К ВОПРОСУ О МЕТОДАХ ПОВЕРКИ РАСХОДОМЕРОВ

В. И. Лачков,
О. Б. Чугунов, зам. генерального директора по производству, НПФ «Теплоком», Санкт-Петербург

В разработанной В. И. Лачковым «Концепции проливной установки» достаточно подробно и всесторонне раскрыты методы и особенности поверки измерительных приборов, используемых для учета расхода жидкостей. Эта работа позволила специалистам ЗАО «Теплоком» сделать, как мы уверены, правильный выбор при принятии решения о проектировании и строительстве новой проливной установки УМР-315.

Позволим себе сделать некоторый обзор методов поверки водосчетчиков и расходомеров воды.

Специалистам, работающим в сфере энергосбережения, известно, что поверка и градуировка водосчетчиков и расходомеров воды осуществляется на расходомерных стендах. В основу их работы положены следующие известные методы:

  • имитационный;
  • объемный;
  • сличения;
  • массовый.

Имитационный метод с применением физических закономерностей положенных в основу работы типа поверяемых преобразователей.

Недостатки: узкая специализация на метод измерений и конструктивные особенности, заложенные в тип поверяемых преобразователей; невозможность воспроизведения влияющих факторов (длина прямого участка, температура и давление в трубопроводе, термодинамические характеристики воды, электрохимия, блуждающие токи, электромагнитные помехи и многое др.) при эксплуатации поверяемых преобразователей; низкая точность и непредсказуемость (разброс) результатов измерений.

Достоинства: невысокая стоимость, простота в изготовлении и обслуживании, высокая производительность. Этот метод может найти применение при градуировке и поверке, например, электромагнитных расходомеров в условиях массового производства при хорошо отработанной и стабильной технологии их изготовления.

Объемный метод с применением образцовых мерных баков и запорного клапана, работающего в режиме управления «старт - стоп».


Здесь и в дальнейшем под термином «образцовое СИ» имеется в виду рабочий эталон, сертифицированный и поверяемый в установленном порядке. Объемный метод с применением прувера, хотя он и весьма точный, не рассматривается в виду его дороговизны. Применение здесь перекидного клапана снижает случайную составляющую методической погрешности, но в целом не решает проблемы существенного повышения точности стенда в рабочих условиях его эксплуатации.

Этот метод в отличие от первого метода — универсален. Он пригоден для поверки и градуировки скоростных расходомеров в принципе измерения, которых положено измерение скорости контролируемого потока жидкости, а это электромагнитные, ультразвуковые, турбинные, крыльчатые, вихревые преобразователи расхода воды. Однако здесь на результаты измерений влияет:

  1. Ускорение и замедление потока воды в периоды начала и завершения заполнения мерника. Этот источник ошибки может быть минимизирован только значительным увеличением длительности процесса поверки. Для чего необходимо увеличить объем мерника и как следствие увеличивается время его опорожнения и уменьшается производительность расходомерного стенда. Ускорение и замедление потока воды также вносит существенную ошибку в результаты измерений поверяемого преобразователя.
  2. Температура, давление и состав воды (в основном насыщенность нерастворенными и растворенными газами) и термодинамические характеристики воды в трубопроводе, где расположены поверяемые преобразователи.
  3. Пространственное положение мерника, способ слива воды в мерник, температура и давление в помещении и, главное, температура, давление и состав воды (в основном насыщенность нерастворенными и растворенными газами), слитой в мерник.

Например, только отклонение на ±10°С температуры воды, слитой в мерник, от нормальных условий 18°С, при которых проводилась поверка мерника, вызывает дополнительную погрешность на уровне: ±0,05% — из-за изменений геометрических размеров мерника и ±0,6% — из-за изменений плотности воды. Для исключения этих явлений необходима стабилизация температуры воды, по крайней мере, на уровне (18±2)°С

Недостатки: низкая точность измерения; непредсказуемость (разброс) результатов измерений.

Достоинства: невысокая стоимость, простота в изготовлении и обслуживании.

Этот метод находит широкое применение при градуировке расходомеров объемного действия, у которых нормированные пределы погрешности не менее ±2%.

Метод сличения показаний поверяемого преобразователя с показаниями образцовых расходомеров, имеющего известную градуировочную характеристику.

Этот метод также универсален. Он получил широкое распространение, как наиболее простой метод для градуировки и поверке расходомеров. Максимальная точность метода, однако, не может быть выше, чем точность образцового расходомера плюс точность расходомерного стенда, на котором градуировался образцовый расходомер.

Однако здесь на результаты измерений влияет:

  1. Точность образцовых расходомеров с пределами погрешности не хуже ±0,25% — в рабочих условиях эксплуатации проливной установки. При этом встает серьезная проблема достоверной поверки подобных образцовых расходомеров в России.
  2. Длина прямого участка, несоосность и различные (пусть и не большие) выступы, температура, давление и состав воды (в основном насыщенность нерастворенными и растворенными газами) и термодинамические характеристики воды в трубопроводе, где расположены поверяемые преобразователи.
  3. При этом методе не допустимы пульсации расхода выше ±0,1% во время пролива. Иначе не соблюсти даже соотношения 1:2 точности образцового и поверяемого преобразователей. Следовательно, применение насосов исключается в принципе.

Недостатки: низкая точность измерения; непредсказуемость (разброс) результатов измерений, сложность и дороговизна поверки образцовых расходомеров. Поверка преобразователей с пределами погрешности ±1% выполнима только при соблюдении следующих условий:

  • постоянное подтверждение точности измерений. При этом необходимы частые градуировки по эталонам по месту установки контрольного расходомера;
  • при большом динамическом диапазоне точность измерений можно обеспечить только отдельными образцовыми расходомерами различных габаритов, установленных последовательно по два в группы, соединенные параллельно и отделенные запорной арматурой. Образцовые расходомеры должны быть отградуированы в оптимальных диапазонах измерений, гарантирующих их высокую точность, с учетом величины отклонения показаний между расходомерами в каждой паре. Градуировка должна производится по месту установки образцовых расходомеров с помощью высокоточных методов.
  • применение только напорных баков вместо насосов.

Достоинства: невысокая стоимость, простота в изготовлении. Наиболее часто, данный метод используется при градуировке расходомеров объемного действия, у которых нормированные пределы погрешности не менее ±2%.

Поверка преобразователей методом сличения проводится, как правило, в упрощенном варианте. На расходомерном стенде устанавливается несколько контрольных расходомеров и их показания используются во всем динамическом диапазоне измерения. Градуируются контрольные расходомеры один раз в год не по месту их установки.

Недостатки упрощенного варианта метода сличения:

  • некорректность измерений в связи с полным отсутствием возможности проверки стабильности (повторяемости) градуировочной характеристики контрольного расходомера во всем динамическом диапазоне измерения во времени;
  • невозможно проследить передачу результатов измерений физических величин до рабочих (государственных) эталонов;
  • непредсказуемость результатов измерения;
  • как следствие, недоразумения, возникающие при попытке перепроверить поверку на других стендах.

Массовый метод (статическое взвешивание) с применением образцовых весов и запорного клапана, работающего в режиме управления «старт - стоп».

Это наиболее универсальный, точный и воспроизводимый метод. Однако здесь на результаты измерений влияет:

  1. Ускорение и замедление потока в трубопроводе при пропуске необходимой порции воды вносит существенную ошибку в результаты измерений поверяемого преобразователя.
  2. Температура, давление и состав воды (в основном насыщенность нерастворенными и растворенными газами) и термодинамические характеристики воды в трубопроводе, где расположены поверяемые преобразователи.

Для исключения указанных недостатков целесообразно применять массовый метод с применением образцовых весов, перекидного клапана (устройства отклонения потока (Divecter) в соответствии с международным стандартом ISO 4185 и европейским стандартом EN 214185) и плотномера.

Это абсолютный метод, в котором чистая масса собранной жидкости определяется из массы емкости и массы емкости заполненной жидкостью, взвешенных соответственно до и после того, как жидкость была отведена в резервуар за измеренный интервал времени.

Метод дает абсолютные измерения нормированного потока через измерения массы и времени в отношении, которых прослеживание передачи эталонов мер и весов может быть проведено наиболее прямыми и простыми способами.

Одним из основных источников погрешности являются конструктивные и технологические особенности системы отклонения потока, которая должна иметь идентичные характеристики в обоих направлениях, а также обеспечить, чтобы фиксируемое аппаратурой время пропуска воды в точности совпало со временем фактического наполнения весовой емкости до заданного веса.

Достоинства:

  • высокая потенциальная точность измерения нормированного потока;
  • прослеживаемость передачи результатов измерений физических величин до рабочих (государственных) эталонов;
  • возможность испытаний на горячей воде;
  • быстродействие проведения измерений;
  • стабильность (повторяемость) результатов измерений;
  • высокая степень автоматизации технологического процесса.

В настоящее время в ЗАО «Теплоком» запущена в опытную эксплуатацию первая очередь проливной установки УМР-315, в которой был реализован массовый метод измерения расхода. В качестве перекидных клапанов нами были применены изделия оригинальной конструкции, основными отличительными особенностями которых является использование в качестве привода шагового двигателя, управляемого контроллером и оригинального устройства формирования потока (все изделия разработаны специалистами ЗАО «Теплоком»).

Результаты испытаний показали, что при условии соблюдения всех требований ISO 4185 и EN 214185, легко достижима точность достоверного определения массового расхода не хуже 0,04% (объемного — 0,05%) при одновременном обеспечении высокой производительности процесса поверки. Первые месяцы эксплуатации на практике подтвердили правильность сделанного ЗАО «Теплоком» выбора.

Надеемся, что приведенный выше материал окажет помощь специалистам других фирм при выборе концепции проектирования проливной установки.

Яндекс цитирования