Информационно-измерительная система для измерения расхода и количества газа

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть преимущественно использовано для измерения расхода и количества природного газа при коммерческом учете. В информационно-измерительной системе для измерения расхода и количества газа, состоящей из основного измерительного трубопровода с вихревым расходомером, датчиков давления и температуры, контроллера и запоминающего устройства, согласно изобретению параллельно основному измерительному трубопроводу установлен байпасный измерительный трубопровод с установленным в нем образцовым ультразвуковым расходомером и краном, управляемым контроллером. При этом контроллер выполнен с возможностью осуществления алгоритма вычисления расхода по формуле:

где Q - расход, измеряемый вихревым преобразователем;

q - расход, измеряемый ультразвуковым расходомером;

ƒ1 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q;

ƒ2 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q-q. Технический результат - повышение точности измерения расхода. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть преимущественно использовано для измерения расхода и количества природного газа при коммерческом учете.

Известны вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на измерении частоты следования вихрей, образующихся за помещенным в поток текучей среды плохообтекаемым телом. Они характеризуются большим диапазоном измерений и стабильностью метрологических характеристик. Основными узлами вихревого расходомера являются тело обтекания и чувствительный элемент, преобразующий колебательное изменение давления или скорости потока в вихревом следе в электрический сигнал. В качестве преобразователя может использоваться термоанемометр («Вихревой расходомер - счетчик газа» Козицкий А.И., Моргунов В.М.) [Козицкий А.И., Моргунов В.М. Вихревой расходомер - счетчик газа» [Электронный ресурс]. - URL: www.gorgaz.ru/download/publicatcii/publ2.zip? PHPSESSID]. В другом случае вторичным преобразователем являются два пьезоэлемента, установленные диаметрально противоположно за телом обтекания (Патент RU №2515129 G01F 1/32 (2006.01), опубл. 10.05.2014).

Существенным недостатком указанных расходомеров является то, что в них отсутствует возможность расчета количества газа и приведение его к нормальным условиям.

От указанного недостатка свободен выбранный в качестве прототипа вихревой расходомер ВРСГ-1 («Вихревой расходомер - счетчик газа ВРСГ-1. Опыт создания и эксплуатации» Гайнанов Л.Э., Гоголадзе З.Д., Кратиров Д.В.) [Гайнанов Л.Э., Гоголадзе З.Д., Кратиров Д.В. Вихревой расходомер - счетчик газа ВРСГ-1. Опыт создания и эксплуатации [Электронный ресурс]. - URL: http://npk-pmo.ru/rs42]. Расходомер состоит из корпуса в виде участка трубопровода, тела обтекания для создания областей вихреобразования, расположенного в трубопроводе перпендикулярно оси трубопровода. В ВРСГ-1, помимо частоты срыва вихрей, измеряется давление и температура среды в измерительном участке. Кроме того, расходомер снабжен устройством стандартного интерфейса, осуществляющим связь с контроллером, реализующим алгоритм вычисления количества газа и введение поправки по температуре и давлению.

Недостаток устройства-прототипа - недостаточная точность измерения, возникающая вследствие мультипликативной составляющей погрешности вихревого расходомера. Ее наличие объясняется следующим образом.

Уравнение измерения расхода газа для вихревого расходомера выглядит следующим образом [Рекомендация. Расход и количество газа. Методика выполнения измерений ФР.1.29.2003.00885. Казань: ВНИИР, 2003. 23 с.]:

,

где Kпр=KQFh - коэффициент преобразования расходомера;

KQ - поправочный коэффициент преобразователя расходомера;

F - площадь поперечного сечения проточного тракта расходомера;

h - диаметр характерного тела, за которым образуются вихри Бенара-Кармана;

KT - поправочный коэффициент на изменение размеров элементов конструкции расходомера, вызванных отклонением температуры от 20°С;

- поправочный коэффициент на влияние расширения газа за телом обтекания (коэффициент расширения);

ƒ - частота вихреобразования;

- условно-постоянная величина, учитывающая конструктивные особенности расходомера и параметры среды;

γ - показатель адиабаты;

R - универсальная газовая постоянная;

μF - коэффициент сужения за телом обтекания;

- коэффициент характеризует отличие давления в измерительном сечении от давления в расчетном сечении;

- число Маха;

а - скорость звука;

ν - скорость движения газа;

Р, Т и K - давление, температура и коэффициент сжимаемости газа;

РC=101325 Па и ТC=293,15 K - стандартные условия.

Коэффициенты Kпр, KE, KT для каждого конкретного расходомера при конкретных условиях являются постоянными, и расход Q зависит только от частоты ƒ. Однако при изменении параметров измеряемой среды изменятся такие показатели, как: коэффициент сжимаемости газа, коэффициент сужения за телом обтекания, коэффициент, характеризующий отличие давления в измерительном сечении от давления в расчетном сечении. Это в свою очередь приведет к изменению коэффициентов Kпр, KE, KT, из-за чего возникнет мультипликативная составляющая погрешности, что приведет к снижению точности измерений. В устройстве-прототипе отсутствует механизм, позволяющий исключить данную составляющую погрешности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения расхода.

Технический результат достигается тем, что в информационно-измерительной системе для измерения расхода и количества газа, состоящей из основного измерительного трубопровода с вихревым расходомером, датчиков давления и температуры, контроллера и запоминающего устройства, согласно изобретению параллельно основному измерительному трубопроводу установлен байпасный измерительный трубопровод с установленным в нем образцовым ультразвуковым расходомером и краном, управляемым контроллером. Также изменен алгоритм вычисления расхода газа, за счет чего устранена мультипликативная составляющая погрешности вихревого расходомера. При этом периодическое подключение ультразвукового расходомера позволяет при необходимости осуществлять калибровку вихревого расходомера.

Система состоит из основного измерительного трубопровода 1 с вихревым расходомером 2, который образует вихри Бенара-Кармана, байпасного измерительного трубопровода 3 малого диаметра с установленным на нем образцовым ультразвуковым расходомером 4. На байпасном трубопроводе 3 установлен кран 5, осуществляющий подключение байпасного трубопровода. Вихревой расходомер 2 соединен с преобразователем 6, преобразующим частоту вихрей в кодовую комбинацию. Ультразвуковой расходомер 4 подключен к преобразователю 7. Каналы измерения давления и температуры реализованы преобразователями 8 и 9. Преобразователи 6, 7, 8 и 9 подключены к программируемому контроллеру 10 по стандартному интерфейсу и протоколу. Контроллер 10 реализует алгоритм вычисления расхода и количества газа и соединен с запоминающим устройством 11 для хранения информации и с дисплеем 12 оператора для визуализации полученных результатов. При этом контроллер 10 также соединен с краном 5 с целью программного управления подключением байпасного трубопровода 3.

Устройство работает следующим образом. Работа системы осуществляется в два такта. В первом такте кран 5 на измерительном трубопроводе 1 закрыт, весь расход Q проходит через вихревой расходомер 2. Частота ƒ1, соответствующая данному расходу, снимается преобразователем 6 и хранится в запоминающем устройстве 11 контроллера 10. Затем на втором такте контроллер 10 подает сигнал на открытие крана 5 и часть потока газа начинает идти через байпасный трубопровод 3. Система во время второго такта создает избыточную информацию за счет включения расходомера 4. Расходомер 4 измеряет расход q, который преобразуется в код при помощи преобразователя 7. Частота ƒ2, пропорциональная величине расхода Q-q, также измеряется преобразователем 6. Периодичность смены тактов зависит от периодичности изменения параметров измеряемой среды, и, как правило, байпасный трубопровод 3 подключается не чаще чем раз в сутки. Кроме того, в трубопроводе 1 постоянно происходит измерение давления и температуры преобразователями 8 и 9 соответственно. После обработки в контроллере 10 вся информация о расходе и количестве газа отображается на дисплее 12 оператора.

Уравнение измерения расхода газа для вихревого расходомера, которое выглядит следующим образом:

,

где Kпр - коэффициент преобразования расходомера;

KT - поправочный коэффициент на изменение размеров элементов конструкции расходомера, вызванных отклонением температуры от 20°С;

KE - поправочный коэффициент на влияние расширения газа за телом обтекания (коэффициент расширения);

ƒ - частота вихреобразования;

Р, Т и K - давление, температура и коэффициент сжимаемости газа;

РC=101325 Па и TC=293,15 K - стандартные условия.

Для нахождения функции преобразования, согласно которой должен выполняться алгоритм измерения расхода, решим следующую систему уравнений:

,

Возьмем отношение двух уравнений системы и разрешим ее относительно расхода Q. Коэффициенты преобразователя расходомера Kпр, температурные поправочные коэффициенты KT, коэффициенты расширения KE и параметры среды исключаются из функции преобразования системы, потому что носят постоянный характер в обоих тактах измерения расхода. Решение системы будет представлено следующей формулой:

,

где Q - расход, измеряемый вихревым преобразователем;

q - расход, измеряемый ультразвуковым расходомером;

ƒ1 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q;

ƒ2 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q-q.

Использование предлагаемого алгоритма вычисления расхода позволяет добиться повышения точности измерения расхода за счет исключения мультипликативной составляющей погрешности вихревого расходомера.

Информационно-измерительная система для измерения расхода и количества газа, состоящая из основного измерительного трубопровода с вихревым расходомером, датчиков давления и температуры, контроллера и запоминающего устройства, отличающаяся тем, что параллельно основному измерительному трубопроводу установлен байпасный измерительный трубопровод с установленным в нем образцовым ультразвуковым расходомером и краном, управляемым контроллером, при этом контроллер выполнен с возможностью осуществления алгоритма вычисления расхода по формуле:

где Q - расход, измеряемый вихревым преобразователем;

q - расход, измеряемый ультразвуковым расходомером;

ƒ1 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q;

ƒ2 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q-q.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится способу определения потока или интенсивности расхода среды в проточном для среды электропроводящем объекте и к устройству для осуществления способа.

Использование: для измерения параметров потока различных текучих сред. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для согласования ультразвуковых сигналов содержит трубу, имеющую первый ультразвуковой волновод и второй ультразвуковой волновод, проходящие в трубу так, что ультразвуковые преобразователи, подсоединенные к концам ультразвуковых волноводов, передают ультразвуковые сигналы через ультразвуковые волноводы непосредственно через текучую среду, проходящую через трубу.

Система предназначена для определения плотностей и пропорций фаз в потоке многофазной текучей среды (ПМТС), которая может включать в себя нефтяную фазу, водную фазу и газовую фазу из скважины.

Изобретение относится к блокам преобразователей с кабельными блоками, используемыми для инструментального контроля процессов текучей среды. Кабельный блок для присоединения преобразователя содержит тело гнездовой детали, имеющее переднюю часть с передним концом, заднюю часть с задним концом, противоположным переднему концу, и средство для удержания кабеля, расположенное ближе к заднему концу.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения объема газа, и может быть использовано, например, для измерений объемного расхода и объема газа на входе автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) при рабочих условиях и расчетом потребленного объема газа, приведенного к стандартным условиям.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода диэлектрических жидкостей в трубопроводах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода диэлектрических жидкостей в трубопроводах, в частности при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов, сжиженных газов.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам определения термической стабильности жидких однофазных и двухфазных, а также гетерогенных систем.

Изобретение относится к способу распознавания наличия жидкости (50) в газовом потоке, текущем в трубопроводе, с применением ультразвукового расходомерного устройства (10), причем попарно имеются измерительные контуры, вертикально сдвинутые на одинаковое заданное расстояние относительно центральной оси так, что один лежит в верхней зоне над центральной осью, а другой лежит в нижней зоне под центральной осью, при этом на первом этапе (102) проверяют, выдает ли самый нижний измерительный контур (30) достоверное измеряемое значение скорости течения газа, на втором этапе (104) вычисляют значение турбулентности для каждого измерительного контура (30, 36; 32, 34) пары и устанавливают отношение обоих значений турбулентности и на третьем этапе (106) на обоих измерительных контурах (30, 36; 32, 34) пары вычисляют соответствующую скорость (SoS) звука и устанавливают отношение обеих скоростей (SoS) звука, причем выводят предупреждающий сигнал о жидкости: если на первом этапе выдают недостоверное измеряемое значение, или если на втором этапе отношение значений турбулентности отличается от 1 более чем на заданное допустимое значение, или если на третьем этапе отношение скоростей звука отличается от 1 более чем на заданное допустимое значение.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения расхода жидкостей и газов в трубопроводах без контакта с контролируемой средой. Ультразвуковой расходомер содержит два акустических канала по потоку и против потока, коммутатор, АЦП и микроконтроллер.

Использование: для измерения расхода жидкостей и газов. Сущность изобретения заключается в том, что вихреакустический преобразователь расхода содержит корпус с проточной частью 1, тело обтекания 2, пьезоизлучатель 3 и пьезоприемник 4 с первым и вторым дисковыми пьезоэлементами 5 и 6 соответственно, установленные на одной оси диаметрально противоположно за телом обтекания 2 так, что их излучающие поверхности параллельны между собой, генератор 7, первый 8 и второй 9 развязывающие трансформаторы с первой, второй и третьей обмотками каждый, усилитель 10, фильтр 11, фазовый детектор 12, микропроцессорный блок 13.

Изобретение относится к датчикам изгибающего момента, которые используются в вихревых расходомерах жидкости, газа или пара и предназначены для регистрации частоты вихрей, образующихся в потоке жидкости, газа или пара за телом обтекания.

Изобретение относится к преобразователю технологической переменной. Преобразователь (12) сконфигурирован как расходомер для измерения расхода технологического флюида, текущего через трубопровод (18).

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой вихревой электромагнитный расходомер. Устройство содержит измерительный участок, тело обтекания, постоянный магнит, индукционную катушку.

В изобретении раскрыто устройство, выполненное с возможностью детектирования физической величины, например плотности, движущейся текучей среды, при этом устройство включает в себя: тело (2) датчика, выполненное с возможностью простираться в движущуюся текучую среду, при этом тело датчика содержит волоконную брэгговскую решетку (FBG) датчика (3, 7, FBG) на основе волоконной брэгговской решетки для генерирования сигнала детектора, относящегося к колебанию, по меньшей мере, части (2В) тела (2) датчика; и блок обработки, выполненный с возможностью обработки сигнала детектора и определения физической величины на основе детектированного колебания на частоте собственных механических колебаний гибкой части (2В) тела (2) датчика.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для измерения расхода газа с повышенной чувствительностью. Способ измерения расхода газа, состоящий в том, что создают колебания измеряемого газового потока струйным элементом с частотой, пропорциональной его расходу, затем выполняют пьезоэлектрическое преобразование колебаний в электрические импульсы и при этом определяют расход газа по количеству импульсов, отличающийся тем, что одновременно с пьезоэлектрическим преобразованием выполняют термоанемометрическое преобразование колебаний потока в электрические импульсы, по которым определяют расход газа, а импульсами, полученными от пьезоэлектрического преобразования обеспечивают электроэнергией термоанемометрическое преобразование.

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к вихревым расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидкостей и газов, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для целей контроля, регулирования и учета потоков веществ.

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к средствам контроля потоков жидких металлов, и может быть использовано, например, для измерения расхода и количества жидкометаллических теплоносителей в ядерных энергетических установках.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расходов жидких сред. .

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к вихревым способам измерения объемного количества текучих, жидких или газообразных веществ в напорных трубопроводах, и может быть использовано для контроля потоков веществ в энергетике, коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности.

Предлагаются системы и способы инициирования контрольной проверки расходомера при помощи компьютера расхода. Инициирование контрольной проверки расходомера включает этапы: обеспечения расходомера, установленного в трубопроводе и содержащего одну или большее число труб, определяющих впускное отверстие и выпускное отверстие, через которые протекает флюид в трубопроводе; передачи на расходомер при помощи компьютера расхода запроса на инициирование контрольной проверки расходомера, при этом контрольная проверка включает осуществление вибрационного воздействия на трубы для сообщения им вибраций при протекании продукта через трубы; получения от расходомера данных диагностики, основанных на вибрациях труб; и регистрации в журнале компьютера расхода результата контрольной проверки, определенного на основе данных диагностики.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть преимущественно использовано для измерения расхода и количества природного газа при коммерческом учете. В информационно-измерительной системе для измерения расхода и количества газа, состоящей из основного измерительного трубопровода с вихревым расходомером, датчиков давления и температуры, контроллера и запоминающего устройства, согласно изобретению параллельно основному измерительному трубопроводу установлен байпасный измерительный трубопровод с установленным в нем образцовым ультразвуковым расходомером и краном, управляемым контроллером. При этом контроллер выполнен с возможностью осуществления алгоритма вычисления расхода по формуле: где Q - расход, измеряемый вихревым преобразователем;q - расход, измеряемый ультразвуковым расходомером;ƒ1 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q;ƒ2 - частота, снимаемая, пропорциональная расходу Q-q. Технический результат - повышение точности измерения расхода. 1 ил.

Наверх