Способ испытаний расходомеров жидкости иуСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01F25/00 

ременной составляющей .расхода. Потеря точности обусловлена тем, что параметры пульсации расхода, измеренные в месте изменения гидравлического сопротивления, не совпадают по величине с параметрами, воспринимаемыми датчиком испытываемого расходомера, поскольку между местом измерения и датчиком всегда (это специфика способа испытаний) существует жидкий объем, демпфирующий пульсацию расхода. Степень искажения параметров пульсации расчету не поддается, поскольку зависит от трудноучитываемых характеристик потока и трубопровода, например, от шероховатости стенок трубопровода, массы промежуточного объема жидкости, распределения скоростей по сечению потока и т. п. Кроме того, дополнительную погрешность и неопределенность вносят устройства, в которых данный способ реализуется. Так, вращающийся клапан требует предварительной градуировки, которая технически может быть осуществлена только статически так как при неподвижном органе, изменяющем гидравлическое сопротивление. При этом игнорируются обусловленные движением изменения структуры потока и характера обтекания органа жидкостью.

К недостаткам устройства следует также отнести вихреобразование при обтекании потоком. Вследствие этого применимость устройства, а также и способа ограничена по верхнему пределу средней скорости потока.

Известен также способ, включающий воспроизведение пульсирующего расхода путем периодического изменения «апора при неизменном гидравлическом сопротивлении магистрали, в которой установлен датчик испытываемого расходомера, измерение параметров пульсации напора и регистрацию во времени сигналов испытываемого расходомера 31.

Устройство для осуществления способа включает два заполненных жидкостью сосуда, сообщающихся в нижней части испытательной магистралью, а вверху подвешенных к плечам коромысла, свободно помещенного на опору и раскачиваемого с помощью электродвигателя. Параметры относительного перемещения сосудов и сигналы испытываемого расходомера регистрируются во времени. Значение расхода изменяется путем управления скоростью вращения электродвигателя.

Недостатком этого способа испытаний является низкая точность и неопределенность воспроизводимых параметров пульсации расхода вследствие инерционности жидкого объема в системе и этим обусловленной динамической погрешности, искажающей параметры пульсации по длине жидкого объема (по длине магистрали). Другим недостатком способа является наличие методической погрешности, обусловленной необходимостью пересчета параметров пульсации папора в параметры пульсации расхода. Кроме того, данный способ испытаний применим для систем с малым объемом 5 жидкости, а следовательно, только для воспроизведения малых расходов. Это обусловлено спецификой способа, при реализации которого необходимо перемещать (по периодическому закону) всю жидкость, запол10 ияющую систему.

Наличие коромысла и сосудов увеличивает инерционность системы, т. е. увеличивает динамическую погрешность, наличие неизбежных люфтов, в цгарнирах искажает 15 параметры пульсации, а необходимость измерять во времени параметры перемещения коромысла вместо параметров напора влечет за собой дополнительную методическую погрешность, обусловленную пересчетом. 20 Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату к предлагаемому является способ испытаний термоанемометров, заключающийся в воспроизведении пульсирующего расхода путем передвижения датчика термоанемометра в неподвижной жидкости, управлении скоро-. стью движения по периодическому закону, измерении параметров движения и регистрации выходного сигнала термоанемометра 0 в функции времени 41.

Устройство для реализации этого способа содержит заполненный жидкостью резервуар, траверсу, выполненную с возможностью вращения относительно оси резервуара в плоскости его верхнего среза, регулируемый привод траверсы, кронщтейны, закрепленные на траверсе и снабженные захватами для жесткого крепления датчика термоанемометра, устройство управления 0 приводом траверсы в процессе испытания. Воспроизведение пульсируюш,его расхода путем .передвижения датчика в неподвижной жидкости исключает искажение параметров пульсации из-за наличиядвй5 жущегося жидкого объема. Это позволяет более достоверно воспроизводить параметры пульсации, чем путем изменения гидравлического сопротивления. По сравнению со способом испытаний, в котором воспроизведение пульсирующего расхода осуществляется путем периодического изменения напора, в данном случае значительно упрощена операция управления, поскольку управление давлением (напором) заменено уп5 равлением движения твердого тела. Это способствует повышению надежности . управления и точности воспроизведения пульсирующего -расхода, поскольку существенно уменьшается составляющая погрешноO сти, обусловленная несовершенством управления.

Недостатком способа испытаний является недостаточная точность .воспроизведения пульсирующего расхода. Это обусловлено тем, что постоянная и переменная составляющие расхода воспроизводятся совместно, т. е. передвижение датчика осущестг вляется по сложному периодическому закону. Это сопряжено со значительными динамическими погрешностями, а также инструментальными погрешностями системы управления;.

В устройстве для реализации способа

испытаний совместное воспроизведение постоянной и переменной составляющих расхода осушествляется путем изменения по периодическому закону угловой скорости враш;еиия траверсы. Это требует введения программного управления приводом траверсы в процессе испытания. В качестве такого управляемого привода применяют электродвигатели постоянного тока с тиристорньшп преобразователями или спепиальными геиераторами. Точность задания периодического закона управления с помощью таких средств порядка 10%, причем вследствие значительной массы системы «тра-верса - кронштейн - датчик и сопротивления движению со стороны жидкости возникает дополпительная динамическая погрешность, вызывающая как амплитудные, так и фазовые искажения заданного управления закона движения траверсы. Это обстоятельство усугубляется наличием переменного, измепяюш,егося по закону ускорения термоанемометра, что резко меняет характер обтека ия термоаи.емоментра жидкостью, т. е. порождает переменное по величине сопрот-ив.чение пограничных слоев, а следовательно, еще одну составляЮП1ую погрешности, учет которой практически невозможен, так как она зависит от целого ряда факторов: скорости движения термоанемометра, величины и знака ускорений, вязкости жидкости, конфигурации и качества поверхностей термоанемоментра, контактирую.щич с жидкостью.

Целью изобретения является создание таких способа и устройства для его осуществления, которые обеспечивают воспроизведение пульсируюп1,его расхода при испытаниях расходомеров жидкости с высокой точностью.

Указанная пель обеспечивается тем, что в способе испытаний расходомеров жидкости, включающем воспроизведение пульсирующего расхода путем передвижения датчика испытываемого расходомера в неподвижной жидкости, измерение параметров движения и регистрацию выходного сигнала расходомера в функции времени, предусмотрено выделение постоянной и переменной соетавляЮЩих расхода, причем переменную составляющую воспроизводят путем сообщения датчику колебательного движения относительно оси, перпендикулярной продольной оси датчика.

Воспроизведение постоянной составляющей расхода путем передвижения датчика

с постоянной в пределах одного испытания скоростью легко осуществляется с погрешностью 1...2%. Независимое, чисто колебательное (возвратно-поступательное) передвижение датчика, воспроизводящее переменную составляющую расхода, в пределах одного испытания также легко обеспечивается с точностью 1... 2%. При этом следует указать, что погрешность отнесена к амплитуде колебаний скорости, которая значительно меньше постоянной скорости передвижения датчика. Таким образом, суммарная погрешность воспроизведения обеИхХ составляющих расхода значительно vieHbuie

погрешности воспроизведения пульсирующе о расхода при известном способе испыт ний, которая составляет 5... 10%.

В устройстве, содержащем заполненный жид остью резервуар, траверсу, выполненную с возможностью вращения относительно оси резервуара в плоскости его верхнего среза, регулируемый привод траверсы, ьфонштейны, закрепленные на траверсе и оабженные захватами для жесткого крепления датчика, и систему регистрации, захват снабжен шарниром, а на траверсе размещен механизм толкателя, щток которого щарнирно скреплен с датчиком испытываемого расходомера.

Повыщению точности воспроизведения постоянной составляющей расхода способстьует возможность применения в качестве нривода электродвигателей переменного тска с фиксированной угловой скоростью

вращения. Изменение угловой скорости вращ.ения траверсы при переходе от одного испытания к другому может быть осуществлено с помощью ступенчатого редуктора. На протяжении одного испытания

настройка редуктора остается неизменной. Возвратно-поступательное движение, им тирующее переменную составляющую расхода, может быть осуществлено, например, кулачковым толкателем с автоном

ным электроприводом. Поскольку при передаче такого движения имеют место только механические связи, параметры возвратно-поступательного движения обеспечиваются конструкцией механизма толкателя и могут не измеряться в процессе испытания. Изменение параметров возврачно-поступательного движения осуществля(тся дискретно и только при переходе от одного испытания к другому. Это обеспечивается ступенчатым редуцированием привода или сменой кулачка и штанги толкателя.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - то же, разрез Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 - в увеличенном масщтабе узел контакта толкателя с датчиком испытываемого расходомера; на фиг. b - в ув;ли-.ей ом масщтабе узел крепления кронщтеина к траверсе; на фиг. 6 - в увеличенном масштабе узел шарнира.

Устройство для осуществления предлагаемого способа испытаний расходомеров при пульснруюш;их расходах имеет вертикальный, заполненный жидкостью, резервуар 1, траверсу 2 с приводом 3, кроиштейны 4, оакреплениые на направляющей траверсы 2и снабженные захватали 5 для шарнир-иого крепления датчика 6 испытываемого расходомера. На кронштейне 4 или траверсе 2 закреплен механизм 7 толкателя, шток 8 которого связан с датчиком 6 посредством двух пар поводков 9 и 10. Поводки 9 закреплены по обе сгоропы вилки штока 8, а поводки 10 -- па хомуте 1, охватыва ОИ1,ем консоль датчика 6. Шарнирный узел крепления датчика 6 выполнен в виде двух кериов 12, взпнчиваемых в теле захвата 5 г двух сторон, и конусных углублений, выполненных в теле хомута 13. Электрические выводы с датчиков осуществляются кабелямм 14 через внутреннюю полость кронштейна 4 к коробке разъемо 15. Аналогично огуцсствлен съем сигнала с механизма 7 толкателя и подвода его питания.

На направляюшей траверсы 2 выполнен ряд отверстий для фиксации кронштейна 4. Фиксация осугпествляется подпружиненным шариком 16. Затем кронштейн 4 крег::гтся к направляющей виитами 17. На траверсе 2 закреплены оси катков 18, направляющей для которых служит борт резервуара 1. На лобовую консоль датчика 6 зстановлен обтекатель 19. В дниHj,e резервуара 1 закреплены съемные гасители 20 движения жидкости. Регистратор 21 измерительной информации связан кабельными линиями (связь на фиг. 1 показана схематично) со счетчиком 22 ходов И1тока 8 толкателя, датчиками 23 оборотов трагерсы 2 н генератором 24 меток времени.

Для воспроизведения расхода в соответствии со способом испытаний включается привод 3, который начинает вращать траверсу 2 с заданной згловой скоростью и. Датчик 6, закрепленный с помощью кроищтейна 4 на строго определенном расстоянии i от оси вращения,Таким образом передвигается внутри неподвиж ;ой жидкости со скоростью W K)-l. Через датчик 6 протекаег п.:стоянный расход Q S-со р-/, где J -площадь проходного сечения датчика 6. Нри установивщемся движении траверсы 2, т. е. по достил-:ении постоянства скорости вращения траверсы 2, что обеспечивает воспроизведение постоянной составляющей расхода по способу, включается механизм 7 толкателя, периодически перемещающий посредством штока 8 консольный копен датчика 6 на переменный угол а. При этом расход через датчик 6 будет равен Q 5 соза- tOrp- /. Переменная составляюп.1.ая расхода, воспроизводимая периодическим

смещеиие.м оси датчика 6 на угол а с частотой oJni , изменяется по закону Q() S И- cpsco,,,- t, где Н- ход штока 8 толкателя. Закон воспроизведения суммарного

расхода для случая одностороннего смещения на угол а будет иметь вид Q (О Q - Q (t) ) . / - Я . cos (о,„- /. Операция измерения параметров дзижеиия по способу реализуется в устройстве слсдуюшим образом.

Для измерения ш и Шщ. могут быть использованы известные средства, например тахо.метры с электрическим выходом или фотооптические дискретные датчики положения траверсы 2 пли штока 8 толкателя. Их измерите.яьные сигналы записываются на ленту регистратора 21 в процессе испытания. Перемещение (ход) штока 8 задается конструкцией механизма 7 и в процессе

испытания не измеряется. Црн стабилизированном иитании привода 3 траверсы 4 и мехаииз.ма 7 величииы со и а),„ могут не измеряться, а определяться по пасиортиым данным. Операция регистрации выходиых

сигналов расходомера во времени осуществляется путем непрерывной в течение всего псп.ытания записи указанных сигналов и меток времени с генератора 24 на ломте регистратора 21.

Формула и 3 о б р е т е и и я

1. Сиособ испытаний расходомеров жидкости, включающий воспроизведение пульсирующего расхода путем передвижения датчика испытываемого расходомера в иеиодвижной жидкости, измерение параметров движения и регистрацию выходных сигналов расходомера во времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения пульсирующего расхода, при передвижеиии датчика выделяют постоянную и переменную составляющие расхода, причем переменную составляющую воспроизводят путем сообщения датчику колебательного движения относительно оси, пср 1ендмкуляр1шй продольной

датчика.

2. Устройство для осуществления способа испытаний расходомеров жидкости по п. 1, содерлсашее заполпеиный жидкостью

резервуар, траверсу, выполненную с возможностью вращения относительно оси резервуара в плоскости его верхнего среза, привод траверсы, кронштейны, закрепленные на траверсе и снабженные захватами

для крепления датчика испытываемого расходомера, и систему регистрации, отличающееся тем, что захват снабжен шарниром, а на траверсе размещен механизм толкателя, шток которого скреилен с шарниром захвата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Катыс Г. П. Элементы систем автоматического контроля нестационарных потоков. М., Изд -во АН СССР, 1959, с. 26-28

2.Li I. Т. А fastresponse true-mass flowmeter. Trans. ASME, Vol. 75, № 5, 1953.

3.Патент Японии, N° 50-16945, кл. 108 D1,G OIF 25/00, 1975.

4.Emsmann S. Kongeter I. Gecshwindigkeits-Eichanlage fur Thermistersonden.

«Fortschr.-Ber. VDI Z, 1975, Reihe 8,№ 18, 43-56

fS

19

фаг.5

фиг.}

фиг. 5