Автоматическое портативное трубопоршневое поверочное устройство (тпу) для ускоренной поверки турбинных преобразователей расхода

Трубопоршневое устройство (ТПУ) содержит два дозирующих цилиндра с абсолютным уплотнением поршней при помощи эластичных надувных манжет, четырехходовый реверс-кран, по два оптических датчика положения поршней на каждом цилиндре, измерительный преобразователь разности давлений, два термодатчика, два исполнительных механизма для регулирования расхода и перепада давления в системе. Полости цилиндров со стороны штоков соединены трубкой и заполнены рабочей жидкостью. Переключение реверс-крана производится штоками поршней. Микропроцессорный контроллер (МК) с модулями сопряжения с датчиками преобразует и регистрирует результаты измерений температуры на входе и выходе с ТПУ и периодов следования импульсов турбинного преобразователя расхода (ТПР) с учетом долей неучтенного объема калиброванного участка из-за временных рассогласований моментов срабатывания детекторов начальных и конечных положений поршней и меандров импульсов с ТПР. МК также вырабатывает команды для управления ТПУ - создает ряд стабилизированных расходов и поддерживает стабилизированный перепад давления жидкости в системе измерения. В конце циклов измерений (1-10 сек) МК производит расчет метрологических характеристик ТПР и выдает функциональную зависимость расхода жидкости от частоты и ее основную погрешность. Изобретение обеспечивает градуировку ТПР в рабочей магистрали, позволяет расширить диапазон градуировки по расходу и температуре, сократить время калибровки. 3 ил.

 

Изобретение относится к системе градуировки (калибровки) турбинных преобразователей расхода (далее ТПР), а также счетчиков жидкостей, имеющих частотный выход.

Известны расходомерные установки для градуировки (калибровки) ТПР весового и объемного типа, содержащие напорный и сливной бак, насос, испытательный участок с градуируемыми расходомерами, весовой прибор (или мерный бак), перекидные устройства.

Недостатком установок таких типов является их громоздкость, выражающаяся в большом количестве оборудования, входящих в их состав, а также сложность изготовления отдельных его компонентов, таких как мерный бак, перекидные устройства, весовые устройства. Кроме того, в эти установки необходимо заливать значительное количество жидкости для проведения градуировок. Длительность испытания при весовом методе ограничивается грузоподъемностью весов. При этом сужается и диапазон расходных градуировок на установках.

Известно устройство - трубопоршневая поверочная установка для поверки (калибровки) технологически связанного с ним расходомера (см. патент PU 2246703 С2).

Недостатком такой установки является ее связанность с технологическим трубопроводом и громоздкость, выражающаяся в сложности изготовления отдельных компонентов, таких как большой калиброванный участок трубопровода, большое количество детекторов положений поршня-вытеснителя, создание и поддержание выбранных расходов измеряемой среды, накопительная форма набора измерительной информации.

Цель изобретения - упростить конструкцию установки, уменьшить габариты и время поверки ТПР, расширить диапазоны градуировок по температуре и по расходу, удешевить в эксплуатации, увеличить надежность измерения, упростить аттестацию установки.

Поставленная цель достигается тем, что полости двух цилиндров со стороны штоков поршней соединены между собой трубкой и эта полость заполняется рабочей жидкостью, а штоки поршней механически воздействуют на коромысла реверс-крана, переключая измерительные участка цилиндров, или на измерение, или на заполнение, вследствие этого создается пара пролетных измерительных вместимостей, работающих в режиме «заполнение-измерение» без разрыва напора рабочей жидкости, причем микропроцессорный контроллер (МК) создает ряд нормируемых стабилизированных расходов и поддерживает перепад давления в измерительной системе ТПУ с помощью исполнительных механизмов, результаты измерений температуры на входе и выходе с ТПУ, периодов следования импульсов с ТПР с учетом долей неучтенного объема калиброванного участка из-за временных рассогласований моментов срабатывания детекторов начальных и конечных положений поршней и сигналов с ТПР регистрируются в его памяти и в конце циклов измерений производится расчет метрологических характеристик ТПР с выдачей их на дисплей.

Технический результат от установки: малый размер, технологичность конструкции, независимость результата измерений (поверок) от изменения плотности рабочей среды (присущие к весовым методам) и большой диапазон изменения измеряемых расходов и температур рабочей жидкости, простая температурная корректировка изменения мерного цилиндра от температуры, автоматизация процесса снятия метрологических характеристик (MX) ТПР, снижение затрат, связанных с аттестацией ТПР, возможность градуировки ТПР непосредственно в рабочей магистрали.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами (фиг.1, фиг.2, фиг.3).

Автоматическое портативное трубопоршневое поверочное устройство (фиг.1) представляет собой два закрытых идентичных цилиндра 3 и 6 с поршнями 4 и 5. Каждый цилиндр играет роль пролетной вместимости. С целью повышения точности дозирования жидкости применены поршни с абсолютным уплотнением (фиг.2). Уплотнение достигается с помощью кольцевых полых манжет П-образного сечения, куда подается по гибким шлангам 8 давление, превышающее давление рабочей жидкости, регулятором перепада давления прямого действия 7.

В положении, показанном на (фиг.1), жидкость под давлением через переключатель расхода - четырехходовой кран 1 - начинает поступать в цилиндр 3 к поршню 4. Поток жидкости заполняет этот цилиндр и посредством передвигаемого поршня 4 и закаченной жидкости в межцилиндровые полости выдавливает жидкость из цилиндра 6 через реверс-кран 1 в магистраль. В это время происходит замер измерительной информации с мерного объема цилиндра 6 (работают датчики Д2 и Д4). В конце заполнения цилиндра 3 рабочей жидкостью шток его поршня воздействует на коромысло 2 реверс-крана 1. Реверс-кран 1 переключается. Полость измерительной части цилиндра 3 отключается от воздействия напора жидкости и соединяется с магистралью для слива. Цилиндр 3 заполнен рабочей жидкостью. Начинается замер измерительной информации с мерного объема цилиндра 3 при помощи детекторов положения поршней Д1 и Д3. При срабатывании детекторов Д1 и Д2 включается подсчет временных интервалов - импульсов с ТПР, а при срабатывании детекторов Д3 и Д4 подсчет останавливается.

В процессе одного рабочего цикла в мерном цилиндре (например, в цилиндре 3) при обратном ходе поршня 4 измеряют и регистрируют интервалы времени следования импульсов с ТПР. Производится учет долей объема калиброванного участка цилиндра из-за несовпадения сигналов с детекторов Д1 и Д3 и меандров с ТПР (фиг.3).

Аппроксимирующие градуировочные коэффициенты А, В и С, например, для полинома 2-й степени определяются по формулам:

где А, В и С - аппроксимирующие градуировочные коэффициенты;

i - номер замера в j-режиме стабилизированного расхода;

Tij - интервал времени между импульсами с ТПР;

τ1j - время от начала интервала времени измерения («Пуск» детектора Д1) до первого импульса с ТПР;

τnj - время от начала последнего импульса ТПР до момента «Стоп» детектора Д3;

Vц - объем мерного цилиндра между конечными и начальными положениями поршней.

Микропроцессорный контроллер (МК) решает (по методу интерполирования и приближения функций) набор этих уравнений для всех режимов расходов и выдает метрологическую характеристику ТПР QтпрВ·f2В·f+СВ.

Определение среднеинтегральной погрешности ТПР в j-ом режиме δj производится по формуле

где Qтпрj - вычисленный МК по формуле (1) объем с аппроксимирующими значениями вычисленных коэффициентов АВ, ВВ и СВ ТПР.

За погрешность ТПР берется максимальная относительная среднеинтегральная погрешность.

Применяемый в составе ТПУ МК модулями сопряжения с датчиками преобразования для обработки, хранения информации и выработки команд управления работает в реальном масштабе времени, в соответствии с набором программ. Часть программы МК работает в системе автоматического регулирования расхода по сигналу с ТПР, а часть программы МК поддерживает перепад давления жидкости в системе ТПУ.

При каждом цикле измерений сигналов с мерных цилиндров в МК регистрируется температура на входе и выходе ТПУ (датчики ДТ1 и ДТ2), для коррекции температурных погрешностей, возникающих от температурных деформаций мерных цилиндров.

В процессе снятия MX ТПР программой контроллера задается ряд стабилизированных расходов. Величину расхода устанавливает исполнительный механизм ИМ1 регулирующим органом дросселирующего типа, связанный с электродвигателем. Сигнал на электродвигатель подает МК. Работает контур регулирования следующим образом: частота с ТПР сравнивается с частотой кварцевого перестраиваемого генератора в составе МК, по рассогласованию частот МК обеспечивает стабилизацию расхода.

Второй контур регулирования работает следующим образом: сигнал от датчика перепада давления по импульсным линиям 2 и 10 поступает через модуль сопряжения на МК. Микропроцессорный контроллер выдает команду на второй исполнительный механизм ИМ2 и поддерживает перепад давления жидкости в системе ТПУ.

Измерение сигналов ТПР производится на каждом значении стабилизированного расхода. Таких измерений на каждом стабилизированном расходе должно быть не менее пяти (цикл измерений от 1 до 10 секунд).

Градуировка ТПР непосредственно в рабочей магистрали без нарушения режима основного потока жидкости производится следующим образом. Часть потока рабочей жидкости из основного трубопровода отводится в байпасную линию через вентили В1, В3, В4, при закрытом вентиле В2 и открытом В3.

Результаты измерений на всех заданных расходах регистрируются в памяти МК. В конце циклов измерений МК производит расчет MX ТПР и выдает функциональную зависимость расхода жидкости от частоты и ее основную погрешность.

Метрологические характеристики устройства.

Максимальная относительная погрешность измерения расхода устройства определяется по формуле

,

где δτ - максимальная относительная погрешность отсчета временных интервалов импульсов;

δt - погрешность измерения температуры жидкости;

δД - погрешности, вносимые датчиками положений;

k - коэффициент линейного расширения стали.

На основании опыта проектирования расходомерных установок можно принять:

δτ=±0,002%

δt=±0,1°С

δД=±0,002%

С учетом этих погрешностей предельная погрешность устройства не превышает 0,006%.

Автоматическое портативное трубопоршневое устройство (ТПУ) для ускоренной поверки турбинных преобразователей расхода (ТПР) и счетчиков жидкости, имеющих частотный выход, содержащее два дозирующих закрытых цилиндра с поршнями, имеющими эластичные надувные уплотняющие манжеты, четырехходовый реверс - кран, по два фотодатчика положений поршней на каждом цилиндре, два исполнительных механизма с регулирующими органами дросселирующего типа, два термодатчика и датчик перепада давлений, регулятор давления в уплотнителе поршней, микропроцессорный контроллер (МК) с модулями сопряжения с датчиками температуры, перепада давления и ТПР, отличающееся тем, что полости двух цилиндров со стороны штоков поршней соединены между собой трубкой и эта полость заполняется рабочей жидкостью, а штоки поршней механически воздействуют на коромысла реверс-крана, переключая измерительные участка цилиндров, или на измерение, или на заполнение, вследствие этого создается пара пролетных измерительных вместимостей, работающих в режиме «заполнение-измерение» без разрыва напора рабочей жидкости, причем МК создает ряд нормируемых стабилизированных расходов и поддерживает перепад давления в измерительной системе ТПУ с помощью исполнительных механизмов, результаты измерений температуры на входе и выходе с ТПУ, периодов следования импульсов с ТПР с учетом долей неучтенного объема калиброванного участка из-за временных рассогласований моментов срабатывания детекторов начальных и конечных положений поршней и сигналов с ТПР регистрируются в его памяти и в конце циклов измерений производится расчет метрологических характеристик ТПР с выдачей их на дисплей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу производственной настройки измерительного прибора для емкостного измерения уровня среды, причем, по меньшей мере, одним зондовым блоком измерительного прибора управляют посредством электрического управляющего сигнала, который представляет собой электрическое переменное напряжение задаваемой частоты.

Изобретение относится к способу калибрования ультразвукового расходомера. .

Изобретение относится к способам градуировки электромагнитных расходомеров и их поверки имитационным способом. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения расхода газа или жидкости, в частности в промышленных магистральных трубопроводах.

Изобретение относится к генераторам переменного расхода и может использоваться при метрологической аттестации измерителей артериального давления и частоты сердечных сокращений.

Изобретение относится к средствам градуировки резервуаров, преимущественно металлических, и может быть использовано для первичной и периодической поверки мер вместимости на автозаправочных станциях и резервуарных парках складов, нефтебаз и АЗС.

Изобретение относится к области измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано для контроля работоспособности дифференциальных датчиков, используемых в измерительных системах, в частности датчиков расхода топлива космического аппарата.

Изобретение относится к способу контроля магнитно-индуктивного расходомера, содержащего измерительную трубку для пропускания измеряемой текучей среды и систему магнитного поля, содержащую, по меньшей мере, одну полевую катушку, через которую, по меньшей мере, периодически протекает ток возбуждения и которая служит для создания магнитного поля, по меньшей мере, частично пронизывающего текучую среду перпендикулярно направлению течения

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при поверке расходомеров газа, применяемых в промышленных, лабораторных и стендовых установках при испытаниях электрореактивных двигателей, микродвигателей и т.п., в частности при поверке расходомеров для диапазона малых массовых расходов газа

Изобретение относится к метрологии, предназначено для метрологических испытаний приборов учета энергоносителей и может быть использовано для настройки, градуировки, поверки, калибровки расходомеров весовым и объемным методами

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано как средство проверки водосчетчика, крыльчатка которого связана со счетным механизмом через магнитную полу

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для имитационной поверки вихревых водосчетчиков в условиях, близко соответствующих реальной работе
Наверх