РАСЧЕТ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ВИХРЕАКУСТИЧЕСКИХ РАСХОДОМЕРОВ

Расходомер— это прибор измерения,характеризующийрасход вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу времени.

Серия вихреакустических преобразователей расхода предназначена для измерения объемного расхода и объема водопроводной, теплофикационной, технической воды, водных растворов и пластовых вод. «Цитата» [3, с. 5].

Поверка всех вихреакустических преобразователей расхода производится 2-мя методами: проливным ибеспроливным (имитационным). Обе методики утвержденыГосстандартом РФ.

Поверка имитационным методом производится в 2 этапа:

·     измерение типичного размера тела обтекания(ТО) и сравнение с паспортным значением данного размера;

·     определение периода выходного сигналапреобразователя и сравнение его с образцовым значением.

На первом этапе поверки тело обтекания (ТО) извлекается из проточнойчасти преобразователя. Возможно извлечение ТОнепосредственно на трубопроводе без демонтажа преобразователя. Далее преобразователь поверяется с помощьюкомплекта аппаратуры, имеющегося в каждом региональномцентре Госстандарта (генератор сигналов, частотомер,осциллограф, вольтметр цифровой, магазин сопротивлений, секундомер) или с помощью портативного имитатора расхода Метран550ИР (по импульсным выходным сигналам)непосредственно на месте эксплуатации.

Проведение поверки вторым проливным методом, который оцениваетприбор с меньшей точностью, производится на образцовой расходомернойустановке,обеспечивающей пределы относительной погрешностиизмерений объема не более ±0,3 %.

Достоинствавихреакустического преобразователя расхода.

Долговременная стабильностьметрологическиххарактеристик в условиях высокого содержанияферромагнитных примесей и механических загрязненийизмеряемой среды, в результате:

·     принципом действия, не использующим магнитныеполя;

·     эффектом «самоочищения» проточной частипреобразователя, выполненной из стали 12Х18Н10Т;

·     широкий динамический диапазон;

·     надежная работа в области малых значений расходов,благодаря температурной коррекции расходной характеристики;

·     утвержденныегосстандартом методики поверки: проливная и имитационная.

Вихреакустические расходомеры имеют множество достоинств и преимуществ. Продолжительная стабильностьпрактически всех метрологических характеристик в условиях высокого содержания ферромагнитных примесей и механических загрязнений измеряемой среды, обусловленна:

·     принципом действия работы устройства, не использующим магнитные поля;

·     эффектом «самоочищения» проточной части преобразователя, выполненной из стали 12Х18Н10Т;

·     отсутствием футеровки проточной части материалами, подверженными деформациям в процессе монтажа и эксплуатации;

·     широкий динамический диапазон;

·     надежная работа в области малых значений расходов, благодаря температурной коррекции расходной характеристики;

·     утвержденные методики поверки: проливная и имитационная;

·     оперативная диагностика и возможность поверки непосредственно на трубопроводе;

·     100 %ное обеспечение соосности при монтаже, благодаря конструктивным решениям КМЧ;

·     самодиагностика;

·     широкая гамма стандартных выходных сигналов для связи с вторичными устройствами.

Принцип измерения расхода состоит в зависимости частоты образования вихрей за телом обтекания, установленным в проточной части преобразователя от скорости и расхода.

Преобразователь (Рис. 1). В корпусе проточной части расходомера расположены: тело обтекания — призма трапецеидального сечения (1), пьезоизлучатели ПИ (2), пьезоприемники ПП (3) и термодатчик (7). Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6), смонтированные на печатной плате.

Тело обтекания (ТО) установлено на входе жидкости в проточную часть расходомера. При обтекании ТО потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка Кармана, частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и самому расходу. За ТО в корпусе проточной части диаметрально противоположно друг другу установлены стаканчики, в которых соответственно собраны ультразвуковой пьезоизлучатель (ПИ) и пьезоприемник(ПП). От генератора на ПИ подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. При прохождении через поток, в результатевзаимодействия с вихрями, ультразвуковые колебания модулируются по фазе. На ПП модулированные ультразвуковые колебания вновь преобразуются в напряжение, которое подается на фазовый детектор.

Рисунок 1. Принципиальная схема ВАР

а) Продольный разрез расходомера б) Поперечный разрез расходомера.

Зависимость частоты образования вихрей за телом обтекания в потоке жидкости, газа или пара (вихревые) от объемного расхода описывается уравнением Кармана:

                                                                       (1)

                                                                     (2),

откуда

                                                                     (3)

где: f— частота образования вихрей, St- коэффициент Струхаля, зависит oт режима течения, v-скорость; S — площадь сечения проточной части расходомера; = объемный расход.

Неопределенность измерения— параметр, связанный с результатом измерения, который характеризует дисперсию (разброс) значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.Неопределенность результата измерения отражает отсутствие точного знания значения измеряемой величины. Такое значение даже после внесения поправки на известные систематические погрешности будет являться только оценкойизмеряемой величины в результате возникновения неопределенности.

В данной работе были рассчитаны три типа неопределенностей: суммарная, стандартная и расширенная.

Стандартная неопределенность определяется по результатам многократных измерений, где, исходными данными для ее вычисления являются результаты этих же измерений.

Суммарная стандартная неопределенностьuc(y) —это стандартная неопределенность результата измерения, когда результат получают из значений ряда других величин. Суммарная стандартная неопределенность представляет собой оцененное стандартное отклонение и определяет разброс значений, которые могут быть с достаточным основанием приписаны измеряемой величине.

Расширенная неопределенность—величина, задающая интервал вокруг результата измерения, в пределах которого, как ожидается, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могут быть приписаны измеряемой величине.

Для определения неопределенностей вихреакустических расходомеров были произведены измеренияна стенде НИЛ кафедры АПП. Далее были рассчитаны стандартная, расширеннаяи суммарная неопределенности по формулам:

Стандартная неопределенность:                                                       (4),

                                                               (5)

Cуммарная неопределенность:                                       (6),

где:

                                            (7)

                                        (8)

Расширенная неопределенность:                                                          (9)

Таблица 1.

Результаты расчетов и исходные данные

В ходе расчетов были получены значения суммарной и расширенной неопределенностей вихреакустических расходомеров, которые необходимо учитывать наряду с относительной погрешностью при поверке расходомеров.Так как «погрешность» и «неопределенность» совершенно разные понятия и каждое из них играет крайне важную роль в поверке, работе, длительном использовании всех приборов.

Список литературы:
1.    Кремлёвский П.П. Расходомеры. — М.: Машиностроение, 1990. — 400 с.
2.    Мишин В.М. Метрология. Стандартизация. Сертификация. — М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2009. — 128 с.
3.    Половнева С.И.,Ёлшин В.В., Толстой М.Ю. Измерение расхода газов и жидкостей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. — 89 с.