УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ (КАЛИБРОВКИ) РАСХОДОМЕРА И СПОСОБ УСКОРЕННОЙ ПОВЕРКИ (КАЛИБРОВКИ) РАСХОДОМЕРА Российский патент 2005 года по МПК G01F25/00 G01F3/16 

1. Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к метрологии 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. Различают ТПУ однонаправленные (US N4549426) и двунаправленные (US N3021703). Известный способ поверки преобразователей расхода с применением ТПУ изложен в документе МИ 1974-95 “Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Преобразователи расхода турбинные. Методика поверки" (Государственный научный метрологический центр, Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии, г. Казань). Схематично двунаправленная ТПУ представлена на фиг.1. ТПУ содержит калиброванный участок трубопровода (поз.1), поршень-вытеснитель (поз.2), движущийся в калиброванном участке под действием потока измеряемой среды (направление потока показано стрелкой), переключатель направления потока измеряемой среды в ТПУ (поз.3), детекторы начального (поз.4, 5) и конечного ( поз.6, 7) положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода, вторичный прибор (поз.8), осуществляющий накопление и математическую обработку измерительной информации, поступающей от расходомера (поз.9) в виде последовательностей импульсов, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода. В работе ТПУ используются два детектора крайних положений поршня-вытеснителя, но ТПУ также может оснащаться четырьмя детекторами, два из которых являются резервными. В ТПУ двунаправленного действия 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 двунаправленной ТПУ состоит из двух последовательных полуциклов в прямом и обратном направлениях. Однонаправленная ТПУ осуществляет подсчет импульсов от расходомера при движении поршня-вытеснителя в одном направлении.

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 положения с возвращением в начальное положение 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 сокращение времени работы ТПУ (прувера) при поверке (калибровке) расходомера до величины, соизмеримой с продолжительностью одного рабочего цикла, и повышение точности результатов измерений за счет исключения влияния плавно меняющихся во времени дестабилизирующих факторов.

Цель достигается тем, что устройство для поверки (калибровки) расходомера, содержащее 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, дополнительно снабжено детекторами промежуточных положений поршня-вытеснителя при его движении в калиброванном трубопроводе, дополнительными измерительными каналами вторичного прибора, осуществляющего накопление и математическую обработку импульсных последовательностей от расходомера, ограниченных во времени различными сочетаниями моментов срабатывания детекторов начального, конечного и промежуточного положений поршня-вытеснителя при его движении в калиброванном участке трубопровода, что, в конечном итоге, позволяет получить количество измерительной информации, достаточное для ее математической обработки и удостоверения метрологических характеристик расходомера на выбранном расходе измеряемой среды за короткий промежуток времени - за один рабочий цикл (движение поршня-вытеснителя от начального положения до конечного положения с возвращением в начальное положение) и повышение точности измерений за счет исключения влияния монотонно меняющихся во времени условий поверки (калибровки).

4. Перечень чертежей.

1. Фиг.1. Схема, поясняющая процесс поверки (калибровки) расходомера с применением известной ТПУ (прувера).

2. Фиг.2. Рисунок, поясняющий принцип действия двунаправленного прувера по патенту США №3021703.

3. Фиг.3. Рисунок, поясняющий принцип действия однонаправленного прувера (или “компакт-прувера”) по патенту США №4549426.

4. Фиг.4. Схема, поясняющая процесс поверки (калибровки) расходомера с применением заявленной ТПУ.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

На фиг.2 приведен рисунок, поясняющий принцип действия прувера в соответствии с патентом США №3021703, где поз.11 - расходомер, поз.13, 15, 17 - электронные устройства, необходимые для подсчета импульсов от расходомера, поз.19, 20 - переключатели потока измеряемой среды, поз.22 - калиброванная труба прувера, поз.23 - поршень-вытеснитель, поз.30, 31 - предельные выключатели (детекторы).

На фиг.3 приведен рисунок, поясняющий принцип действия “компакт-прувера” в соответствии с патентом США №4549426, где поз.24, 25 - 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, совершающем измерительные циклы в калиброванной трубе “компакт-прувера”; поз.56 обозначен контроллер, выполняющий роль вторичного прибора для подсчета импульсов от расходомера и вычисления коэффициента преобразования.

При оснащении упомянутых устройств дополнительными детекторами промежуточных положений поршня-вытеснителя возможно осуществление заявленной ТПУ, схематично представленной на фиг.4, где

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 - детекторы положений поршня-вытеснителя,

9 - расходомер, объемный счетчик или массовый счетчик,

10 - поршень-вытеснитель,

11 - вторичный прибор,

12 - переключатель направления потока измеряемой среды в ТПУ,

13 - калиброванный участок трубопровода.

Как показано на фиг.4, вторичный прибор (поз.11) подключен к поверяемому (калибруемому) расходомеру (поз.9) и детекторам положения поршня-вытеснителя, из которых можно выделить детектор начального положения поршня-вытеснителя - поз.1, детектор конечного положения - поз.8 и детекторы промежуточных положений - поз.2, 3, 4, 5, 6, 7. 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 №№1, 3, 4, 5, 6, 8 измерительная информация состоит из приведенных ниже последовательностей импульсов N_i-j (индексами i, j обозначены номера детекторов в различных сочетаниях):

N_1-3, N_1-4, N_1-5, N_1-6, N_1-8, N_3-4, N_3-5, N_3-6, N_3-8, N_4-5, N_4-6, N_4-8, N_5-6, N_5-8, N_6-8.

Каждой последовательности импульсов соответствует определенный объем вытесненной измеряемой среды при движении поршня-вытеснителя по калиброванному участку трубопровода, ограниченный моментами срабатывания соответствующих детекторов.

Общее количество детекторов должно быть таким, чтобы полученные сочетания импульсных последовательностей 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 N_i-j (где i, j - номера детекторов положения поршня-вытеснителя, управляющих работой вторичного прибора по формированию различных сочетаний импульсных последовательностей) и отнесение полученной суммы - 6 N_i-j к сумме - 6V_i-j соответствующих объемов вытесненной измеряемой среды, ограниченных моментами срабатывания соответствующих детекторов за период времени одного прохода поршня-вытеснителя по калиброванному участку трубопровода от начального до конечного положения или за один цикл (то есть движение поршня-вытеснителя от начального положения до конечного положения с возвращением в начальное положение).

Устройство для поверки представляет собой трубопоршневую установку (ТПУ), содержащую детекторы начального, промежуточных и конечного положений поршня-вытеснителя, соединенные со вторичным прибором. В процессе одного рабочего цикла поверки, при прямом и обратном ходе поршня в калиброванном участке трубопровода ТПУ измеряют количества импульсов, ограниченных во времени различными сочетаниями моментов срабатывания детекторов. Вычисляют доли общего объема калиброванного участка, ограниченные различными сочетаниями моментов срабатывания детекторов. Путем отнесения суммы сочетаний импульсов, поступающих от поверяемого расходомера и накопленных во вторичном приборе, к соответствующей сумме долей объема калиброванного участка определяют коэффициент преобразования поверяемого расходомера. Изобретения сокращают время калибровки и повышают точность результатов измерений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для поверки (калибровки) расходомера, содержащее калиброванный участок трубопровода, поршень-вытеснитель, движущийся в калиброванном участке под действием потока измеряемой среды, детекторы начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном частке трубопровода, вторичный прибор, осуществляющий накопление и математическую обработку измерительной информации, поступающей от поверяемого (калибруемого) расходомера, в виде последовательностей импульсов, ограниченных во времени моментами срабатывания детекторов начального и конечного положений поршня-вытеснителя в калиброванном участке трубопровода, отличающееся тем, что введены дополнительные детекторы промежуточных положений поршня-вытеснителя при его движении в калиброванном участке трубопровода и дополнительные измерительные каналы вторичного прибора, осуществляющего накопление и математическую обработку импульсных последовательностей от преобразователя расхода, ограниченных во времени различными сочетаниями моментов срабатывания детекторов начального, конечного и промежуточного положений поршня-вытеснителя.2. Способ ускоренной поверки (калибровки) расходомера с применением устройства по п.1, включающий вычисление коэффициента преобразования поверяемого (калибруемого) расходомера, отличающийся тем, что производят измерение количества импульсов, ограниченных во времени различными сочетаниями моментов срабатывания детекторов начального, конечного и промежуточного положений поршня-вытеснителя при его однократном прохождении в калиброванном участке от начального до конечного положения и от конечного до начального положения, вычисляют доли общего объема калиброванного участка, ограниченные различными сочетаниями моментов срабатывания детекторов начального, конечного и промежуточного положений поршня-вытеснителя, определяют коэффициент преобразования поверяемого (калибруемого) расходомера путем отнесения суммы сочетаний накопленных вторичным прибором устройства по п.1 импульсов от расходомера к соответствующей сумме упомянутых долей объема калиброванного участка устройства по п.1.