим роботи установки Автоматичний і ручний
Напруга живлення 220 В, 3х360 В
Частота 50 Гц
Межі допустимих температур
експлуатації установки
Від мінус 10 до плюс
30 0С
Таблиця 1 – Основні показники установки

9. МЕТРОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОРШНЕВИХ ЕТАЛОННИХ УСТАНОВОК
Основні технічні характеристики:
- межі вимірювання витрати:
від 4 до 150000 м3/год.;
- робоче середовище: повітря, природний газ;
- значення контрольних об'ємів: від 0.3 до 9.0 м ;
- надлишковий тиск середовища в установці:
від 0.3 до 1500 кПа;
- межі основної похибки по об'єму: від 0.12 до 0.5 %
-межі основної похибки по витраті: від 0.3 до 0.6 %
-відносна похибка відтровення обємних витрат даною установкою становить 0,1-0,2%.
Особливості установки:
•Робота за дискретно-динамічним методом.
•Підвищена точність.
•Широкий діапазон відтворюваних об'ємів та об'ємних витрат газу (1:500).
•Можливість оптимізації градуювально-повірочного циклу шляхом використання реверсивності
установки.
•Можливість функціонування на природному газі

10. процес відтворення і вимірювання витрати газу в поршневій установці може бути описаний наступним виразом:
(1)
де Qд і Vд - дійсні значення витрати і кількості газу, відтворювані і вимірювані установкою.
Процес вимірювання витрати випробовуваним пристроєм описується наступним виразом:
(2)
де: Qu і Vu - витрата і об’єм газу, вимірювані випробовуваним пристроєм.
Оскільки лінія магістрального газопроводу є високостабільним джерелом витрати, а випадкові відхилення, які
можуть виникнути контролюються флуктуометром, то вирази (3.1) і (3.2) можна записати у вигляді:
(3)
(4)
Відносна похибка ВП(вимірювального пристрою) визначається виразом:
(5)

11. ЕТАЛОННІ УСТАНОВКИ З ЄМНІСТЮ ПІД
ТИСКОМ (PVTT - ТИПУ)
Блок живлення, перетворення,
вимірювання та керування БЖПВК ББЖПВК
МЄ 1
Т1
Л2 Л3 Л4 Л5
Рвх - Рвих
Tвх
P4 P5P3P2P1
Tвих
1 4 К1 5 К2 К3 6 7 8 9 10 11 К4 14 2 3 12 К5 13 К6 – К15 К16 C1-C10
Рис. 1
Р1
ПЕОМ
Ротаметр
МЄ2
-10л
Т2
Л6
P6
Tпр
ПП
ПК
КОМПРЕСОР
СТІЙКА
СТІЛ
Л1

12. Установка складається з трьох основних вузлів компресора 1; стола 2; стійки 3.
Компресор 1 складається із таких основних елементів та засобів вимірювальної техніки: мірної ємності МЄ2
об´ємом приблизно 10 куб. дм – 4; розподілювача 5; регулятора витрати 6; мірної ємності МЄ1 об´ємом
приблизно 92 куб. дм – 7; компресора 8; вбудованого у мірну ємність МЄ1 вентилятора 9; під´єднуючого
трубопроводу 10; муфти з´єднання трубопроводу 10 зі стійкою 3 - 11; кранів К1…К3; засобу вимірювань
абсолютного тиску - Р1 з діапазоном вимірювань від 0 до 700 кПа для вимірювання тиску повітря в мірних
ємностях МЄ1 та МЄ2; засобів вимірювань температури - Т1 - просторового термометру опору, що розміщений
по осі мірної ємності МЄ1 та Т2 - просторового термометру опору, що розміщений по осі мірної ємності МЄ2.
Стійка 2 складається із таких основних елементів та засобів вимірювальної техніки: вхідного крану К4; блоку
живлення, перетворення, вимірювання та керування (БЖПВК); засобів вимірювань перепаду тиску на
лічильниках - шести водяних мікроманометрів Р1, Р2, Р3, Р4, Р5, Р6 з діапазоном вимірювань від 0 до
1200 Па; засобів вимірювань температури - термоперетворювачів опору платинових для вимірювання
температури: Твх - на вході першого лічильника; Твих- на виході останнього (шостого) лічильника; Тпр-
приміщення; засобу вимірювань абсолютного тиску: Рвх - Рвих з діапазоном вимірювань від 0 до 160 кПа - для
вимірювання тиску повітря перед першим лічильником Рвх та для вимірювання тиску повітря після шостого
лічильника Рвих; пневматичного перемикача з електричним управлінням ПП; з’єднувальних трубопроводів 12
між лічильниками; вихідного крану К5; пневматичного клапану ПК; розподілювача 13; десяти кранів К6 – К15;
сопел витрат С1 – С10; ротаметру; крану К16 ( входить в комплектність ротаметру).
Стіл 3 складається із власне столу, на якому розміщені: шість лічильників газу, що повіряються, Л1, Л2, Л3, Л4,
Л5, Л6; вентилятора 14 та ПЕОМ.

13. СКЛАДОВІ, ЯКІ ФОРМУЮТЬ ОСНОВНУ
ДОПУСТИМУ ПОХИБКУ
Основними складовими, які формують основну допустиму похибку установки δ будуть:
– похибка визначення об’єму резервуара, яка складається з НСП Θr0 і СКВ випадкової похибки δ r0;
– НСП визначення абсолютного тиску, абсолютної температури, коефіцієнта стисливості на початку витікання
контрольного об’єму газу із резервуара відповідно;
– НСП визначення абсолютного тиск
у, абсолютної температури, коефіцієнта стисливості в кінці витікання контрольного об’єму газу із резервуара
відповідно;
– НСП визначення абсолютного тиску, абсолютної температури, коефіцієнта стисливості на досліджуваному
приладі під час протікання через нього контрольного об’єму газу відповідно;
– НСП від нестабільності тиску і температури перед досліджуваним приладом під час вимірювального циклу;
– НСП від наявності водяної пари у повітрі чи робочому газі установки;
– НСП системи збору і обробки вимірювальної інформації, яка складається із похибки ΘДІ дискретності відліку
інформації з досліджуваних приладів і похибки ΘОІ ПЕОМ при реалізації обчислювального алгоритму.

14. ЕТАЛОННІ УСТАНОВКИ З РОБОЧИМИ
ЕТАЛОНАМИ ТА УСТАНОВКИ СОПЛОВОГО ТИПУ
1- пристрій, що атестується; 2 - сопло; 3 - джерело витрати; 4 - дросель.
Принцип дії соплових еталонних установок полягає у ство­ренні за допомогою сопла 2, через яке
протікає потік газу (повітря), що задається генератором витрати 3, надкритичного перепаду тиску. В
такому випадку швидкість потоку в найвужчому місці сопла вста­новлюється рівною до швидкості звуку,
що забезпечує надзвичайно високу стабільність витрати. Характерною особливістю установок із
застосуванням сопел є відтворення об'ємної витрати протягом дов­гого періоду часу. Сопла також можна
використовувати і для вимі­рювань масової витрати газу.

15. Основні технічні характеристики:
• межі вимірювання витрати: від 0.025 до 1000 м3/год.;
• робоче середовище: повітря, газ;
• значення контрольних об'ємів: від 0.02 до 14 м3;
• межі основної похибки по об'єму: від 0.25 до 0.5%
• межі основної похибки по витраті: від 0.15 до 0.5%
Особливості установок:
1. Підвищена точність.
2. Звужений діапазон відтворюваних об'ємних витрат газу.
3. Можливість функціонування на природному газі.

16. ЕТАЛОННІ УСТАНОВКИ З РОБОЧИМИ
ЕТАЛОНАМИ
1, 2, 3 — пристрій, що повіряється; 4 — зразковий пристрій; 5 — регулювальний клапан; 6 — джерело
витрати; 7 — дросель.
Принцип дії еталонних установок з обертовими взірцевими при­строями полягає у виділенні із потоку газу
(повітря), що задається ротаційним генератором витрати 6, за допомогою зразкового при­строю 4,
контрольного об'єму газу. При передачі одиниці об'єму та об'ємної витрати здійснюється збір інформації з
приладів 1,2,3, що випробовуються, та зразкового пристрою 4, а також значення темпе­ратур та тисків
робочого середовища на кожному з досліджуваних пристроїв. При цьому вимірюваний контрольний об’єм газу
визна­чається як об'єм, що пройшов через взірцевий пристрій. За різницею показів відлікових пристроїв 1-3 та
4 з врахуванням відповідних по­правок щодо температури та тиску визначають похибки пристроїв, які
повіряються.

17. Основні технічні характеристики:
•межі вимірювання витрати: від 0.02 до 2500 м3/год.;
•робоче середовище: повітря;
•значення контрольних об'ємів: від 0.02 до 14 м ;
•надлишковий тиск середовища в установці: від 0.1 до 5 кПа;
•межі основної похибки по об'єму: від 0.25 до 0. %
•межі основної похибки по витраті: від 0.15 до 0.5 %
Особливості установок:
1. Широкий діапазон відтворюваних об'ємів та об'ємних
витрат газу.
2. Можливість оптимізації градуювально-повірочного
циклу.

18. НАДІЙНІСТЬ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ
ВИТРАТОВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ
Як правило, відмови для ВВТ класифікуються за їх фізи­чною суттю і виділяють:
• механічну відмову, зумовлену порушенням роботоздатності механічних елементів ВВТ;
• електричну відмову, що проявляється в порушенні роботоздатності електричних ланок, елементів
електричних блоків і ліній зв'язку;
• метрологічну відмову, зумовлену виходом якої-небудь метрологічної характеристики за межі встановленого
допуску.
Тому загалом ймовірність безвідмовної роботи Р(t) ВВТ оцінюється як:
де множники правої частини рівняння — відповідно ймовір­ності безвідмовної роботи механічного, електричного і
метрологічного блоків

19. Для визначення міжповірочного інтервалу на основі статистичних даних за результатами повірки ВВТ в
експлуатації використовують два методи розрахунку: за показником інтенсивності відмов X або за показником
часу напрацювання на відмову.
В першому випадку
де Р(t)доп — допустима ймовірність безвідмовної роботи, яку для ВВТ рекомендується приймати від 0,95
до 0,99.
У другому випадку за наявності даних про значення по­казника часу напрацювання на відмову t
розрахунок міжповірочного інтервалу проводять за формулою
На основі знайденого на практиці статистичного значення ймовірності безвідмовної роботи Р(t) можна провести
з довірчою ймовірністю 0,80 оцінку раніше визначеного міжповірочного інтервалу М