СПОСОБ ПОВЕРКИ КРЫЛЬЧАТЫХ СЧЕТЧИКОВ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для метрологического обеспечения крыльчатых счетчиков воды.

Известные способы поверки крыльчатых счетчиков воды заключаются в пропуске воды через поверяемый счетчик с постоянной скоростью и измерении ее объема. Эти способы поверки регламентированы ГОСТ 8.156 «ГСИ. Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки» - [1]:

- определение относительной погрешности счетчиков на трех значениях расхода (минимальном, переходном и номинальном);

- определение среднеинтегральной относительной погрешности по результатам измерений на пяти значениях расхода.

Среднеинтегральную относительную погрешность вычисляют как сумму произведений погрешностей, определенных на пяти поверочных расходах, умноженных на соответствующие весовые коэффициенты.

Эти способы имеют недостатки:

- дискретность, приводящая к неопределенности погрешности на значениях расхода между поверочными расходами;

- длительное время;

- высокая стоимость поверочных установок и поверочных работ, так как для определения действительного объема при поверке крыльчатых счетчиков всех выпускаемых диаметров условного прохода (Ду) от 10 до 50 мм вышеуказанными методами зачастую требуется набор эталонных средств, обеспечивающих измерение расхода и объема в диапазоне расходов от 0,02 до 15 м³/ч.

Известны "Способ поверки и тарировки расходомеров жидкости и устройство для его осуществления" (А.с. №163378, МПК G 01 F 25/00, опубл. 22.6.64 г. М.Д.Гафанович, К.И.Диденко, В.М.Левин) - [2].

Способ предусматривает протекание жидкости через поверяемый расходомер со скоростью, изменяющейся по заданному закону, например синусоидальному. В устройстве для осуществления способа, содержащем насос, соединенный с поверяемым расходомером, подвижный механизм насоса соединен с приводным механизмом, сообщающим ему движение, обеспечивающее изменение скорости протекания жидкости через поверяемый расходомер по заданному закону. При вращении кривошипа скорость поршня, а следовательно, жидкости, заполняющей систему, изменяется по синусоидальному закону. Выбирая диаметр цилиндра и скорость вращения кривошипа, добиваются изменения расхода жидкости от нуля до максимального значения для данного расходомера. За один оборот кривошипа расход плавно изменяется от нуля до предельного значения и снова до нуля. Измерение и регистрацию погрешности расходомера производят с помощью устройства, связанного с кривошипом. Это устройство вырабатывает сигнал, пропорциональный действительному значению расхода. Выходной сигнал с поверяемого расходомера и сигнал с устройства, связанного с кривошипом, поступают на вход прибора, в котором происходит сравнение сигналов, разница между ними регистрируется на диаграммной ленте.

Способ и устройство для его осуществления имеют следующие недостатки:

- сложность конструкции и настройки: для настройки различных значений требуемого расхода необходимы изменение диаметра цилиндра, скорости вращения кривошипа и положения вкладыша относительно оси кривошипа;

- необходимость пропускания жидкости через поверяемый прибор в двух направлениях - прямом и обратном, обусловленная движением поршня, вытесняющего поверочную жидкость в прямом и обратном направлениях;

- сложность обеспечения уплотнения «поршень-цилиндр», возможность возникновения протечек и отсутствие контроля протечек; возникновение протечек ведет к недостоверности результатов поверки;

- наличие дополнительной погрешности установки из-за использования регистрирующего устройства и диаграммной ленты;

- возможность использования установки только для поверки расходомеров.

Известен генератор переменного расхода (А.с. №637722, МКИ G 01 F 25/00, опубл. 15.12.78, Бюл. №46 А.А.Иванов, В.А.Решетников, В.Г.Закатин "Генератор переменного расхода") - [3], предназначенный для определения динамических характеристик расходомеров, содержащий ротор в виде цилиндра, усеченного плоскостью под углом к его продольной оси, пустотелый цилиндрический статор с двумя прорезями прямоугольной формы по образующей цилиндра, расположенными на диаметрально противоположных сторонах статора и два параллельных испытательных участка трубопровода, соединенных с прорезями на статоре и снабженных дроссельными устройствами. Генератор характеризуется отсутствием перепадов давления в общей напорной линии при обеспечении изменения в испытательных участках потоков, изменяющихся от нуля до максимального значения расхода по синусоидальному закону.

Недостатками генератора переменного расхода являются:

- сложность и высокая металлоемкость конструкции;

- функция изменения расхода отличается от реальной загрузочной кривой счетчика.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемым являются способ определения среднеинтегральной относительной погрешности счетчиков воды во всем диапазоне изменения расхода и устройство для его осуществления (МИ 1592-99 Рекомендация «ГСИ. Счетчики воды. Методика поверки» (Приложения Б и Г) - [4]).

Способ и устройство взяты в качестве прототипа.

Способ поверки заключается в создании расхода в гидравлическом тракте поверочной установки;

разделении потока на два испытательных участка;

установке поверочного расхода в каждом испытательном участке по показаниям эталонного расходомера-счетчика;

изменении потока в каждом испытательном участке с помощью устройства регулирования расхода в соответствии с законом изменения загрузочной кривой поверяемых счетчиков;

направлении этих потоков в испытательные участки с установленными в них поверяемыми счетчиками;

измерении объема поверяемыми счетчиками;

измерении действительного значения объема в общей линии эталонным расходомером-счетчиком;

вычислении коэффициентов соотношения расходов по испытательным участкам;

вычислении действительного объема, прошедшего через каждый испытательный участок путем умножения значения объема, измеренного эталонным расходомером-счетчиком в общей линии, на коэффициент соотношения расходов для каждого испытательного участка;

объединении потоков из испытательных участков и сливе в расходный бак;

определении относительной среднеинтегральной погрешности во всем диапазоне изменения расхода поверяемого счетчика путем сравнения значения объема, показанного поверяемым счетчиком в каждом испытательном участке, с действительным значением объема, прошедшего через этот участок.

Поверочная установка содержит расходный бак, насос, фильтр, эталонный расходомер-счетчик, два шаровых крана, пробковые части которых смещены друг относительно друга на 90°, жестко связаны валом привода и приводятся в одновременное вращение со скоростью 1 об/мин, два испытательных участка, в которых монтируются поверяемые счетчики, запорную арматуру, средства измерения давления, температуры, частоты и времени.

Два шаровых крана, жестко связанные валом привода и одновременно вращаемые со скоростью 1 об/мин, представляют собой устройство регулирования расхода, обеспечивающее плавное изменение площади сечения испытательных трубопроводов и, соответственно, изменение расхода при поверке от нуля до установленного значения.

Полностью открывают шаровой кран устройства регулирования расхода в первом испытательном участке и по частоте, поступающей с эталонного расходомера-счетчика, регулировочным шаровым краном первого испытательного участка устанавливают поверочный расход q_ном. Дважды измеряют и записывают в протокол поверки частоту с эталонного расходомера-счетчика за 100 секунд. Вычисляют и записывают в протокол поверки среднее значение частоты для первого испытательного участка. Полностью открывают шаровой кран устройства регулирования расхода во втором испытательном участке и по частоте, поступающей с эталонного расходомера-счетчика, регулировочным краном второго испытательного участка также устанавливают q_ном. Аналогично операциям в первом испытательном участке измеряют частоту с эталонного расходомера-счетчика и вычисляют ее среднее значение. Закрывают поток шаровым краном, установленным в общем трубопроводе после эталонного расходомера-счетчика, и записывают начальные показания с поверяемых счетчиков. Включают привод устройства регулирования расхода и при достижении индикатора положения любого из шаровых кранов устройства регулирования расхода отметки, кратной 45°, открывают шаровой кран после эталонного расходомера-счетчика. После прохождения десяти полных оборотов индикатора шарового крана (ориентировочно 10 минут) закрывают шаровой кран после эталонного расходомера-счетчика, записывают показания эталонного расходомера-счетчика и поверяемых счетчиков. Вычисляют объемы, показанные поверяемыми счетчиками. Вычисляют коэффициенты соотношения расхода по испытательным участкам: среднюю частоту первого испытательного участка относят к сумме средних частот первого и второго участков; среднюю частоту второго испытательного участка относят к сумме средних частот первого и второго испытательных участков. Сумма коэффициентов соотношения должна быть равна 1. Для вычисления действительного значения объема, прошедшего через испытательный участок, объем, измеренный эталонным расходомером-счетчиком, умножают на соответствующий коэффициент соотношения расходов для испытательного участка. Вычисляют относительную среднеинтегральную погрешность поверяемого счетчика, в процентах, делением разности значения объема, показанного поверяемым счетчиком и действительным значением объема, прошедшим через этот участок, на действительное значение объема и умножением на 100.

Преимущества способа поверки и устройства для его реализации.

Способ позволяет проводить поверку счетчиков во всем диапазоне изменения расходов в соответствии с их загрузочной кривой. Так как поверяемый счетчик измеряет объем изменяющегося от нуля до номинального значения расхода, то измеренный им за время поверки объем содержит суммарную погрешность измерения при всех значениях изменяющегося расхода. При этом способе устраняются операции установки минимального и переходного расходов, измерений на них и определение действительных объемов при поверке на этих расходах. Это приводит к значительному повышению производительности из-за сокращения времени поверки, удешевлению установки и соответственно стоимости поверки из-за устранения необходимости в эталонных средствах измерения объема во всем диапазоне изменения расходов (от 0.02 до 15 м³/ч). Снижение энергоемкости поверочных работ происходит как от сокращения времени на поверку, так и удвоенному количеству одновременно поверяемых счетчиков. Так как в конструкции установки испытательные участки соединены параллельно, общее гидравлическое сопротивление их будет примерно в два раза меньше одного испытательного участка, поэтому при том же напоре насоса, можно удвоить количество поверяемых счетчиков. Кроме того, использование устройства регулирования расхода позволяет устранить гидравлические удары в общей линии.

Применение устройства регулирования расхода задает изменение расхода в испытательных участках по закону, соответствующему реальной загрузочной кривой счетчиков (Вербицкий А.С. Расчетный режим водопотребления и его использование при проектировании. Научные труды АКХ «Водопотребление и вопросы проектирования и эксплуатации систем коммунального водоснабжения», вып.155, ОНТИ АКХ, 1978, стр.43) - [5], (Вербицкий А.С., Майзельс М.П. Влияние условий водопользования на часовую неравномерность расходования воды населением. Научные труды АКХ «Водопотребление и вопросы проектирования и эксплуатации систем коммунального водоснабжения», вып.155, ОНТИ АКХ, 1978, стр.56) - [6], что повышает достоверность поверки по сравнению с поверочными установками, реализующими поверку на нескольких значениях расхода.

Недостатки способа поверки:

1) Определение коэффициентов соотношения расходов по испытательным участкам (операция подготовки к поверке) требует затрат времени на двукратное измерение частоты в каждом испытательном участке и вычисление коэффициентов, вычисление действительных объемов для каждого испытательного участка. Измерение частоты следует проводить за 100 секунд, таким образом затраты времени на определение коэффициентов соотношения расхода по испытательным участкам составляют не менее 500-600 секунд. Погрешность установки состоит из погрешности эталонного расходомера-счетчика и погрешности определения коэффициента соотношения расхода.

2) Коэффициент преобразования эталонного расходомера-счетчика подвержен временному изменению (особенно из-за наличия солей в воде). Для повышения достоверности измерений объема и расхода эталонным расходомером-счетчиком установка укомплектована эталонным мерником, по которому проводят контроль коэффициента преобразования эталонного счетчика в процессе эксплуатации, его градуировку и периодическую поверку. Межповерочный интервал эталонного расходомера-счетчика - 1 год.

3) Измерения должны начаться в момент, когда шаровые краны устройства регулирования расхода находятся в положении, кратном 45°; измерение должно длиться в течение времени, за которое произойдет 10 оборотов индикатора положения шарового крана (ориентировочно 10 минут), остановить измерение оператор должен в том же положении кранов, с которого началось измерение. При начале и окончании измерения при произвольном положении кранов появляется дополнительная погрешность.

4) Пробковые части шаровых кранов устройства регулирования расхода должны быть смещены друг относительно друга строго на 90°, в противном случае результаты поверки будут недостоверны. Таким образом, осуществление способа возможно только при условии постоянного контроля и корректировки положения шаровых кранов устройства регулирования расхода.

Указанные недостатки снижают эффективность поверочных работ.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности поверочных работ путем повышения точности и достоверности измерения, повышения производительности, снижении энергоемкости, затрат на техническое и метрологическое обслуживание установки и стоимости поверочных работ.

Способ поверки крыльчатых счетчиков воды, при котором поток с постоянным, равным номинальному для поверяемых счетчиков значением расхода, предварительно установленным по показаниям эталонного расходомера-счетчика, разделяют на два параллельных испытательных участка, в которых установлены поверяемые счетчики, изменяют расход потока в каждом испытательном участке по загрузочной кривой поверяемых счетчиков, определяют действительный объем воды, прошедший через каждый испытательный участок, по показаниям эталонных мерников, соединенных гидравлически с соответствующим испытательным участком, и вычисляют среднеинтегральную относительную погрешность поверяемых счетчиков во всем диапазоне изменения расхода путем сравнения их показаний с объемом соответствующего эталонного мерника.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Установка для реализации способа состоит из расходного бака 1, насоса 2, фильтра 3, эталонного расходомера-счетчика 4, устройства регулирования расхода 5, поверяемых счетчиков 6 и 7, узлов съема сигналов 8 и 9, шаровых кранов 10, 11, 12 и 13, эталонных мерников 14 и 15, системы автоматизации, состоящей из интерфейса 16 и персонального компьютера 17. Эталонные мерники снабжены сигнализаторами уровня 18, между условными плоскостями которых заключены известные объемы эталонных мерников. Измерительная информация с эталонного расходомера-счетчика 4, узлов съема сигналов 8 и 9 поступает в систему автоматизации. Начало и окончание измерения производится по сигналам «Старт» и «Стоп», вырабатывающимся системой автоматизации при достижении уровнем воды сигнализаторов уровня 18 эталонных мерников.

Устройство регулирования расхода 5 состоит из двух шаровых кранов, смонтированных в двух параллельных испытательных участках, пробковые части которых смещены друг относительно друга на 90° и жестко связаны валом редуктора, вращающегося со скоростью 1 об/мин. Входной вал редуктора приводится во вращение электродвигателем. При включенном электроприводе редуктора пробковые части шаровых кранов вращаются одновременно таким образом, что при полностью открытом шаровом кране в одной линии шаровой кран в параллельной линии устанавливается полностью закрытым и наоборот. При этом в испытательных линиях устанавливаются расходы, изменяющиеся от нуля до установленного (номинального для поверяемого типа счетчиков) значения расхода.

Способ поверки крыльчатых счетчиков жидкости заключается в:

создании расхода в гидравлическом тракте поверочной установки;

разделении потока на два параллельных испытательных участка;

установке поверочного расхода в каждом испытательном участке по показаниям эталонного расходомера-счетчика;

изменении потока в каждом испытательном участке с помощью устройства регулирования расхода по закону, соответствующему реальной загрузочной кривой счетчиков;

направлении изменяющихся потоков в испытательные участки с установленными в них поверяемыми счетчиками;

измерении объема поверяемыми счетчиками;

направлении потоков, прошедших через поверяемые счетчики в соответствующие эталонные мерники;

измерении действительных значений объема по показаниям соответствующих эталонных мерников;

определении среднеинтегральной относительной погрешности во всем диапазоне изменения расхода поверяемых счетчиков путем сравнения объема воды, показанного поверяемым счетчиком, с объемом эталонного мерника, гидравлически связанного с испытательным участком, в котором установлен поверяемый счетчик.

Автоматизированная поверочная установка работает следующим образом. Включают насос 2. Устанавливают полностью открытым испытательный участок I (шаровой кран испытательного участка I устройства регулирования расхода полностью открыт). Поверочная жидкость из расходного бака 1 подается насосом 2 в фильтр 3. Затем поверочная жидкость через эталонный расходомер-счетчик 4 и через полностью открытый шаровой кран устройства регулирования расхода 5 поступает в первый испытательный участок, в котором смонтирован поверяемый счетчик 6 с установленным на нем узлом считывания сигналов 8. Поток через открытые шаровые краны 10 и 12 поступает в расходный бак 1. Расход регулируют шаровым краном 10 по частоте, поступающей с эталонного расходомера-счетчика 4 и индицирующейся на дисплее персонального компьютера 17.

Устанавливают полностью открытым второй испытательный участок и, регулируя расход шаровым краном 11, устанавливают в испытательном участке поверочный расход (номинальный для поверяемого счетчика). Расход регулируют по частоте, поступающей с эталонного расходомера-счетчика 4. После установки поверочных расходов в испытательных участках включают привод устройства регулирования расхода 5. При этом через поверяемые счетчики, установленные в испытательных участках, проходит поток, изменяющийся от нуля до значения номинального расхода. Закрывают шаровые краны 12 и 13, при этом начинают заполняться эталонные мерники 14 и 15. При достижении уровнем воды нижнего сигнализатора уровня эталонного мерника 14 система автоматизации вырабатывает сигнал «Старт» для поверяемого счетчика 6 (начинается счет количества импульсов с поверяемого счетчика); при достижении уровнем воды нижнего сигнализатора уровня эталонного мерника 15 система автоматизации вырабатывает сигнал «Старт» для поверяемого счетчика 7. При достижении уровнем воды верхнего сигнализатора уровня эталонного мерника 14 система автоматизации вырабатывает сигнал «Стоп» для поверяемого счетчика 6 и счет количества импульсов с него прекращается. При достижении уровнем воды верхнего сигнализатора уровня эталонного мерника 15 система автоматизации вырабатывает сигнал «Стоп» для поверяемого счетчика 7 и счет количества импульсов с него прекращается. Система автоматизации проводит обработку измерительной информации. По количеству импульсов, поступившему с поверяемого счетчика за время наполнения эталонного мерника, персональный компьютер вычисляет объем, измеренный поверяемым счетчиком и относительную среднеинтегральную погрешность поверяемого счетчика, вычисляемую как разность показаний поверяемого счетчика и действительного значения объема, отнесенную к действительному значению объема, умноженному на 100. Действительным значением объема, прошедшего через поверяемый счетчик 6, является объем, залитый в эталонный мерник 14; действительным значением объема, прошедшего через поверяемый счетчик 7, является объем, залитый в эталонный мерник 15.

Предлагаемые способ поверки и устройство для его осуществления обладают всеми достоинствами прототипа, но лишены их недостатков и решают задачу повышения эффективности поверочных работ:

1. Повышение точности и достоверности измерения действительных значений объемов, прошедших через поверяемые счетчики с изменением расхода по закону загрузочной кривой поверяемых счетчиков, достигается путем измерения их эталонными мерниками высокой точности и высокой метрологической надежности.

Погрешность измерения действительного значения объема по эталонному мернику в предлагаемой установке - 0,15%, по эталонному расходомеру-счетчику в установке-прототипе - 0,5% [1]. Достоверность результатов поверки обеспечивается высокой метрологической надежностью эталонных мерников, выражающейся в длительном сохранении метрологических характеристик. Межповерочный интервал предлагаемой установки - 2 года, межповерочный интервал установки-прототипа - 1 год.

2. Повышение производительности и снижение энергоемкости поверочных работ достигается за счет устранения подготовительных операций при поверке: точное (за 100 секунд) двукратное измерение частоты в каждом испытательном участке, вычисление коэффициентов соотношения расходов, вычисление действительного значения объема в общей линии по эталонному расходомеру-счетчику, вычисление действительных значений объемов, прошедших через каждый испытательный участок. Время поверки снижено в 1,6-2 раза.

3. Снижение затрат на техническое обслуживание установки обусловлено тем, что в предлагаемых способе поверки и устройстве для его реализации использование устройства регулирования расхода (УРР) для создания изменяющихся расходов со сдвигом шаровых кранов, отличающимся от 90° (характерная неисправность), не влияет на метрологические характеристики установки, тогда как использование УРР со сдвигом шаровых кранов, отличающимся от 90° в способе и установке-прототипе, приводит к дополнительной погрешности. Сдвиг шаровых кранов УРР в устройстве-прототипе подлежит контролю и регулировке (а это достаточно сложный и трудоемкий процесс) раз в квартал, в предлагаемой установке - раз в год.

Снижение затрат на метрологическое обслуживание установки обусловлено в два раза большим межповерочным интервалом установки.

4. Снижение стоимости поверки достигается за счет снижения времени, поверки, энергоемкости, повышения производительности поверочных работ и снижения затрат на техническое и метрологическое обслуживание установки.

Автоматизированная установка для поверки счетчиков воды, реализующая предлагаемый способ поверки, разработана и создана в ФГУ "Татарстанский центр стандартизации и метрологии", г. Казань и успешно работает второй год.

При проведении поверки поток с постоянным значением расхода, предварительно установленным по показаниям эталонного расходомера-счетчика, разделяют на два параллельных испытательных участка, в которых установлены поверяемые счетчики. Изменяют расход потока в каждом испытательном участке по загрузочной кривой счетчиков. Потоки воды, прошедшие через счетчики, направляют в установленные на выходах испытательных участков эталонные мерники. Определяют действительный объем воды, прошедший через каждый испытательный участок, по показаниям мерников и вычисляют среднеинтегральную относительную погрешность поверяемых счетчиков во всем диапазоне изменения расхода путем сравнения объема, показанного поверяемым счетчиком, с объемом соответствующего эталонного мерника. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и производительности поверочных работ при одновременном снижении их стоимости. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ поверки крыльчатых счетчиков воды, при котором поток с постоянным, равным номинальному для поверяемых счетчиков значением расхода, предварительно установленным по показаниям эталонного расходомера-счетчика, разделяют на два параллельных испытательных участка, в которых установлены поверяемые счетчики, изменяют расход потока в каждом испытательном участке по загрузочной кривой поверяемых счетчиков, определяют действительный объем воды, прошедший через каждый испытательный участок, и вычисляют среднеинтегральную относительную погрешность поверяемых счетчиков во всем диапазоне изменения расхода, отличающийся тем, что изменяющиеся по расходу потоки воды, прошедшие через поверяемые счетчики, направляют в установленные на выходах испытательных участков эталонные мерники, по показаниям которых определяют действительные значения объемов, а среднеинтегральную относительную погрешность вычисляют путем сравнения объема воды, показанного поверяемым счетчиком, с объемом соответствующего эталонного мерника.2. Устройство для поверки крыльчатых счетчиков воды, содержащее насос, фильтр, расходный бак, эталонный расходомер-счетчик, устройство регулирования расхода, два параллельных испытательных участка для монтажа поверяемых счетчиков, запорно-регулирующую арматуру и трубную обвязку, отличающееся тем, что выходы испытательных участков разъединены и гидравлически связаны с эталонными мерниками, выполненными с возможностью измерения действительных значений объемов изменяющихся по расходу потоков.