SU1682795A1 - Способ определени расхода и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к расходометрии и позвол ет повысить точность измерени  расхода при использовании расходомеров переменного перепада давлени .Увеличивают расход вещества на калиброванную величину и запоминают полученное значение перепада давлени  на сужающем устройстве. Затем уменьшают суммарный расход вещества в заданное число раз и вновь запоминают значение перепада давлени . После этого прекращают калиброванный дополнительный расход вещества, а величину расхода подсчитывают по формуле. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к области измерени  расхода жидких и газообразных веществ путем пропускани  их через измерительное устройство непрерывным потоком и может быть использовано дл  повышени  точности расходомеров переменного перепада давлени , наход щихс  в непрерывной эксплуатации.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Сущность способа измерени  расхода жидких и газообразных веществ заключаетс  в следующем.

Объемный расход жидкости, протекающей через сужающее устройство, определ етс  зависимостью

Q 0,01252 ае т D2 Y-L ( PI - Р2 ), (1) а весовой расход

О . 0,01252 Ј m D2 ,-Р2) , (2)

где а - коэффициент расхода, завис щий от Re в. ламинарной области и не завис щий в турбулентной;

е- коэффициент расширени , причем дл  капельной жидкости

е- 1, а дл  паров и газов е 1;

Л2 m - - модуль сужающего устройЛ D2

О 00

го

XI

ю ел

ства;

р- плотность среды в сечении перед входом потока в отверстие диафрагмы;

Pi и Р2 - давление в трубопроводе до диафрагмы it давление за диафрагмой соответственно;

О - диаметр трубопровода.

Выходной сигнал дифманометра при измерении, например, объемного расхода. исход  из выражени  (1), равен.

Ki(Pi-P2)Kip-Q2

2ч2

(0,01252 aemD-2)

(3)

где Ki - коэффициент преобразовани  перепада давлени  в электрический сигнал.

Как видно из (3), расход вещества и перепад давлени  на сужающем устройстве св заны квадратичной зависимостью, и градуировочна  характеристика расходомера имеет вид параболы. В окрестности I рабочей точки характеристики, задаваемой значением измер емого расхода QI, участок параболы заменим касательной, уравнение которой

+ SQ,(4)

где

s- dV

2pKiQ

( 0.01252 aemD2)2 дифференциальна  чувствительность диф- манометра-расходомера; а-.нулевой коэффициент, определ ющий I положение касательной относительно нул  градуировочной характеристики.

Из-за нестабильности параметров су- жающего устройства (а, е, м, D) в процессе эксплуатации, непосто нства плотности среды и погрешностей дифманометра происходит неконтролируемое смещение и поворот аппроксимирующей касательной относительно начального положени  в момент градуировки. С учетом погрешностей преобразовани  дл  значени  Q Qi имеем

Zi Si (1 + yi) Qi + ai + (5i ,(5)

где Si - дифференциальна  чувствительность , соответствующа  расходу Qi;

ASi

yi -«- - относительна  мульти- 1

пликативна  погрешность преобразовани  (погрешность чувствительности), вызываема  изменением наклона аппроксимирующей касательной; б AQi - абсолютна  аддитивна погрешность преобразовани  (погрешность нул ), вызываема  смещением аппроксимиру- ющей касательной относительно нул  градуировочной характеристики.

По данному способу вначале измер ют и запоминают сигнал (обычно в цифровой форме) ZL Затем увеличивают расход веще- ства на калиброванное значение ДОо, которое выбирают из услови  изменени  выходного сигнала Z на величину, превышающую на пор док его среднеквадратиче- ское отклонение (СКО).

Z2 Si1(1 + yiXQi + A Qo) + ai , (6) где Si - дифференциальна  чувствительность , соответствующа  увеличенному значению измер емого расхода;

у и 5i -погрешности преобразовани  измер емого расхода.

Отклонени  в измер емом сигнале нос т случайный характер и вызываютс  флюктуационными процессами в жидкости и газе, проход щих через сужающее устройство , и электрическими шумами и помехами, сопутствующими измерительные преобразовани . Максимальна  случайна  погрешность измерени 

Д2„акс. ,

(7)

У 2

где oZ - дисперси  случайных отклонений;

/ - коэффициент, св зывающий СКО с максимальной погрешностью и завис щий от доверительной веро тности.

Так, при нормальном законе распределени  случайных отклонений от среднего значени  и веро тности Р 0,997 коэффициент/ 3.

Дл  обеспечени  достоверности измерени  и запоминани  Zi с учетом действи  других дестабилизирующих факторов коэффициент/3 выбирают с определенным запасом

10 /3(8)

В соответствии с условием (S) и соотношением (7) калибровани  изменение расхода выбирают из равенства

Z2-Zi 10/JzT(9)

Полага  чувствительность и погрешности в окрестност х рабочей точки неизменными (Si Si, xi yi01 5i ) из выражени  (9) с учетом (5) и (6) имеем

Д0о

1QV(TZ2 81

(10)

где д Z2 - дисперси  измер емого сигнала . Измер ют и запоминают сигнал Та., соответствующий увеличенному расходу. Далее уменьшают суммарный расход вещества (Qi + Л Qo) через сужающее устройство в заданное число раз, близкое к единице. При этом выходной сигнал дифманометра-рас- ходомера становитс  равным (1+ y i}J(Qi+ AQo)+af+«3i, (11) где t} - коэффициент шунтировани  потока.

Коэффициент rj также выбрают из услови 

Z2-Za lOVTz2.(12)

Полага  чувствительность и погрешности неизменными в окресност х рабочей точки, получаем

(13)

Измер ют и запоминают сигнал 2з, который соответствует уменьшенному значению расхода rj (Qi +AQo) . Измен ют первоначальный расход вещества в трубопроводе прекращением дополнительного расхода (A Qo О). Уменьшившемус  значению расхода соответствует сигнал

Ю/Н///Я//т

(1 +yi)/Qi+ai + 5i , (W

где Si - дифференциальна  чувствительность , соответствующа  уменьшенному значению расхода;

уГи - погрешности преобразовани  уменьшенного расхода Qi.

При малых изменени х измер емого расхода (A Qi «Qi, ij 1 ) все четыре измерени  происход т в окрестност х рабочей точки Q Qi.

1 Погрешности преобразовани  у и д  вл ютс  медленно мен ющимис  функци ми времени. Поэтому во всех четырех измерени х, производимых достаточно быстро, можно считать, что погрешности одинаковые (yi yi di 5i 5f 5i J,a чувствительности равны (Si Si Si i). Совместным решением уравниваний (5), (6), (11) и (14) получают расчетное соотношение дл  определени  искомого расхода вещества.

Таким образом, определение расхода по формуле не зависит от дифференциальной чувствительности расходомера Si и нулевого коэффициента а, которые в процессе длительной эксплуатации расходомера могут существенно измен тьс  как вследствие изменени  состо ни  сужающего устройства, изменени  плотности среды, так и от изменени  коэффициента преобразовани  дифманометра. При этом линеаризуетс  зависимость между измер емым расходом Q и его калиброванным изменением A Qo. Из результата измерени  исключена мультипликативна  ( у ) и аддитивна  ( д ) составл ющие погрешности преобразовани  измер емого расхода вещества.

При обеспечении станционарного характера движени  потока вещества в трубопроводе и установившемс  значении расхода, т.е. при Z f (Q т) const, где г- интервал времени, необходимый дл  реализации алгоритма, точность измерени  по предлагаемому способу определ етс  погрешностью формировани  дополнительного расхода AQ0« Qx. Современные за датчики расхода жидкости (шестеренные. дозировочные насосы) или газа (стабилизаторы расхода газа) позвол ют задавать мзлые расходы AQ0 с предельной погрешностюб,5 %. Использование многоразр дных аналого-цифровых преобразо вателей обеспечивает относительную погрешность преобразовани  результатов Zi,

22.2зи74неболее()%. При усреднении случайных составл ющих погрешностей промежуточных преобразований предлагаемый способ обеспечивает суммарную погрешность измерени  расхода не более

0,5%.

При изменении расхода до значени  Q Q2 измен етс  соответственно и выходной сигнал дифманометра

Zi S2(1 +П)02 +а2 +(52(15)

где S2 -дифференциальна  чувствительность при расходе Cte;

yz и & - погрешности преобразовани  разности давлени  в электрический сигнал .

Организу  три дополнительных измерени  по аналогии с (6), (11) и (14) в окрестност х новой рабочей точки Q СЬ.можно определить действительный расход, независимый от погрешностей у2 и 62 , также от плотности потока вещества.

Способ позвол ет повысить точность измерени , особенно больших расходов, использу  в качестве образцовой меры калиброванные малые расходы, а также дает возможность исключить частые периодические калибровки измерительных каналов расхода при длительной их эксплуатации, а также продлить срок службы сужающих устройств . Практическа  реализаци  способа достигаетс  с помощью простых устройств и серийных средств измерений.

На чертеже приведена структурна  схема устройства, реализующего описанный способ.

Устройство дл  определени  расхода веществ содержит трубопровод 1 с установленным в нем сужающим устройством 2, дифференциальный манометр 3, подклюценный посредством линии 4 св зи к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 5, соединенному с входом блока 6 вычислени , первый выход которого подключен к индикатору, запорный вентиль 8, первый

байпас 9 с последовательно установленными в нем насосом 10, накопительной емкостью 11 и задатчиком 12 расхода, второй байпас 13 с установленным в нем клапаном 14, управл ющим входом соединенным с

шходом первого исполнительного меха- йизма 15, второй исполнительный механизм 16, входом подключенный к выходу цифроаналогового преобразовател  (ЦАП) 17.

Устройство работает следующим образом ,

В исходном состо нии по трубопроводу 1 протекает измер ема  среда.

На выходе АЦП 5 формируетс  цифро- бой код NI Zi, соответсвующий расходу вещества Qi, который поступает в блок 6 вычислител , где запоминаетс . Далее в ЦАП 17 формируетс  управл ющее напр жение, которое воздействует на ис- волнительный механизм 15, открывающий Запорный вентиль 8 байпаса 9. С помощью насоса 10 в накопительую емкость 11 нагнетаетс  текуща  по трубопроводу среда.

После наполнени  емкости 11 запорный вентиль 8 закрываетс  и отключаетс  насос 10. Затем по сигналу с выхода блока 9 вычислител  с помощью ЦАП 17 открывайс  запорный клапан задатчика 12 расхо- да жидкости (или газа) и создаетс  Дополнительный, нар ду с основным , калиброванный расход A QO. Напр жение на выходе дифманометра 3 изменитс  и будет Соответствовать цифровому коду на Выходе АЦП 5. Код N2 запоминаетс  в блоке 6 вычислени , после чего с помощью ЦАП 17 открываетс  клапан 14 второго байпаса 13, шунтирующего сужающее устройство 2. В результате суммарный расход Вещества до сужающего устройства уменьшитс  в определенное число раз.

Новому установившемус  напр жению дифманометра будет соответствовать цифровой код N3-Z3, который также запомина- IJDT. Затем перекрываетс  запорный клапан задатчика 12 расхода вещества и прекращаетс  тем самым дополнительный расход Д Qo. Уменьшившемус  расходу будет соответствовать цифровой код N4S -SZ4, который запоминаетс . С помощью полученных результатов основного и дополнительных преобразований измер емого расхода Zi, Z2, Za и Z4, а также известного значени  расхода A QO вычисл етс  в соот- йетствии с алгоритмом искомое значение расхода вещества.

Моделирование погрешности преобразовани  расходомера в пределах Ь10% по- казало, что погрешность измерени  результата, полученна  по алгоритму, не превышает 0,.5%.

Claims (2)

1.Способ определени  расхода, заключающийс  в измерении перепада давлени  на сужающем устройстве и определении расхода по формуле, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , после измерени  перепада давлений увеличивают расход вещества через сужающее устройство на величину дополнительного калиброванного расхода и вторично измер ют перепад давлений, уменьшают сумарный расход вещества через сужающее устройство в заданное число раз и снова измер ют перепад давлений, прекращают подачу дополнительного калиброванного расхода и измер ют перепад давлений, при этом величину дополнительного калиброванного расхода и уменьшение в заданное число раз расхода выбирают из услови  изменени  перепада давлений на пор док больше его среднеквадратичного отклонени , в искомое значение расхода определ ют по формуле

(Zi-Z4)AQo U (Z2-Z1)-(Z3-Z7y где Q - значение искомого расхода; AQ0- -дополнительный калиброванный расход, на который измен ют установившийс  расход;

Zi - сигнал на вычоде дифманометра, соответствующий текущему установившемус  расходу;

Z2 - сигнал на выходе дифманометра, соответствующий измененному расходу на величину дополнительного калиброванного расхода;

Z.2 - сигнал на выходе дифманометра, соответствующий уменьшенному суммарному расходу через измерительное устройство в заданное число раз;

ZA - сигнал на выходе дифманометра после прекращени  дополнительного калиброванного расхода.

2.Устройство дл  определени  расхода , содержащее сужающее устройство, устанавливаемое в участок трубопровода, дифференциальный манометр, включенный на входе и выходе сужащего устройства , выход дифференциального манометра через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока вычислени , первый выход которого соединен с индикатора .-,, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены первый байпас с последовательно размещенными в нем запорным вентилем, насосом, накопительной емкостью и задат- чиком расхода, второй байпас с размещенным в нем клапаном, трехканальный цифро- аналоговый преобразователь, подключенный входом к второму выходу блока вычислени , первый и второй исполнительные механизмы, выходы которых подключены к входам управлени  соответственно клапана и запорного вентил , а входы соединены соответственно с первым и вторым выходами трехканального цифроаналогового ового преобразовател , третий выход которого подключен к управл ющему входу за- датчика расхода, причем первый байпас подключен к трубопроводу до сужающего устройства, а второй байпас соедин ет вход и выход сужающего устройства.