Установка для градуировки расхо-дОМЕРОВ Советский патент 1981 года по МПК G01F25/00 

1

Изобретение относится к- измерительной технике, в частности, к устройству установок для радуировки расходомеров жидкости, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для расходомеров, применяемых в магистралях объектов и технологических линий, в которых жидкость транспортируется при высоком статическом давлении;

Известны объемные динамические установки для градуировки расходомеров при воздействиивысокого статического давления, содержащие источник газа высокого давления, измерительный резервуар, в котором установлена штанга, несущая дискретные уровнемеры, испытательную магистраль, в пределах которой устанавливаются датчики градуируемых расходомеров, измеритель времени и сливную емкость 1 .

В процессе градуировки газ высокого давления, поступающий от источника, вытесняет жидкость из измери. тельного резервуара в испытательную магистраль, а оттуда в сливную емкость. Расход измеряется как отношение объема жидкости, заключенного между двумя смежными уровнемерами, к

времени его истечения. Величина указанного объема определяется при калибровке резервуара методом свободного слива жидкости на весы при атмосферном давлении. При градуировке давление вытесняющего газа деформирует измерительный резервуар, что ведет к изменению калиброванного объема, т.е. к снижению точности из0мерения расхода жидкости. Уменьшение деформации путем увеличения толщины стенок измерительного резервуара приводит к существенным увеличениям веса, габаритов и металлоемкос5ти установки.

Известные массовые динамические установки содержат напорный и измерительный резервуары, помещенные на платформу весов-компаратора, испы0тательную магистраль с установленными в ее пределах датчиками градуируемых расходомеров, индикатор равновесного положения весов-компаратора, измеритель времени и автомати5ческое устройство Нагружения весов грузами. Испытательная иагистраль расположена вне весов, ее вход соединен с измерительным резервуаром посредством гибкой связи (гибкий

0 шланг, сильфон), а выходы - жестко со сливной емкостью. В процессе градуировки жидкость из измерительного резервуара вытесняется газом высокого давления, поступающим из напорного резервуара. Истечение жид кости вызывает разбаланс весов-компаратора, которые возрващаются в равновесное положение с помощью гру зов, накладываемых на платформу весов-компаратора (или снимаемых с нее) автоматическим устройством. Интервал времени между смежны1ми равновесньами положениями фиксируется измерителем времени. В момент каждого срабатывания индикатора равновесного положения формируется команда управления автоматическим устройством. Массовый расход жидкости определяетс как С (1) где М - масса наложенных грузов; С - интервал времени между двумя равновесными положениями, первое из которых наступает перед наложением грузов, второе после него. В таких установках жесткость связи между испытательной магистралью и измерительным.резервуаром меняется в зависимости от давления потока и перемещений, вызванных деформацией. Это вызывает дополнительное перемен ное усилие, воздействующее на платформу весов-компаратора. Действительный массовый расход жидкости в этом случае определяется как мТ-() (2) где g - ускорение силы тяжести; к,Кц - значения дополнительного усилия при начальном (по отношению к моменту наложения грузов) и конечном равновесных положениях весовкомпаратора 2 . Наличие гибкой связи ведет, таким образом, к понижению точности градуи ровки при высоких статических давлениях, так как возникает дополнительная погрешность, определяемая как разность расходов (1) и (2) и равная(3 Исключсение такой погрешности введением поправок требует проведения трудоемких исследований зависимости возникающей силы от давления, что малоэффективно, так как поправкой исключается только систематическая составляющая погрешности, в то время как спучайная составляющая, , обусловленная вариацией силы Р, остается значительной, причем с увели чением давления вариация силы, след вательно, и случайная составляющая погрешности возрастают. Точность градуировки при высоких- статических давлениях понижается также, если поправку вводят по результатам прямых измерений перемещения гибкой связи, проводимых в процессе градуировки, так как при этом вносится по; решность, соизмеримая с корректируемой. Кроме того, такие измерения технически трудноосуществимы из-за необходимости дистанционной передачи показаний, что обусловлено техникой безопасности работы, и не исключает необходимости предварительного экспериментального определения зависимости силы от перемещения связи, что является источником дополнительных погрешностей методического хара тера. Цель изобретения - повышение точности градуировки расходомеров при воздействии высокого статического давления . Для достижения указанной цели в известной массовой динамической установке, содержащей напорный и измерительный резервуары, расположенные на платформе весов-компаратора, испытательную магистраль, гибко связанную с измерительным резервуаром и расположенную вне весов-компаратора, индикатор равновесного положения весов, сливную емкость, измеритель времени и автоматическое устройство нагружения весов грузами, испытательная магистраль жестко соединена с измерительным резервуаром и размещена (вместе с датчиками градуируемых расходомеров) на платформе весовкомпаратора, а на выходе испытательной магистрали установлены дроссельное устройство и демпфер. Жёсткое соединение испытательной магистреши с измерительньдм резервуаром и размещение ее на платформе весов-компаратора исключает какие-либо механические связи с объектами, находящимися вне весов-компаратора, вследствие чего повьпиается точность измерения расхода при градуировке, так как погрешность по формуле (3) вследствие очевидного R R , О становится равной нулю. Повышению точности градуировки способствует дроссельное устройство и демпфер, установленные на выходе испытательной магистрали. Дроссельное устройство понижает давление на выходе, что ведет к уменьшению величины реактивного усилия струи жидкости, свободно истекающей и.з испытательной .магистрали в сливную емкость, Демпфер обеспечивс1ет снижение величины реактивного усилия до пренебрежимо малого уровня за счет гашения скорости истечения жидкости. На чертеже представлена схема предлагаемой установки. На платформе весов-компаратора 1размещены измерительный резервуар 2с жидкостью, напорный резервуар 3, заполненный газом -высокого давления, и испытательная магистраль 4 с датчинами 5 градуируемых расходомеров, дроссельное устройство 6, регулировочный .вентиль 7 и демпфер 8, Все перечисленные элементы крепятся жестко к платформе весов-компараторл 1 с помощью фермы 9. На кронштейн 10 навешиваются (или снимаются с него) грузы 11 известной массы с помощью автоматического гидравлического илимеханического устройства 12. Фотооптический индикатор 13 управляет включением автоматического устройства 12 и измерителя времени 14. В качестве демпфера 8 используется открытый резервуар,состоящий из дгух камер, образованных вертикгшьными коаксиальными цилиндрами, в стенке внешнего из которых выполнен тангенциальный вход жидкости, поступающей, из испытательной магистрали 4. В дни те в центре внутренней KajviepH находится сливной штуцер 15 для свободного слива жидкости в сливную емкост 16. Перелив жидкости из внешней ка-- меры демпфера 8 во внутреннюю осуществляется через стенку внутреннего цилиндра. Внешняя камера перед грс1Дуировкой заполняетря жидкостью до уровня среза внутреннего цилиндра В качестве дроссельного устройства 6 применяются диафрагмы или сопла. При работе с агрессивными жидкостями демпфер 8 и сливная емкость 16 закрываются эластичным чехлом 17, Установка работает следующим об разом. Перед градуировкой измерительный резервуар 2 заполняется жидкостью, а в верхней его части создается давление путем перепуска газа из напорного резервуара 3. Регулировочный вентиль 4 установлен в положение, соответствующее воспроизводимому рас 4соду. На кронштейн 10 наложен избыток грузов 11 так, что весы-компаратор 1 выведены из равновесного no(ложения. По команде оператора открывается отсечной клапан 18 и жидкость прд действием давления газа исте-. кает из измерительного резервуара 2 через датчики 5 и дроссельное устрой ство 6 в демпфер 8, а оттуда в сливную емкость 16 свободной струей. Пос .ле дроссельного устройства S давление в испытательной магистраши 4 падает до величины, близкой (несколько большей) к атмосферному давлению. При истечении жидкости уменьшается нагрузка на платформу весов-компаратора 1 и система стремится к равновесному полох ению, наступление которого фиксируется индикатором 13.В этот момент формируется команда автоматическому устройству 12 на снятие груза 11. Одновременно включается измеритель времени 14 и регистратор сигналов градуируемых расходомеров. После съема груза 11 вновь возЧ никает разбаланс весов 1, но посколь ку истечение жидкости продолжается, система снова стремится к равновесному положению, при наступлении которого формируется команда на съем следующего груза и осуществляется остановка измерителя времени и регистратора сигналов. Количество жидкости, истекшей за интервал времени, зафиксированный измерителем времени, равно массе снятого груза. После второго равновесного положения циклы измерений повторяются до тех пор, ,пока по внешней команде не будет ос- тановлен поток жидкости. Наличие жесткого соединения испытательной магистрали с измерительным резервуаром позволяет повысить верхний предел воспроизводимого при градуировке статического давления до 40-50 МПа, в то бремя как при гибком соединении он лежит в пределах 10-15 МПа. Это обусловлено тем, что при жесткой связи статическое давление ограничено условиями прочности, в то время как при гибкой допускаемыми деформациями. Размещение испытательной магистрали на платформе весов-компаратора и устранение тем салвлм каких-либо механических связей весов с внешними объектами позволяет исключить составляющую погрешности, обусловленную паразитным усилием от деформации связи под действием статического давления. Поскольку паразитное уси-. лие составляет 0,01-0,001 общей нагрузки на йесы, его исключение позволяет снизить общую погрешность на 0,1-0,3% при уровне погрешности 0,2-0,5%. Формула изобретения Установка для градуировки расходомеров, содержащая напорный и измерительный резервуары, помещенные на платформу весов-компаратора, испытательную магистраль для датчиков градуируемых расходомеров, сливную емкость, индикатор равновесного положения весов-компаратора, измеритель времени и автоматическое устройство нагружения весов-компаратора грузами, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности градуировки расходомеров при воздействии высокого статического давления,/испытательная магистраль жестко соединена с измерительным резервуаром и размещена на платформе весов-компаратора, а на выходе испытательной магистрали установлены дроссельное устройство и демпфер. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Groeper L. И. Inptace calibration of cryogenic flowmeters for rocket engine testing - Adv. Instrum. Pittsburg, 1969, v. 24, part 2, 585/1-585/7.

2. Mortenson L. N. Mass flowmeter calibration. - Instrum and

Control systems, 1964, v. 37, I 3, p. 133-136 (прототип).

7 f L У I f

rCXJ-S-tX-1

JV

I

13