4.Градуировка сужающего устройства и всего канала измерения расхода.

Градуировкой измерительного прибора называется операция, при помощи которой устанавливается соответствие между показаниями измерительного прибора и значениями измеряемой величины. Результаты градуировки представляются в виде графиков, таблиц или в виде новой шкалы.

Стандартные сужающие устройства не требуют индивидуальной градуировки т.е. экспериментальной проверки по расходу и изготовляются в соответствии с правилами \ РД-50-213-80/ по размерам и другим характеристикам, полученным из расчета.

Основные контролируемые размеры и характеристики сужающих устройств: диаметр отверстия, острота входной и выходной кромок, наличие заусенец, профиль отверстия, чистота поверхности.

Основные контролируемые размеры и характеристики трубопроводов: длины прямых участков до и после сужающего устройства, внутренние диаметры, шероховатость, наличие неровностей и уступов.

Считается, что калибровка приборов с учетом всех требований была проведена заводом – изготовителем стенда.

На рис.13 показан обычный измерительный канал ИИC или АСУ ТП , состоящий из сужающего устройства, датчика перепада давления, устройства связи с объектом (УСО) и вычислителя. УСО обычно имеет блоки нагрузок, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь ( АЦП ).

При измерении расхода к УСО могут подключаться измерительные каналы давления , температуры и плотности газа для автоматической коррекции расхода на эти параметры при расчете вычислительным устройством приведенного к нормальным условиям объемного расхода газа. В нем же реализуется функция извлечения корня и другие расчетные функции. На выходе вычислителя получают как текущий, так и суммарный расход газа или жидкости.

Канал давления--- ^

Канал температуры---- ^

Канал плотности--------------^

Рис. 13

Измерительная система включает несколько элементов. Каждый из них имеет свою градуировочную характеристику.

Сужающее устройство преобразует расход в перепад давления по закону (см. формулу 8).

, при плотности -1г/см*.

Датчик перепада преобразует выходной сигнал сужающего устройства /\ Pвнормированный выходной токовый сигнал 4 – 20 m A (/\ P min - /\ Pmax ), который через коммутатор и АЦП устройства связи с объектом УСО может передавать информацию о расходе на вычислитель (ЭВМ или СТД) в виде выходного сигнала (цифрового или аналогового).

Вычислитель использует введенную в него программу, реализует вычисления по формулам ( 1 ) или ( 2 ) . Коэффициенты вводятся в программу вычислителя с клавиатуры и могут автоматически корректироваться (рис.13).

Выходом вычислителя является показание значения расхода, выведенное на экран или печать или введенное через RS-32 в систему телемеханики для использования в АСУ ТП.

На всех этапах от опытного производства до массового внедрения каждый передаточный узел канала измерения параметра и система в целом должны быть аттестованы и по метрологическим характеристикам в частности.

Измерительному прибору устанавливается класс точности, на который ориентируется пользователь. Осуществляя градуировку отдельных частей измерительного канала можно проверить метрологическую точность измерения параметра, т.е. действительную погрешность измерения. В нашем случае мы должны известный расход измерить испытуемым прибором (в диапазоне измерения), т.е. отградуировать узел преобразования расхода в перепад давленияидальше в показание прибора Показания прибора по массовому расходу сравним с измеренным,

используя дополнительную емкость и секундомер.

Измерив время заполнения емкости между двумя определенными уровнями L, можно определить объемный расход и считать его известным, т. е. действительным. Объемный расход, исходя из соотношения характеристики насоса и нагрузочных характеристик отдельных составляющих линии, в процессе заполнения дополнительной емкости изменяется пропорционально нарастающему в емкости давлению. Учитывая это можно говорить только о среднем значении мгновенного расхода. Объемный расход можно вычислить из соотношений:

Q=V/t= (V1-V2)/t,

V=3.14*R/ 2 *H,

H=L2 -L1 ,

G=Q*J. .

Где:

Q - расход объемный, м* / с ( л/сек).

G - расход массовый, к г / с (т/час).

V - объем, м*. ( л *)

J - плотность жидкости, г/см* ( 1 г/см*)

R - радиусы внешнего и внутреннего объемов ( дополнительной емкости

и внутренней сливной трубы ), м (мм)

H – высота столба жидкости, м (мм ).

L1 . L2 - начальное и конечное значение высоты, м (мм) .

t - время измерения расхода , С (час).

Показания расхода на СТД имеют размерность удобную для пользователя т. е. в т/часпоэтому при расчете расхода по приведенным формулам необходимо это учесть.

Для упрощения проведения геометрических расчетов считать, что 10 литров объема соответствуют 46 см разности высот, т.е. V=0.22 * H ( л/см*см).Коэффициент пересчета в т/час - 1000 / 3600 =0,27(л/сек). Это значит , еслиL1=12см аL2=77см,H=65cм и объем жидкостиV=0.22*65=14,3 литра. ( 022*46=10.1литра).

Например , при

H=60 см ,

t=15 сек

Расчет - Q = 60 / 15 * 0.22 * 0.27 .=60/15 * 0. 594= 2. 376 м*/час.

Для удобства расчетов брать общий коэффициент пересчета К =0,6 ( см/сек / т/час).

Это значит - Q=60/15*0,6= 2,4 т/час

Исходя из реальных условий, можно ориентировочно оценить приведенную погрешность W1 метода измерения действительного расхода G.

Пусть погрешность измерения H в динамике - +/- 0,5 см то W1= 0,5/60*100 < 1% .

При измерении времени t при +/- 0,1 сек. получим W2 = 0.1/15*100 < 1 %.

Увеличивая точность измерения H и t , имеется возможность многократно увеличить точность метода. Высоту столба жидкости можно с очень высокой точностью измерять по разности давлений P1 и Р2 , которые выводятся на СТД в качестве показателей уровня. Точность замера времени можно увеличить используя фотодиоды и высокую частоту заполнения периода измерения ( f = 1000 гц - точность 0,001 сек ). Эти функции можно возложить на СТД, добавив измерение времени и вывод результатов на экран. Геометрические размеры мерной емкости при определении объема V можно определять более точными приборами . Здесь, как и всегда, точность определяется соотношением потребности с ценой.

Численно для воды G=Q и при градуировке расходомера приведенная погрешность измерения Wопределяем по формуле:

( 9 )

Где :

Gпр- показание прибора,

G д - действительное значение расхода (расчетное),

G min , G max - диапазон измерения . ( 1,5 т/час ).

В нашем случае градуировка диафрагмы производится по выходному параметру, как по перепаду давления, то здесь мы можем проверить точность квадратичной (корневой) зависимости перепада давления от расхода (см. формулу 8),на которую ориентировались и закладывали в программу СТД. Здесь нужно в диапазоне измерения сравнить реальную кривую G = K*\/ /\ P с идеальной (расчетной Gp = K*\/ N ) . на формулы 1 или 2 . Перед началом градуировки заполнить таблицу 1

Таблица 1

Минитерм

П о к а з а н и я С Т Д

Мерная емкость

Расчет

П араметры---> К142T K139P K132^P K133G K239P K239P

N

Y

T1

T

P

^P

Gпр

PL1

PL2

H1

H2

t

Gд

W1

W2

%

С

С

МПа

кПа

т/час

МПа

МПа

мм

мм

сек

т/час

%

%

Номер позиц.

Полож. клапана

Т-ра

Т-ра

Давл. входа

Пере- пад

Расход прибор

Давл. уовн.

Давл. уов.

Уро- вень 1

Уро- вень 2

Время

Расход действ

Погреш расход

-ность корень

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Градуировка определяет статические характеристики измерительного прибора т.е. зависимость выходного параметра от входного при установившихся условиях. Этозначит что мгновенный расход в точке постоянен во времени т. е. не меняется.

Динамика процесса вносит свои коррективы при измерении любого параметра. Динамическая характеристика - зависимость выходного сигнала от времени при скачкообразном изменении входного сигнала. На графике обычно это кривая линия в виде экспоненты, которая стремится, в конечном счете, к тому значению, которое задается величиной скачка. Статическая и динамическая характеристика взаимосвязаны и от статической зависит динамическая. Характеризуется динамическая -постоянной времени T (сек). Если взять произвольную точку на экспоненте этой кривой и провести через нее касательную, то она пересечет воображаемую прямую, к которой стремится экспонента. Время отсчетаТберется от проекции взятой точки до точки пересечения касательной с прямой .Так графически находится T. Динамика системы в данной работе не рассматривается.

Порядок проведения работы.

Градуировка сужающего устройства и измерительного канала расхода.

1. Выполнить первые три пункта по цели проведения работ и приготовить таблицу в кратком изложении и в отдельной индивидуальной тетрадке (используется как пособие при последующей защите лабораторной работы).

2. В соответствии с описанием работы стенда ознакомиться с его составными частями на месте проведения (Рис.10, 11).

3. Включить питание стенда тумблером 1 и насос – 3. Тумблер *НАГРЕВАТЕЛЬ*не трогать.!

4. Функционально – один исследователь работает с *МИНИТЕРМОМ* и *СТД* устанавливая Y% и считывая показания, другой измеряет расход при помощи секундомера и мерной емкости – третий записывает результаты, остальные руководят процессом.

5. Установить максимальный расход. Выставить Y%= 0.00( клапан закрыт) и полностью открыть большой красный вентиль 4. Малый5 закрыть и не трогать т. к. тонкой регулировкой расхода пользоваться не будем.

6. В установившемся режиме (спустя 1-2 мин.)записать в таблицу все показания. При этом записывать только усредненные значения. Приступить к измерению расхода мерной емкостью при начальном максимальном расходе.

7. Одновременно перекрыть вентиль 4 и включить секундомер. При достижении уровня края сливной трубы секундомер выключить. Учесть, что при увеличении уровня, расход пропорционально уменьшался. Записать данные по расходу (Н1, H2 и t).При новом значенииY% = 20в установившемся режиме снова заполнить таблицу. Изменятся также показания параметров G. /\ P и P и др.Средним значением расхода поприбору считать (G max - G min) / 2 и его учитывать это при расчетепогрешностей.

8. Учесть при расчетах, что Gmax– это расход, записанный в начале при открытом полностью вентиле, аGmin- расход, записанный при свободном сливе жидкости через внутреннюю трубу дополнительной емкости.

9. С шагом 20% в диапазоне изменения Y% повторитьцикл измерения предварительно слив жидкость до уровняH1. Теперь начать измерение нового значения расхода G max при новом - Y%=20. Записать начальные данные, закрыть вентиль и включить секундомер придалее – по пунктам 6 и 7.. В любом случае нужно произвести пять измерений (циклов) расхода двумя методами измерения ( по перепаду давления по показаниям прибора СТД и использования емкости с секундомером).

10. Установить при помощи вентиля H1=40 см (+/- 2 см) , Y% = 100.Это позволит еще больше уменьшить начальное значение расхода в системе В установившемся динамическом режиме записать новые исходные данные в таблицу 1. и повторить измерения по пунктам 6 и 7. Это - регулирование расхода изменением сопротивления линии нагрузки. Расширяется диапазон изменения расхода и определяется влияние на него нагрузки. Нагрузкой здесь считается давление водяного столба в емкости которое пропорционально высоте столба жидкостиH.

11. Сделать два испытания при Y%=20 и Y%=60.Всего - 8 измерений по градуировке расходомера.

Градуировка уровнемера.

1. Градуировка уровня – зависимость давления от высоты водяного столба (уровня) уже имела место в предыдущих испытаниях, когда фиксировались одновременно и H иPL при различных других параметрах. ПриY%=60снять показания значений давленияпри H= 20, 30, 40, 50, 60. см.Уровень выставлять при помощи вентиляпримерно( +/- 5см ), но каждый раз

равновесное состояние обязательно. Полученное значение постянно и записывается с точностью +/- 1мм. Например - 24.6 см, 57.4 см и т. п.

Обработка результатов испытаний.

1. Рассчитать значения действительных расходов жидкости по формуле ( 9 ) вычислить значения W1 .

2. Построить график зависимости ^P от расхода Gпп и Gд, сравнить с

математической коренной зависимостью обе кривые. Определить коэффициент альфа по формуле 9. из показателей расхода, а также по экспериментальным табличным данным формулы 4.

3. Построить зависимость PL от H , определить коэффициент пересчета.

4. Построить зависимость расхода Gпп от H и PL .