УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПОВЕРКИ УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА Российский патент 2022 года по МПК G01F25/00 

Описание патента на изобретение RU2772234C1

Изобретение относится к области измерений и испытаний, а именно к поверочным установкам для поверки и калибровки счетчиков, расходомеров и расходомеров-счетчиков газа на критических соплах [G01F 25/00].

Из уровня техники известен МЕТОД КАЛИБРОВКИ СЧЕТЧИКА С ПОМОЩЬЮ ЗВУКОВЫХ СОПЕЛ [CN 112268601 (A), опубл.: 26.01.2021], отличающийся тем, что устанавливают блок сбора данных на измерительном столе со звуковыми соплами, вводят номер счетчика через сканирующий считыватель и записывают данные счетчика в блок сбора данных, подают питание на счетчик через блок сбора данных, включают измерительный стол со звуковыми соплами и определяют данные мгновенного расхода счетчика через блок сбора данных, сравнивают его с расходом газа, фактически испускаемым звуковым соплом и получают погрешность счетчика.

Недостатком аналога является недостаточность раскрытия его сущности (существенных признаков).

Также известна УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕРКИ И ГРАДУИРОВКИ СЧЕТЧИКОВ ГАЗА [RU 9067 U1, опубл.: 16.01.1999], содержащая корпус, механизм подключения к измерительной линии, образцовый расходомер с соплами , размещенными на основании, ввод для потока измеряемой среды, нагнетатель, создающий разрежение, устройство поддержания требуемого расхода для каждого сопла , отличающаяся тем, что установка снабжена датчиками давления, термометром, барометром, блоками: питания, управления регистрации и расчета, при этом корпус выполнен с откидывающейся на петлях крышкой, содержащей монтажные элементы, причем механизм подключения к измерительной линии снабжен перепускным клапаном "линия-атмосфера", а основание образцового расходомера с соплами установлено герметично через подпружиненный промежуточный диск между стойками, жестко закрепленными в корпусе, при этом промежуточный диск снабжен отжимным механизмом, а ввод для потока измеряемой среды выполнен в виде прямого отрезка трубы, одним концом жестко соединенной с промежуточным диском, а другим концом соединенной подвижно с перепускным клапаном "линия-атмосфера".

Недостатками аналогов являются низкая надежность установки и высокие трудозатраты на ее изготовление, обусловленные наличием в составе установки эталонных измерителей расхода, которые, как вариант, представляют собой эталонные счетчики, которые усложняют и удорожают установку.

Наиболее близким по технической сущности является УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ И КАЛИБРОВКИ СЧЕТЧИКОВ, РАСХОДОМЕРОВ И РАСХОДОМЕРОВ-СЧЕТЧИКОВ ГАЗА [RU 2533329, опубл.: 20.11.2014], содержащая эталонные измерители расхода - критические сопла, каждое из которых снабжено запорным клапаном, насос, ресивер (форкамеру), систему контроля и управления, содержащую блок управления запорными клапанами, отличающаяся тем, что в систему контроля и управления дополнительно введен блок формирования набора критических сопел по заданному значению расхода поверочной среды.

Основной технической проблемой прототипа является непроизвольный набор критических сопел, используемый в установке, что затрудняет промышленную применимость данного технического решения, так как постоянно изменяемый набор сопел, во-первых, увеличивает материалоемкость самой установки и затрудняет ее использование во вне стационарных условиях, во-вторых, необходимость замены критических сопел влечет за собой снижение надежности установки и ее точности, в-третьих, снижение надежности установки и ее точности связано в том числе и с неконтролируемым загрязнениям критических сопел во время работы установки.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности установки для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа.

Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа, содержащая критические сопла с запорными клапанами, насос, ресивер и модуль управления, отличающаяся тем, что для калибровки или поверки устройства в модуле управления задают поверочные точки по расходу газа, для каждой из которых определены включаемые в формирование расхода критические сопла, номинальные расходы di которых выражены как степени двойки и представлены n-разрядным двоичным числом, при этом суммарный расход устройства сформирован в виде суммы расходов критических сопел с двоичными весами , где ak – коэффициент со значениями 0 или 1, учитывающий участие критического сопла в формировании расхода, при этом аk=0, если критическое сопло исключено из формирования расхода (выключено) и аk=1, если критическое сопло включено в формирование расхода, к контроллеру подключены датчики измерения температуры и давления поверочной среды в ресивере, температуры, давления и влажности окружающего воздуха для измерения с их помощью параметров поверочной среды, прокачиваемой через критические сопла и окружающей среды для определения в модуле управления объема поверочной среды, прокачанной через устройство измерения расхода газа и относительной погрешности установки.

В частности, расход каждого из критических сопел определяют как , первое из которых выбирается из ряда 0,004, 0,008, 0,016, 0,032, 0,064 м3/час.

В частности, объем поверочной среды определяют как , где ΔP – перепад давлений между входом в критическое сопло и атмосферой, Pатм – атмосферное давление воздуха, измеряемое датчиком атмосферного давления, К – градуировочный коэффициент критического сопла, К – коэффициент зависимости «температура – влажность».

В частности, перепад давлений между входом в критическое сопло и атмосферой, измеряется датчиком дифференциального давления, подключенным на выходе из устройства измерения расхода газа.

На фигуре показана структурная схема установки для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа, на которой обозначено: 1 – критические сопла, 2 – клапаны, 3 – ресиверы, 4 – насосы, 5 – устройство измерения расхода газа, 6 – датчик абсолютного давления, 7 – датчик температуры газа, 8 – датчик дифференциального давления, 9 – контроллер, 10 – датчик температуры воздуха, 11 – датчик давления окружающего воздуха, 12 – датчик влажности воздуха, 13 – модуль управления.

Осуществление изобретения.

Установка для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа содержит эталонные измерители расхода газа, выполненные в виде критических сопел 1. Принцип действия установки основан на воспроизведении и измерении скорости движения поверочной среды, например, воздуха через критические сопла 1 в критическом режиме. Скорость движения в этом режиме постоянна, поэтому при известном значении диаметра критического сопла 1 и параметров внешней среды (температура, давление, влажность) вычисляют расход воздуха, а при измеренном значении времени - объем. Вычисленные значения расхода и объема в дальнейшем используются в качестве эталонных.

Каждое из критических сопел 1 снабжено клапаном 2, выполненным управляемым. Критические сопла 1 с одной стороны общей магистралью подключены через ресиверы 3 к насосам 4. Насосы 4 выполнены, например, вакуумными. С другой стороны, к критическим соплам 1, по другой магистрали, подключен устройство измерения расхода газа 5, например, счетчик, или расходомер, или расходомер-счетчик и т.д.

В магистраль между клапанами 2 и ресиверами 3 подключен датчик абсолютного давления 6, а к одному из ресиверу 3 подключен датчик температуры газа 7.

В магистраль между критическими соплами 1 и устройством измерения расхода газа 5 подключен датчик дифференциального давления 8.

Клапаны 2, датчики абсолютного давления 6, температуры газа 7 и дифференциального давления 8 подключены к контроллеру 9.

Ко входам контроллера 9 также подключены датчик температуры воздуха 9, датчик относительного давления 10 и датчик влажности воздуха 11.

Контроллер 9 выполнен с возможностью преобразования измеренных сигналов с датчиков 6-8 и 9-11 в цифровые сигналы, вычисления расхода и объема газа, контроля критического режима работы сопел 1, управления клапанами 2 и насосами 4.

Контроллер 9 подключен к модулю управления 13, выполненному в виде ПК, ноутбука, планшета, смартфона и т.д. с возможностью ввода/вывода информации, управления контроллером 9, выбора режимов работы и контроля за работоспособностью установки в целом.

Установка осуществляет расчет объемного (массового) расхода, объема (массы) поверочной среды, прошедших через устройство измерения расхода газа 5, перерасчет к стандартным условиям в соответствии с ГОСТ Ρ 8.740-2011 и определение погрешности упомянутого устройства 5.

Установку для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа используют следующим образом.

Перед калибровкой подключают устройство измерения расхода газа 5 на вход общей магистрали с критическими соплами 1.

Новым существенным признаком в техническом решении, обеспечивающим достижение заявленного технического результата – повышение надежности установки, является то, что набор критических сопел 1 для калибровки и поверки линейки устройств измерения расхода газа неизменен, при этом номинальные расходы критических сопел 1 выбирают как степени двойки и представляют n-разрядным двоичным числом.

Расход Qi каждого из критических сопел 1 в установке определяют по формуле:

(1),

первое из которых выбирается из ряда 0,004, 0,008, 0,016, 0,032 и 0,064 м3/час в зависимости от диапазона измерения расхода калибруемых устройств. Например, для измерения расхода в диапазоне от 0,016 до 16 м3/час установка включает 10 критических сопел 1 с расходами 0,016, 0,032, 0,064, 0,128, 0,256, 0,512, 1, 2, 4 и 8 м3/час. Любой расход в диапазоне от 0,016 до 16 м3 представляется в этом случае 10 разрядным двоичным числом.

Для увеличения диапазона измерения расхода увеличивают количество сопел, при этом расход каждого из добавляемых критических сопел 1 определяют также по формуле 1.

Сумма расходов формируется как сумма расходов сопел 1 с двоичными весами по формуле:

(2)

где Q – значение расхода устройства 5, м3/час;

k – количество критических сопел 1;

d – минимальный расход критического сопла 1;

ak – коэффициент со значениями 0 или 1, учитывающий участие критического сопла 1 в формировании расхода, аk=0, если критическое сопло 1 исключено из формирования расхода (выключено), аk=1, если включено.

В модуле управления 13 задают данные калибруемого устройства измерения расхода газа 5 и поверочные точки по расходу. Например, для устройства 5 типоразмером G1,6, поверочными точками по расходу будут 0,016, 1,6 и 2,5 м3/ч.

Определяют по формуле 2 включаемые в формирование расхода критические сопла 1, для чего зная поверочную точку по расходу Q (левая часть формулы 2) и минимальный расход критического сопла 1 в установке d (первый множитель правой части формулы 2) определяют второй множитель правой части формулы 2.

Так как первая поверочная точка Q = 0,016 м3/ч, а минимальный расход критического сопла 1 в установке также равен 0,016, то в формировании расхода будет участвовать только это критическое сопло 1.

Для второй поверочной точки Q = 1,6 м3/ч второй множитель правой части формулы 2 будет равен Q/d = 1,6/0,016 = 100. Преобразуют полученное значение из десятичной системы счисления в двоичную: 1100100. Каждый из разрядов полученного кода является коэффициентом аk из формулы 2, определяющий участие критического сопла 1 в формировании расхода. Таким образом, исходя из кода в формирование расхода включают (справа налево) третье, шестое и седьмое критические сопла 1 с расходами 0,064, 0,512 и 1,024 м3/час соответственно (сумма 1,590 м3/час).

Для третьей поверочной точки Q = 2,5 м3/ч второй множитель правой части формулы 2 будет равен Q/d = 2,5/0,016 = 156,25. Преобразуют целое число полученного значения из десятичной системы счисления в двоичную: 10011100. Исходя из кода в формирование расхода включают (справа налево) третье, четвертое, пятое и восьмое критические сопла 1 с расходами 0,064, 0,128, 0,256, 2,048 м3/час соответственно (сумма 2,496 м3/час).

Поочередно калибруют устройство измерения расхода газа 5 на каждой из заданной поверочной точке по расходу газа для чего перед началом калибровки открывают клапаны 2 сопел 1, участвующих в формировании расхода и определенных по формуле 2. После открытия клапанов 2 включают насосы 4, с помощью которых создают критический перепад давления на открытых критических соплах 1 и прокачивают в течение времени t через устройство измерения расхода газа 5 воздух.

В процессе прокачки воздуха измеряют с помощью датчика температуры газа 7 температуру прокачиваемого поверочной среды в ресивере 3, температуру окружающего воздуха с помощью датчика температуры воздуха 11, относительное давление воздуха с помощью датчика атмосферного давления воздуха 11 и влажность воздуха с помощью датчика влажности 12 и передают измеренные значения в контроллер 9.

Определяют в блоке управления 13 расход газа через каждое из критических сопел 1 по известной площади горловины упомянутого сопла 1 и измеренной температуре газа по формуле:

, (3)

где Q0 – объемный расход воздуха, м3/ ч;

К – градуировочный коэффициент критического сопла 1, м3/час (К0.5), определенный для температуры окружающего воздуха + 20 °С и влажности 60 %;

Т0 - абсолютная температура рабочей среды, К, Т0= t+273,15.

При постоянной температуре рабочей среды объемный расход сохраняется постоянным, поэтому расчетный объем воздуха, пропущенный через устройство измерения расхода газа 5 за интервал времени tu, определяют по формуле:

, (4)

Действительное значение объема (расхода) газа зависит от соотношения «температура – влажность» и от падения давления на калибруемом устройстве измерения расхода газа 5. Эту зависимость учитывают с помощью коэффициентов К и множителя (1-ΔР/Ратм):

(5), где

ΔP – перепад давлений между входом в критическое сопло 1 и атмосферой, измеряемый датчиком дифференциального давления 8, кПа;

Pатм – атмосферное давление воздуха, измеряемое датчиком атмосферного давления 11, кПа.

Из формул 3-5 объем газа рассчитывают по формуле:

(6).

Значения К приведены в таблице.

ϕ, % Температура, °С 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 30 1,002 1,002 1,002 1,001 1,001 1,001 1,001 1,001 1,001 1,000 1,000 40 1,002 1,001 1,001 1,001 1,001 1,001 1,001 1,000 1,000 0,9988 0,9995 50 1,001 1,001 1,001 1,001 1,001 1,000 1,000 0,9998 0,9995 0,9992 0,9988 60 1,001 1,001 1,001 1,001 1,000 1,000 0,9998 0,9993 0,9989 0,9984 0,9980 70 1,001 1,001 1,000 1,000 0,9999 0,9996 0,9993 0,9988 0,9983 0,9978 0,9973 80 1,001 1,000 1,000 0,9999 0,9995 0,0092 0,9988 0,9983 0,9978 0,9972 0,9965 90 1,001 1,000 0,9999 0,9996 0,9992 0,9988 0,9983 0,9978 0,9972 0,9965 0,9959

По окончании прокачки через устройство измерения расхода газа 5 с него считывают значение расхода (объема) и сравнивают их с рассчитанными значениями, взятыми за эталонные.

Определяют относительную погрешность установки при воспроизведении объема и делают вывод о пригодности (непригодности) устройства для измерения расхода газа 5 к применению.

Другим новым существенным признаком в техническом решении, обеспечивающим повышение надежности установки и достижение заявленного технического результата, является то, что в процессе работы установки для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа по мере загрязнения отверстие сопел 1 уменьшается и соответственно будет изменяться реальный расход газа. Для контроля работоспособности установки рассчитывают расход газа косвенным методом, не зависящим от значений расходов критических сопел 1 по формуле:

(8),

где Vр - общий объем ресивера 3, л;

tизм – время работы установки, с;

Рн – начальное давление воздуха в ресивере 3, кПа;

Рк – конечное давление воздуха в ресивере 3, кПа;

Тн – начальная температура воздуха в ресивере 3, оС;

Тк – конечная температура воздуха в ресивере 3, оС;

Ратм, Татм – давление и температура наружного воздуха соответственно;

Рн, РК измеряют датчиком абсолютного давления 6. Тн, ТК измеряют датчиком температуры газа 7. Ратм измеряют датчиком давления окружающего воздуха 11. Татм измеряют датчиком температуры воздуха 10.

При значениях расхода газа, определенного по формуле 8, менее первоначального значения останавливают установку и проводят работы по ее обслуживанию.

Похожие патенты RU2772234C1

название год авторы номер документа
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ И КАЛИБРОВКИ СЧЕТЧИКОВ, РАСХОДОМЕРОВ И РАСХОДОМЕРОВ-СЧЕТЧИКОВ ГАЗА 2013
  • Раевский Сергей Анатольевич
  • Фокин Валентин Сергеевич
RU2533329C1
СПОСОБ ПОВЕРКИ И КАЛИБРОВКИ ГАЗОВЫХ СЧЕТЧИКОВ 2015
  • Стеценко Андрей Анатолиевич
  • Глова Юрий Степанович
  • Недзельський Сергей Денисович
RU2628657C2
Способ калибровки критических сопел и устройство для калибровки критических сопел 2017
  • Горчев Александр Иванович
  • Мингалеев Айдар Вилорович
  • Быков Игорь Александрович
  • Кратиров Дмитрий Вячеславович
  • Михеев Николай Иванович
RU2654934C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ РАСХОДОМЕРОВ ЖИДКОСТИ 2023
  • Косолапов Александр Васильевич
  • Буланов Сергей Леонидович
  • Подковырин Антон Викторович
RU2810628C1
Моноблочная однониточная газоизмерительная станция на ультразвуковых преобразователях расхода большого диаметра с узлом поверки на месте эксплуатации 2022
  • Бобриков Николай Михайлович
  • Канев Денис Валерьевич
  • Ваглай Максим Анатольевич
  • Шульман Егор Викторович
  • Путников Александр Сергеевич
RU2780983C1
Способ контроля метрологических характеристик стационарных или мобильных замерных установок и поверочная установка для его реализации 2018
  • Павленко Григорий Антонович
  • Яцынин Николай Александрович
RU2682063C1
УСТРОЙСТВО (ЭТАЛОН) ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ, ГАЗОЖИДКОСТНЫХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД 2018
  • Воробьев Алексей Викторович
  • Галимова Лариса Маратовна
RU2691671C1
Мобильная поверочная установка для счетчиков газораспределительных станций 2022
  • Батталов Андрей Фаимович
  • Малышев Сергей Львович
  • Сопин Владимир Федорович
  • Сойко Алексей Игорьевич
RU2793592C1
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ, ПОВЕРКИ И ИСПЫТАНИЯ ТЕПЛОСЧЕТЧИКОВ И РАСХОДОМЕРОВ 2002
  • Атоян В.Р.
  • Бржозовский Б.М.
  • Малая Э.М.
  • Чириков А.И.
  • Урекин А.И.
  • Юренко В.С.
RU2234689C2
ПЕРЕНОСНАЯ ПОВЕРОЧНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БЫТОВЫХ СЧЕТЧИКОВ ГАЗА И СЧЕТЧИКОВ ВОДЫ 2007
  • Аристов Павел Анатольевич
  • Горбунов Илья Александрович
  • Петелина Людмила Алексеевна
  • Подольский Зиновий Львович
RU2343421C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 772 234 C1

Реферат патента 2022 года УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПОВЕРКИ УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА

Изобретение относится к области измерений и испытаний, а именно к поверочным установкам для поверки и калибровки счетчиков, расходомеров и расходомеров-счетчиков газа на критических соплах. Установка для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа содержит критические сопла с запорными клапанами, насос, ресивер и модуль управления. Причем для калибровки или поверки устройства в модуле управления задают поверочные точки по расходу газа, для каждой из которых определены включаемые в формирование расхода критические сопла, номинальные расходы di которых выражены как степени двойки и представлены n-разрядным двоичным числом, при этом суммарный расход устройства сформирован в виде суммы расходов критических сопел с двоичными весами , где ak – коэффициент со значениями 0 или 1, учитывающий участие критического сопла в формировании расхода, при этом аk=0, если критическое сопло исключено из формирования расхода (выключено) и аk=1, если критическое сопло включено в формирование расхода, к контроллеру подключены датчики измерения температуры и давления поверочной среды в ресивере, температуры, давления и влажности окружающего воздуха для измерения с их помощью параметров поверочной среды, прокачиваемой через критические сопла и окружающей среды для определения в модуле управления объема поверочной среды, прокачанной через устройство измерения расхода газа и относительной погрешности установки. Технический результат - повышение надежности установки для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 772 234 C1

1. Установка для калибровки и поверки устройств измерения расхода газа, содержащая критические сопла с запорными клапанами, насос, ресивер и модуль управления, отличающаяся тем, что для калибровки или поверки устройства модуль управления выполнен с возможностью задания поверочных точек по расходу газа, для каждой из которых определены включаемые в формирование расхода критические сопла, номинальные расходы di которых выражены как степени двойки и представлены n-разрядным двоичным числом, при этом суммарный расход устройства сформирован в виде суммы расходов критических сопел с двоичными весами , где ak – коэффициент со значениями 0 или 1, учитывающий участие критического сопла в формировании расхода, при этом ak=0, если критическое сопло исключено из формирования расхода (выключено) и ak=1, если критическое сопло включено в формирование расхода, к контроллеру подключены датчики измерения температуры и давления поверочной среды в ресивере, температуры, давления и влажности окружающего воздуха для измерения с их помощью параметров поверочной среды, прокачиваемой через критические сопла и окружающей среды для определения в модуле управления объема поверочной среды, прокачанной через устройство измерения расхода газа и относительной погрешности установки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что расход каждого из критических сопел определяют как , первое из которых выбирается из ряда 0,004, 0,008, 0,016, 0,032, 0,064 м3/час.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что объем поверочной среды определяют как , где ΔP – перепад давлений между входом в критическое сопло и атмосферой, Pатм – атмосферное давление воздуха, измеряемое датчиком атмосферного давления, К – градуировочный коэффициент критического сопла, К – коэффициент зависимости «температура – влажность».

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перепад давлений между входом в критическое сопло и атмосферой, измеряется датчиком дифференциального давления, подключенным на выходе из устройства измерения расхода газа.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2772234C1

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ И КАЛИБРОВКИ СЧЕТЧИКОВ, РАСХОДОМЕРОВ И РАСХОДОМЕРОВ-СЧЕТЧИКОВ ГАЗА 2013
  • Раевский Сергей Анатольевич
  • Фокин Валентин Сергеевич
RU2533329C1
Способ улавливания буровой пыли отсасыванием при бурении скважин 1948
  • Шохрин З.О.
SU79998A1
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ К ПЕЧНОЙ ТОПОЧНОЙ ДВЕРЦЕ 1927
  • Фоняков А.П.
SU9067A1
CN 112268601 A, 26.01.2021.

RU 2 772 234 C1

Авторы

Косолапов Александр Васильевич

Даты

2022-05-18Публикация

2021-06-02Подача