НЕСХОДИМОСТЬ ПОКАЗАНИЙ РАСХОДОМЕРНЫХ УСТАНОВОК

В. В. Тамми, АО «Аситром», Таллинн

Тема сличений расходомерных установок в РФ в последние годы становится всё более предметной. Особенную пикантность этой теме придаёт множащееся с огромной скоростью количество установок с нормированными характеристиками, близкими к Эталону.

Не секрет, что некоторые попытки провести сличения установок уже проводились, результаты большинства из них по-прежнему пылятся на полках.

В этой статье мы попробуем поделиться псевдопрактическим опытом сличения мифических установок А и Б с использованием меры сличения — СИ высокой точности.

Классическая установка с напорным баком и объёмным методом измерения приведена на рисунке ниже.

1 – Накопительный бак; 2 – Насос; 3 – Напорный бак с переливом; 4 – Регулирующий вентиль; 5 – Испытуемое СИ, погрешность ±0,2%; 6 – Переключатель потока; 7 – Измерительный бак; 8 – Измерительный участок

Объёмный метод, погрешность установки ±0,15%.

Погрешность испытуемого СИ по показаниям установки — плюс 0,18%.


Не менее классическая установка с напорным трубопроводом и весовым методом измерения приведена на рисунке ниже.

1 – Накопительный бак; 2 – Насос; 3 – Воздухоотделитель+успокоитель; 4 – Регулирующий вентиль; 5 – Испытуемое СИ, погрешность ±0,2%; 6 – Переключатель потока; 7 – Измерительный бак на весах; 8 – Измерительный участок

Весовой метод, погрешность установки ±0,015%.

Погрешность испытуемого СИ по показаниям установки — минус 1,18%.


Разность погрешностей испытуемого СИ на двух установках составляет 1,36%.

С учётом сведений из свидетельств о поверке всех трёх СИ:

(±0.15%) ± (±0.20%) ± (±0.015%) ~ 1.36% ???

Если указанный результат повторяется, обычно результаты не публикуются, а для широкой публики обнародуются причины метафизического характера: закрутки, пульсации, профили, надо подумать... и прочее....

Отметим, что назначение установок последующих за эталоном разрядов — передача единицы измерения, в данном случае — м3/ч.

Со временем делать особенно нечего, поэтому рассмотрим составляющую — м3.

Практически во всех случаях работы с водой, к расчётам и при обработке результатов принимаются свойства обеднённой (дистиллированной) воды. На практике же мы имеем дело с обычной живой водой.

В нормальных условиях вода содержит в себе некоторое количество растворённого воздуха. В литературе достаточно легко можно найти данные по содержанию кислорода в воде.

Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее.

К числу первых относятся поглощение кислорода из атмосферы, аэрация. Содержание кислорода уменьшается меньше теоретически возможного в силу протекания процессов, уменьшающих его концентрацию, а именно: потребления кислорода различными организмами, реакций окисления и т.п.

Значения максимальной концентрации кислорода в литре воде от температуры (Атмосферное давление 760 мм рт.ст., парциальное давление кислорода р = 0,209 атм) и максимальной концентрации воздуха в воде без газообразования приведены в таблице.


Температура Конц. О2, мг/л Объём О2, см3 Воздух, см3 Плотность ГССД, кг/л Плотность с воздухом, кг/л, идеальная
15°С 10.03 7.16428 34.2788 0.99920 0.96499
20°С 9.02 6.44285 30.8270 0.99830 0.96756
25°С 8.18 5.84285 27.9562 0.99705 0.96922

Проведём метрологическую оценку влияния наличия воздуха в воде, принимая для оценки значения максимальной концентрации.

Главный неутешительный вывод — вода становится сжимаемой жидкостью. Соответственно появляется зависимость показаний приборов, установленных на измерительный участок, от изменения значения давления, см. график ниже.


Второй неутешительный вывод — зависимость изменения плотности реальной воды от температуры меняет знак, см. график ниже, на противоположный.


В комбинации указанных факторов мы можем иметь до 4% погрешности определения значения воспроизводимого расхода в измери-тельном участке в диапазоне давления от 0 до 6 бар и в диапазоне температур от 15 до 25°С.

Таким образом, в установках мы получаем комплекс факторов:

  • плотность (как-то можно измерить в реальных условиях эксплуатации).
  • коэфиициент сжимаемости воды — не для химлаборатории задача, но решаемая.
  • реальная температурная зависимость воды — безнадёжно в общем случае.

Замечание для неисправимых оптимистов: процессы, которые происходят на молекулярном уровне, контролируются только на молекулярном уровне, т.е. лопатой этот воздух не отгребёшь!

Но допустим, что нам удалось решить практически нерешаемую задачу и учесть все вышеизложенные факторы. Эврика!!!!? Не тут-то было!

Как известно, вода при прохождении гидравлического тракта подвергается аэрации вследствие эжекции, срыва струи на острых кромках, свободного падения. Степень аэрации воды не ограничивается каким-то числовым значением, а зависит от конфигурации всего гидравлического тракта. Практически, степень перенасыщения воды в установке зависит только от конструктивных особенностей установки, качества инженерных решений и фактического исполнения. В литературе удалось найти перепечатку с зарубежных исследований на предмет дегазации перенасыщенной воды, см. график ниже.


Дегазация, хоть и возможная механическими методами, приводит в лучшем случае к стабилизации процентного перенасыщения воды воздухом, причём, для случая аэрации, имеет пропорциональную зависимость от значения воспроизводимого расхода и объёма накопительного бака, т.е переменная постоянная.

Для оценки сверху влияние аэрации можно принять равным влиянию насыщения воды воздухом при нормальных условиях. И успокоиться.

Выводы:

  1. С учётом неопределённости параметров Эталона расхода в части физико-химических свойств используемой воды, достаточно трудно говорить о корректной передаче единицы — м3/ч.
  2. С учётом неопределённости определения плотности и поведения плотности воды для температурного диапазона нормальных условий — 20±5°С даже без учёта сжимаемости и аэрации очень трудно говорить о расходомерных установках последующих за эталоном разрядов класса 0,1 и лучше.
  3. Возвращаясь к началу: (±0.15%) ± (±0.20%) ± (±0.015%) = 1.36% !!!, и даже больше, если необходимо.
  4. А ведь ещё есть закрутки, пульсации, профили и прочая....

ЛИТЕРАТУРА

  1. Содержание растворенного кислорода в воде: Методические указания. Составитель Кузьмина И. А. — НовГУ, Великий Новгород, 2007
  2. С. А. Федоров, ООО «Манометр-Терма», Современные вакуумные деаэраторы. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», №7, июль 2007
Яндекс цитирования