автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Метрологические основы проектирования автоматизированных систем учета и управления распределением жидких продуктов в резервуарах

РГБ Ой

1 М0Ш1&Шрс^91ысшего образования и науки Республики Армения Государственный инженерный университет Армении

На правах рукописи

Кврегян Сергей Григорьевич

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТБМ УЧЕТА И УПРАВЛЕНИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ

Специальности:

05.13.05. Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления 05.11.16, Информационно-измерительные системы (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ереван 1994

Работа наполнена в Государственном инженерном университете Ао;.'.ении

Кауччч? косультан?:

доктор техничеа-нд наук, профессор ¡TSF^U'-iATy PUH ¿7571

. оппоненты:

Член-корр. КАН Армении, доктор технических наук, профессор

ГЗРЙМ П.М.

доктор технических наук, профессор КАЛЧАДЖЯН Т.А.. доктор технических наук, профессор »re* jrr.Ttrfrxr q «

Еепуззя организация - '.Институт проблем информатики и автоматизации HAH РА я ЕрГУ

Зашита.состоится " /У" ОГ}р Pfiff 1995 г. в /У ^ часов на заседании Специализированного Совета Д 055.03.01 при Государственном инженерном университете Армении по адресу: 375009, г.Ере'ван, уд .Теряна, 105.

С диссертацией иогно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

MúpiQi^b v. .

Ученый секретарь Специализированного Совета . .

к.т.н., доцент 'iE^p/iV//Cx-(íf¿¿jАджемян Э.Х.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Количественный учет ::п:дкнх продуктов осуществляют прямота ¡»г.: косвенными измерениями их моссн в потока или в емкостях. Прлмке методе реализуют непосредственным взгок:-вашзм небольшого количества продукта. Наибольший прстический -.1 теоретический ¡гнтерес представляют косвенно метол; кзкерепяй. жидких продуктов, в особенности нефтепродуктов, в кружягх стационар-пне градуированных резервуар .я на предприятиях прохг>: ства (добычи)., переработки, хранения и распределешш.

В •чвкнл. грандиозных объемов производства и потребления к«сти и нефтепродуктов, определяющие энергетический потеадк"« общества, точный учет их представляет экономическую проблему первостепенной' наглости. Кообосновгнниз погрешности при учете в долях' процента влекут сс собой потеря эпергоресурсов яри котаэр-ческих операциях, которые с учотом всего ннлсла от иефтбдоСпчн ло потребления нефтепродуктов могут достигать весьма значительных размеров. Напри-,:;];, при годовом потреблении 40б тга.т (ко даюкм 1990г.) скрой нефти в странах СНГ неучтенные'потери на 0,01:5 по -греиноси; измерения составляют порядка. 60 тыс. т. перерзЗоташшх . ." • цких нефтепродуктов.

Б настоящее время проводятся научные исслс,г.тпш:я в различных странах по разработке и усдвёршенствоБаш;; " ,одик ний, созданию автоматизйроваяяых систем количественного уъ.та нефтепродуктов в резервуарах. Большой вклад в разрз". тку указанных систем внесли коллективы и ученые таких организаций, как НПО "Нефтегазавтсматияа" с .Москва), СКВ иТранснефтезЕ?омзти-' ка" (г.Москва), ЦКБ' АСУ "Нефтепродукт" (г.Москва), НПО АЙТ ,(г. Серпухов), НПО "Яромавтоматикз" (г.Кемерово), Н'-'-.т им.Губкина (г'.Москва), оНйИАЗМ при ТШСУР (г.Томск1 и многие другк- .

■ Опит эксплуатации действующих - автоматизированных систем количественного учета нефтепродуктов в резервуарах обнаружил ряд существенных недостатков, среди которых модга отметить слод;;.тдае:

- недостаточная достоверность оценок погрешностей измерений, являющаяся основной причиной расхождения 'баланса при учете нефтепродуктов на предприятиях нсфтепродуктообеспсчення и по отрасли в целом;

- узкий дойпос-ся •л'.мог'м;:;?., сгрзцкчввзнекЯ проведение товар-.■ них спеваций с лпмнтировп'.пгой логресностьэ з резервуарах;

неудоЕлетзоритзльпзч'.' программное обеспечение, но позволяю-

- - -

ибо использовать восмммосте вычислительной техники для азгагхзшш оптимального к автоматизированного управления "гомэгжтвлшягг .прояеесаая.

- Лпг.дкс современного состояния работ по ыетодояогии косвенна искерсшяьг/аеси годкостл в -резеруарэх водтсурждзе? необходимость разметрологических аспектов при проектировании авп^кзтттовч-кйих сносок коллчеетвэнкого уюта нефтепродукте:;. Поэтому вссогсоонжй Г!)0]»гй18к1йз{ анализ и уточнение кетрологг-юст« параметров косвиякяс методов измерений, разработка эффективных ызтодоп раезярешя* диапазонов измерений устройств- на базе стандартных средств игп^рсклй, разработка алгоритмов оптимального управления тзхислоггей. зьжштольпых- процессов, составляющее ое::оьи лреевтггрован;:?. ажъиаткзировайшх систем распределения и учета -:идкпх пр^дукуоь, йБд..йтсг. актуальная: научшмя проблемам., рзвони? кстор;::: южю? кпясе народнохозяйственное значе:в5е.

Цольг? ;узсерта-л:сзгчсй р&Зотк является ' развитие иэтрологи-чоекзв; сенов кос?е;;л;;х измерен.'"", когорт пр»»яяюльио к измерения.; кодглествз :.ь:дхих продуктов и управления их распределенном позволяют исследовать и разрабатывать:

- еошо адекватные катематиздекко модели составляющих погрешностей косвенных измерений кассы жидкости;

- выбор оптимальных метрологических характеристик применяемых

; ':ств измерений б устройствах измерен;'.:": мае-си;

- алгоритмы управления распределением масс;.: жидкости при праве декш товяршх операцн'1' в. резервуарных парках.

Методы исследования основаны :га применении теор::и погрешностей, теории вероятностей й математической статистики, теории оптимизашта, дифференциальных урэвнешгй. .

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны новые унифацировапше, ориентированные на магнитное моделирование, математические модели составляющих погрешностей косвенных измерений массы жидкости в потоке и

в резервуарах произвольней фор/л, учитывающие многообразие . ферм -представления норлировагашх погрешостеЯ средств

кг:/

- развиты а разработаны аппаратные метода' повшеиия точности г расширения диапазона косвекшх измерений массы жидкости в резервуарах; ~

. - разработана концепция минимизации погрешности косвенных измерений, на основе которой в свои"очередь разработаны мето-

да аналитического конструирования язмэритолышх систем и .метода оптимального распределения массы тадкосги - в резер-вуаршх пг^ках при проведении товарных операций. Практическая значимость работа:

- разработана методика оценки погрешности косвенных измерений, массы жидкости, котора;: позволяет осуществлять обоснованный выбор метрологических характеристик средств измерзгсй при проектировании измерительных систем и прогнозировать погрешность предполагаемого измерения;

- разработан Проект ковлй редакции ГОСТ 26976 "Нефть и нефтепродукты. Косвенные методы измерения массы", который представлен для утверждения в качестве Межгосударственного стандарта стран СНГ и Национального стандарта Республики

' Армения; • "

- реализованы на базе стандартных средств измерений- аппаратные методы повышения точности и расширения диапазона измерений, которые по эффективности •эквивалентны системам с прецизионными средствам! измерений;

- разработаны алгоритмы и программное обеспечение, оптгслзль-ного распределения массы кидкссти при проведении товарных оХерацй! в-резервуарнях парках, позволяющие . осуществлять автоматизированное управление процессом распределения и измерения суммарной массы жидкости с минимально возможной погрешностью;.

- разработана и- поставлена на производство волококко-опти-ческая система автоматизированного учета нефтепродуктов в вертикальных резервуарах (система АНИ), отличающаяся от существующих аналогов простотой и высокими показатзлями технических ~и функциональных характеристик.

Реализация гевультатов работы. Теоретические и практччеекив результаты работы нашли применение в научно-исследовательских и опытно-конструкторских раоотах Г11УА и ММЯС, выполненных при участии и под руководством разделами-автора по госбюджету -в хоздоговорам с .концерном "Рослефтепродукт" в течение 1986-1993 г.г. в рамках тем: х/д Н-215/И0 "^сслодэвание и разработка автоматизированной система количественного учета и контроля нефтепродуктов в вертикальных резервуарах"; х/д ДШ-001 "Разработка и создание опытно-эксперкм.знтаЛьной автоматизированной системы учета и контроля нефтепродуктов в вертикальных резервуарах"; х/д Мй-5/К "Постановка на производство Еолоконно-олтяческой системы автора-

, _ 6 -тезированного учета нефтепродуктов в вертикальных резервуарах"; х/д ММ-7/Н "Пересмотр ГОСТ 26Э7С-86 "Методы измерения гассы нефтепродуктов"; х/д МИ-8/К "Разработка методов повышения"" точности '."Гота нефтепродуктов в резорвуаршх парках".> ' Теоретические и практические результаты работы положены в основу разработанной новой редакции ГОСТ 26978 "Нефть и нефтепродукт. Косвенные метода измерения массы", разработки и создания волоконно-оптической системы автоматизированного измерения массы нефтепродуктов в резервуарах (система АНИ), поставленной на производство, внедрены в учебный процесс для студентов, обучающихся по специальности "Управление в технических системах".

Апробация работы. Основные научные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, совещаниях, семинарах: П Санкт-Петербургская Международная Конференция "Региональная информатика" (Сгшкт-Петероург, 1993), I Всесоюзная научно-техническая конференция "Системный анализ и управление в задачах рационального природопользования и охраны окружающей среда" (Цахкадзор, Армеш1'я, 1988),' научно-техническое совощаш-^е Госкомнефтепродукта РСФСР по проблеме разработки и внедрения автоматизированных систем,балансового учета нефтепродуктов для нефтебаз и АЗС (г.Томск, 1988), семинар концерна "Рос-нефтепродукт" по проблеме количественного учета нефтепродуктов в резервуара* (г.Москва,1939). Результаты работы докладывались также на научных конференциях преподавательского состава ГМУА (г. Ереван,1988-1994),на научных семинарах кафедр "Автоматика и телемеханика" ГМУА, "Автоматизация управления и проектирования" ММПК, .Выполняемая научная тематика удостоена индивидуального гранта по естественным наукам Международным Научным Фондом Дж.Сороса за 1993 год.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 научные статьи, получено одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация-состоит из введения, й-ти глав, заключения, списка литературы из 102- наименований, а также 5-ти приложений. Основной текст содержит 175 страниц, количество -рисунков - 20, количество таолиц - П. Общий-объем работы составляет 265 страниц машинописного текста.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность теми исследования, изложены основные научные результаты, выноамые на защиту, и краткое содержание отдельных глав диссертации.

В перЕой главе проводится анализ современного состояния методологии, устройств и систем количественного учета жидких продуктов.

Количественный учет гадких продуктов в потоке или в резервуарах осуществляют 'косвенными методами измерения массы, закли-чакчкмися в расчетном определении значения массы (по измеренным вспомогательным параметрам) и оцешси погрешности.

Современные предприятия нефтспродуктсобеспечения используют для зтой цели автоматизированные системы измерения массы, в которых информация о'непосредственно измеряемых параметрах поступает в компьютер, где по соответствующей программе рассчитывается значение массы и оценка погрешности ее измерения. Программное обеспечение расчета массы разрабатывают на основании математических моделей методов измерений и оценок погрешностей.

Одной из главных характеристик, определяющей качество системы измерения, является достоверность измерений, достигающаяся за счет метрологического обеспечения применяемой системы, которое состоит из следующих составляющих:

- реализуемый метод измерен::?;

■ - адекватность математических моделей оценок погрешности измерения;

- метрологическое обеспечение применяемых средств, измерений и передачи данных;

- алгоритмическое и программное обеспечение обработки данных и расчета результатов.

Рассмотрены существующие методы измерения массы и оценки погрешности.

Косвенные методы промышленных измерений массы жидких не-Зте- , продуктов регламентирует ГОСТ 26Э76-86 "Нефть и нефтепродукты. Методы измерения массы", который подразделяет га на объемно-массовый метод (ОММ) и гидростатический метод (ГСМ).

При применении ОММ измеряют объем V, среднюю плотность р продукта и вычисляют массу как их произведение:

... ' м = ^Рср '

где среднюю плотность определяют с учетом фугесций влияния теше- . ратуры ф и давления ф :

¿СП" P^prV5 V 1 V 1 + VPU

где р - плотнорть лютости, измеренная при температуре Тр и дзз-лэкни г., Pv - соответственно температура и давление жидкости при измерении объема; - коэффициенты объемного расширения и

SMOOTH ИИДЕСОСТИ CCGTB6TCT29KK0' В СТ СПОССОЗ 5*ЗМ8р8КЙЛ ОСЪбМЗ О!»«'* В СВОгО Q40—

¿J^^i^ ilW^-Sf-l-l w А W.4 UU WU U'.'IIMU IIIUVVWUbKl ^yulCllUi Wi kJUl IH^it^

(ОЗДП, применяемый np:i измерении масс и жидкости в потоке, и ■оссзмно-массокый статический метод (0;.!СМ) - при изменении массы в резервуара::. 2 / срвом случае объем жадкосга измеряют расходомера:,с:, а Ео- втором - определяют по градукровочной: таблице V (Н) реззрЕузра з соответствии' с измерзни:::.! уроЕнэм н жидкости и с уч€' : функции <j)v влияния температуры т^'стеккн на ооъем по формуле v = vгде <^v= 1 ^ 2c4T.v- т..); т.г - температура стенки при градуировке резервуара; а - коэффициент линейного расширения материала стенки резервуара.

Яри применении ГСМ измеряют гидростатическое давление ?, уровень н столоа жидкости в резервуаре и вычисляют массу по формуле:

м = PS„/£ (1.2),

где g - ускорение свободного падения тела для данной местности;

С — V /и — ГЛ-.С. ттистэ ттпппготтг, гту.гтапаттг.т^г»л floirouwq ООТТР miaxrur\lt тгаr*mvt

резервуара. ,,

Гидростатическое давление столба жидкости ■ измеряют дифференциальными датчикам давления, учитывающими избыточное давление газового пространства. •

FinnfTTQUrfpT^ (ГТГМ ) ■паопоЛЛФСтт лггпопЛ лтгтю тгп ттацтта tiaf-

.bUlliXll-UMAOjl иЛиЬиП 1 — ОЛ / JJUU^JU'J J i Uii UU'J Jtlkju^ualiuiuul 14W.

сы, уровня, плотности и объема жидкости ь негрздуироззнкых резервуарах с постоянным сечен;: по результатам измерений только гидростатического давления. На резервуаре у днища устанавливают основной и на фиксированном расстоянии h по высоте от ic.ro дополнительный ;:атчик давления. Между ними устанавливают датчик температуры. Обозначая через Рг и показания соответственно основного, дополнительного датчиков давления и датчика температуры, определяют массу, плотность, уровень и объем жидкости в резервуаре соотвзтстЕенно по формулам:

м - х. /?>. г, — fP - тз \ /n-v.ii-, . и - тз v — и/г.»'

где s - площадь днища резервуара; <ph = 1 + a(To- ти).

Очевидно, что.определение параметров этим способом в градуированных резервуарах в последовательности p-H-v-s -м равно-

значпо ГСМ, регламентируемому ГОСТ 26976-ев.

При проведении товарных операций массу к отщщешюз из резервуара :ш! принятой в резервуар жидкости определяют но результатам двух измерений как:

м = |М0- ■ (1.3),

где Мо, \ - масса жидкости в резервуаре, измеренная соответственно до и после товарной операции согласно (1.1) или (1.2).

'• ГОСТ 26975-86 устанавливает математические модели относительных погрешностей ОМДМ. ОМОМ л ГСМ соотвзтствешо:

ем ±1,1/' ер2+ огЧ (рдт/фрт)2+ иг

ПГТ~.

см

±1,1 [ < + ер: + Г -Ш- Г + < 1 +

V М2 <- ° 1 V0 } -1 (1.4),

н2

— г

м2

йК + «р* + [ -ё2-) + ]+

к ^ртк 1 -I

ем - ±1 .ч/пОег2 + ек2) + м2(С1£ + «ф]/м2 + ек2

на основе которых проводят учетно-расчетше операции, где бн.бР, бо.бк.бм - пределы допускаемых относительных погрешностей соответственно средств измерений (СМ) уровня, давления, плотности жидкости, градуировки резервуара и вычисления значения массы; лт-предел допускаемой абсолютной погрешности СИ температуры; индексы "о" и "к" обозначают параметры соответственно до и послс товарной операции.

Проведенный в работах [1-11] анализ выявил ряд замечаний теоретического и методического характера к математическим моделям (1.4) погрешностей косвенных измерений'массы ГОСТ 26976; которые в основном сеодятся к следующему.

1. Модели погрешностей (1.4) представляет собой ..только инструментальные составляющие погрешностей.

2. Модели (1.4) справедливы линь для резервуаров ;.с.-постоянной площадью поперечного сечения; применение этдх моделей для' резервуаров других конфигураций приводит к существенным ошбкаМ'.

3. Модели погрешностей (Г.4) получена Для частного-,^хо^я и наиболее распространенного на практике' Случаякогда нормируются пределы допускаемых погрешностей применяемых "СИ. и; не''учитывают многообразие способов нормирования и фор,»г представлешя'метрологических характеристик применяемых' СМ," ч^го не соответствует тебо-ваниям основополагающего ГОСТ' 8.009-84 »Шрад^ёйаз метрологичес-

- 10 -

кие характеристик:: CK". ,

4. Методика ГОСТ 26976-86 (Приложеше 3) оценивает погреш- • ность измерения массы нефтепродуктов для максимального уроЕнл заполнения резервуара и минимального значения товарной массы, тем самым не учить;е:.от влияние. начального уровня и реальное значение товарной масс» продукта, что приводит к существенному расхождению в оценках погрешностей измерений.

5. В ГО-JT 26976-86 отсутствуют какие-либо рекомендации 0"-носитолы'о методической составляющей погрешности, обусловленной неадекватностью регламентируемых ношналышх функций методов измерений.

6. Наряду со второй моделью ГС?.! правомерно регламентировать вторую модель ОКСМ, озноЕзннув на определении массы продукта по разности объемов до и после товарной 'операции.

' - Для светлых нефтепродуктов ГОСТ 26976-86 устанавливает пре-дели допускаемой относительной погрешности измерения кассы до и более IG0 т соответственно 0,3 и 0,5%. При этих условиях наиболее проблематичным является создашь- высокоточных СИ уровня и давления.

Проведен обзор и ана-жз существующих устройств и систем '"измерения массы нядких продуктов в резервуарах.

Все известное многообразие систем измзрения массы жидких • продуктов и нефтепродуктов в резервуарах различается по существу-способами измерения уровня и давления жидкости. К ним относятся механические, .гидравлические, пневматические, электрические, локационные, акустические,- оптг ;оские и другие способы получения информации о уровне, или давлении жидкости в резервуаре. Критериями оценки способов измерений ■ являются их технико-экономические и эксплуатационные характеристики, среди которых необходимо Енде- . лить метрологические характеристики, представляющие, как.отмечалось ранее, третью компоненту метрологического обеспечения системы.

Среди механических способов наиболее распространен уровне-"мер поплавкового tí.'ta с механической связью поплавка с измерительной схемой. Промышленные уровнемеры типа УДУ и ММГ-АМ применяются в систимах измерения массы-нефтепродуктов "Утро-3" и "Кор-Вод" (Венгрия) соответственно. Указанные систем позволяют производить автоматизированное измерение массы нефтепродуктов в резервуаре, осуществлять количественный учет и баланс нефтепродуктов в резервуарных паргчх. Поплавковые уровнемеры серийно

производят фирмы "Сахура" (Япония), "Э1фэф Нониус" (Нидерланды), "Вессо" (Великобритания), "Сфим" (Фраттция), "Эндресс и Хаузер",-."Кроне" (Германия). В поплсвкоеых приборах необходима корректировка показаний по плотности яидкости, так как изменение последней вызывает изменение погружения поплавка, из-за чего возрастает абсолютная погренность измерения уровня. В уровнемере фирмы "Вессо" вместо поплавка используется чувствительная головка, которая реагирует на измеисше емкостного сопротивления мекду пластиной и поверхностью злтдкости и подает управля:~дяЯ сигнал на сервопривод, подтягивающий и опускащий ленту для удержания гэлоеки в непосредственной близости от поверхности зкидкости. Отсчет урсЕНЯ производится от'барабана, на которую наматывается лента. Наличие движущихся мехавичекгих элементов снижает надежность, стабильность работы, требует постоянного обслуживания и не позволяет измерять уровень о погрешностью менее ±3 мм.

Гидравлическая система измерзши уровня (или давления) основана нз принципе сообщающихся сосудов. Измерение уровня жидкости производится в пьезометре (вертикальная трубка), сообщающемся с контрольны!.! резеезузром. Для автоматического измерения уроЕт:я в пьезометр с помощью гидронасоса нагнетается шдкос-гь до максимального уровня пьезометра. Измеряемый уровень равен разности мегду заранее гзвестным значением максимального уровня и высотой столба нагнетаьггой в пьезометр жидкости, отсчитываемой кодовым дисков, насаженным па вал гидронасоса. Недостатки описанной системы определяется невысокой точнетью измерения, связанной с утечкой-в гидросистеме и дополнительными мерами, сея-ззшияли с измерением избыточного давления в газовом пространстве резервуара.

Пневматический способ измерения давления столба жидкости, основанный на принципе барботажа, заключается • в тем, что через трубку со. щелевым датчиком -на конце, опущенную в резервуар до днища, пропускает воздух. Давление, необходимое для выталкивания через щель пузырьков воздуха, равно гидростатическому ■ давлению жидкости и измеряется высокоточным манометром. Принцип барботзжз был использован в разработанных га^рмационно-вычислителышх системах "Радиус", "Вертикаль", "Горизонталь" для измерения массы нефтепродуктов в резервуарах. Функционально' указанные системы выполняют автоматизхфоЕахшоэ измерение массы нефтепродуктов е резервуаре и связанный с ним учет и подведение баланса по предприятию. Основными недостатками этих систем являются прокладка

пнсвмэдпний, наличке в составе системы компрессора и недостаточная точность измерения давления (погрешность измерения давления составляет порядка ±0,25).

Электрический способ измерения уровня реализуется в емкое-тшх - датичкзх, в которых величина емкостного сопротивления зависит от заполнежя резервуара. Подобные датчики разработаны ■фирмами "Впдер-Рут" (Великобритания) и "Э::?гф Нониус* (Нидерланды) и представляют собой цилиндрический зонд длиной до 3,5 м, встраиваемый в резервуар. "Из-за небольшого диапазона измерения ' уровня енл применяется в горизонтальных цилиндрических резервуарах. Точность пзмерэнид составляет +о',2£% полного диапазона измерения. . Фирмой "Эгтагиь" (Бельгия) запатентован уровнемер для горизонтальных рзервуаров, в котором использован принцип преобрази пня ялоктрлческого напряжения в натянутом проЕодо в частоту колебаний, сносящую от погружения в жидкость, Фирмой выпускается измерительная система под меркой "Элит", .в которой датчиком является измерительный- провод с -уравновешивающим неплавком пз копне. Датчик имеет высокие метрологические характеристики -погреанхость игкзроккя уровня нефтепродукта не превышает ±0,о ж. органа его применение ограничивается только нсвысогсими горизон-тальткмл цилшадркчесшйп: резервуарами.

В последнее время освоены промышленностью к получили распространение полупроводниковые датчики давления "Кристалл" и "Сапфир", представляющие собой мембрану из монокрксталлическзго материала с напыленным! на ней тснзорезисгорами. Эти датчики обладают высокой временной от-Лиыюстью характеристик и незначительны:.! гистерезисом, однако чувствительны к изменения температу-рн. Приведенная погрешность усовершенствованных вариантов датчиков пока достигает +0,2". . ■ - " "

Одним ив вариантов акустического способа измеце:мя являются ультразвуковые уровнемера, оспованше на разнице длин волн распространения ультразвукового сигнала в гэзоеой и жидкой среде. Уровнемер представляет собой рейку с акустическими датчиками, устанавливаемую в резервуаре под углом. Максимальный измеряемый уровень'доходит до 3 м, поэтому эти датчики используются в горизонтальных циляидр.леских резервуарах.

Фирма "Экссон Ризерч энд Индазсвгринг" (США) разработала радарьдй уровисызр, не требующий погружения измерительных уст-р::;ств в нефтепродукт, хранящийся в' вертикальном резервуаре. Радарный уровнемер состоит з микроволнового излучателя и прини-

х-й - ■

¿шпал отраженный сигнал антенна. Разность частот послюни, нала и. отраженного луча пропорциональна расстояпж ме:;:ду антенной

■ и поверхность» жидкости .Испытания радарного уроЕнемерз показали, что отклонения измерений уровня находились в пределах 2,5 мм,. что подтверждает их высокую точность. Однако надо ожидать, что высокая стоимость и сложность обслуживания описзгс^х уровнемеров станут основшлли препятствиями их широкого применения в системах количественного учета нефтепродуктов.

Весьма перспективны!."!, особенно во взрывоопасных ■ средах, являются датчики уровня и давления, построенные на базе оптоэлек-тронных приборсЕ. Волоконно-оптические измерительные преобразователи ■ перемещений обладают высокой чувствительность» (до 0,1 мкм), не содержат ипкрообразундих, взрыБоопасних элементов в золе измерения переведений, позволяют измерять малые перемещения :хнд-ких и твердых отракзгцих поверхностей. Датчики давления конструируются о помощью упругих первичных преобразователей давления в перемещение (мембраны, еильфоны, трубки Еурдона и др.), причем погрешность преобразования значительно понижается за счет работы указанных элементов в области малых деформаций. В институте радиофизики и электрогзсга HAH Армении разработан трехнедельный датчик давления на трубке Бурдокз с оптоэлзктронным преобразованием перемещения, приведенная погрешность которого для каздогс предела не превышает

Особенно привлекательна монолитная конструкция датчика с применением мембраны и оптоеолокнз -из кварцевого стекла, что позволяет практически устранить влияние температурных" колебаний на измерение давления. -Однако серикное изготовление подобного датчика связано с серьезными техлологаггескули-затруднениями.

. Представляют больиой интерес волоконно-оптические элементы -прямого воздействия давления на световой поток. Иска эти элемента находятся. на стадии лабораторных исследований и не обладают достаточной чувствительностью.

На основании анализа получено [10,13,14], что для измерений . массы жидкости в резервуарах' с лимитированной погрешностью ±0.5% е достаточных для практики пределах (0,15*1,6 максимального уровня), максимальная погрепшость измерения уровня не должна превышать ±2 мм, з приведенная погрешность измерения давления. -±0,07%. То есть метрологическое обеспечение системы измерения массу можно получить на базе прецизионных СИ основных параметров

■ Уровня и давления.

Проведенный обзор п анализ показал, что существующие - промышленное и разрабатываемые СИ уровня к давления по своим метрологически: характеристикам в большинстве сЕоем не обеспечивают требуемую точность и необходимый диапазон измерения массы жидкости в ттрсмызленкьх резерв;, аозх всех видов.

Итогом анализа современного состояния методологии количественного уч-чта клдких продуктов в резервуарах являются следующие основное выводу:

1. Додели погрешностей ГОСТ 26976-36 могут использоваться в качестве оценки инструментальной составляющей погрешности исключительно для резервуаров с постоянной площадью поперечного сечения (например, вертикальные цилиндрические) к при условии, когда метрг."?гпчоскпе характеристики применяемых Сй представлены BopsîiipoBoamaai пределами допускаемых значений основной погрешности."

¿^Существующие и разрабатываемые СМ основных параметров (уровня и давления) не обеспечивают требуемую точность в широком диапазоне косвенного измерения „:зсси жидкости в резервуарах.

3. оуцзотзуксие автоматизированные системы косвенного измерения масс;' яздсости в ре:-.-:;.уарах реаазот довольно узкий круг задач. ограничивающийся изыврэнисм массы в резервуаре, учетом и составлен:'.баланса по предириятию.

В связи с этим на передай! план выдвигаются новые задачи, среда которых первоочередной является- разработка новых математических моделей составляющих- погрешностей косвешшх измерений массы зхидкости в потоке и в резервуарах произвольной формы, на основании которых необходимо:

- разработать методику оценки погрешностей косвенных измерений массы;" . ■ •

- определить оптимальные метгалогические характеристики пригоняемых СИ, - минимизирующие погрешность косвенных измерений; • -

-, разработать эффективные метода повышения точности и 'расширения диапазона косвенных измерений на базе применения стандартных СИ; -

- разработать алгоритмы оптимального, распределения массы жидкости при проведете: товарных операций в .парке резервуаров, программная реализация которых позволит оргаш:зовать и автоматизировать управление операцией.

Перечисленные задачи закладывают метрологические ^ основы

проектирования автоматизированных систем учета и управления распределением жидких :продуктов, решение которых позеолит повысить достоверность ксячественкого учета продуктов, что имеет важное народнохозяйственное значение.

Во второй главе получены математические-модели сцепок сос-. тавляших погрешностей косвенных измерений массы кидкости.

- ПроЕеден анализ методической составляющей погрешности.

В основу косвенных измерений массы положено теоретическое определение массы мт вещества в обьеме ?:

__ (2.1),

V

где р - плотность вещестЕа-в элементарном объеме сГ/. •

Из-за неадекватности номинальных функций (1'Л) и (1.2) истинному значению (2.1) при условии непостоянства плотности, скорости потока и площади- сечения резервуара появляется методическая погрешность ДМ = Мт- М.

• _ Для определения методической погрешности измерения массы в потоке рассмотрена общая задача оценки погрешности, когда теоретический результат ит, определяемый интегралом от произведения" случайных стационарных на временном интервале t ^ г параметров х{\) и у(1;), связанных между собой и с независимыми друг от друга шумами г. неявной даффзренцкруемой функциональной зависимостью 1(х,у,а1,...,ьп)=о, заменяется произведением их средних значений. Получены выражения для математпеского ожидания" (м.о.) и среднего квадратического отклонения (с.к.о.)' относительной погрешности результата соответственно:

п = го2; С = о Г(£ - 1 )агО* + 2 ьГо*.]^^

Я « * Я XI Х X ' X I и '

I. 1 = 1 J

где а-* - (дт/дх)/(31/ду)с; Ъ.= -(аг/сЦ^/ОЭГ/Зу^; индекс "с" означает, что частные производные вычисляются для средних значений параметров; ох,£х- с.к.о. и эксцесс параметра х; о . - с.к.о. 1-го шума. Если известны пределы Ар допускаемых погрешностей и их законы распределения, то .соответствующие значения с.к.о. тгдга определить как: *

с = Д" /к • (2.2*.

р' . 4 где к - кзантильный коэффициент.

Применительно к ОМДМ рассмотренная задача распространена на измерение на выходе трубопровода массы жидкости, нагнотае'мой гидронасосом с приводным асинхронным двигателем. Зэ параметры х и у приняты соответственно изменяющиеся во времени значения плот-

пости и скорости потока, а за шуми - изменения напряжения и частоты питмкей сети. Для пределов допускаемых значений отклонений плотности бо = ±1й, напряжения би = ±10%, частоты бм = +13 и доверительней вероятности р=0,95 получены следучадие" значения состаьляк^'-ях погрешностей: п:м = -8,змо~5%, = -

Г;[;Л . нормальном' законе распределения • случайных параметров; _га1( --- -1,2-1 о"4{, оы-- 3,3-1С"3,- при равномерном законе.

Цалучепшв сцзнки свидетельствуют и тем, что методическая погрешность 01ДДЦ измерения массы зщдкости нпчто;лго мала и ее мо;:ло но у ,: длзать в расчетах.

.МетодаческЕя погрешность при измерении массы жидкости е резервуаре (С.МСМ) связана с реальным распределением значения •плотности ждаости по высоте резервуара, которое ' практически полуось неЕоз,'.:о.чаю. 'Поэтог../ для учета влияния характера, распределения плотности была использована аппроксимация ее значения в' виде степенного ряда, йсслодоепния, -проведение гля различных елдоь априорной пшрохеялацли потности ча:дкости р сферических и горизонтальных шигщфкческях резерзуарзх показали, что ог'оси-тельнса значение методической погрешности мояио оценить по

выражена» : . '

е1:(ь) я ^ (2.3)>

где 11 = я/нм - относительное -значение уровня жидкости в резервуа-'ре; нм - максимальный уровень;. ерр - предел допускаемого относи-, тельного отклонения 'значения плотности жидкости е резервуаре;

■ ~ . ь

У(Ь) - объем кидяоеги; 3(1г) = нм ]" - текущее значе-

о

ние площади поперечного сечения резервуара.

Расчеты показали, что для цилиндрических вертикальных ре-зерьуароЕ, состоящих из горизонтальных сварных поясов с площадью поперечных сечений эс(1 +.63) и - 6Б), чередующихся

по Еысоте, гдо - среднее значение площади сечэния резервуара, бя - относительное отклонение площади сечения от среднего зппче--ния, методическая погрешность не превышает. - значения -0,001брр,4 что дает основание пренебречь ею. -

Для-сферических и" горизонтальных цилиндрических резервуаров методическая погрешность зависит от уровня жидкости и достигает максимального значения -0,066р и -0,046рр соответственно на уровне Ь. = 0,6. -

Методическая погрешно' ть при" проведении товарных • операций

определяется с помощью (2.3) пс Бира-лепил:

т(ЬЛ) т(Ю СИ(п»,П0) = ----0М(Ьо)--——(2.4)

и зашита от начального уровня ко жидкости в рсззрвуаро и значения товарной массы'т, где ш = м/ии , ) = тО^) = относятелькые значения массы жидкости, !1Ы - максимальное значение массы жидкости в резерзуаре. Например, для значения товарной массы ш=0,5 и начального уровня ьо-0,65 погрешности составляет -0,08<3рр и -О.Обйр в сферических и горизонтальных ишшдрячесяих резервуарах соответственно.

Учет методической погрегаюсти должен осуществляться совместно С другими СОСТАВЛЯЮЩИМИ в соответствуй с ГОСТ 8.009-84.

йнструментальвая составляющая погрешности косвенных измерений состоит из основной, дополнительной; дшзмкческой пстреинос-тей и погрешности, обусловленной взаимодействием измерительной системы -с объектом измерения.

Косвенные измерения массы зидаоста относятся к разряду статических, так как время регистрации измеряемого параметра намного меньше времени чувствительного изменения параметра. Составляющая погрешности от езэемодяйстеия измерительной системы с объектом измерения связана с деформацией резервуара под воздействием ,гидростатического давления и учитывается в погрешности градукров-ки резервуара. Дополнительная с оставляющая погрешности. вызвана б основном влиянием температуры измеряемой жидкости к окрукзюцэй среда, которые учитываются в номинальных функциях (1.1) и (1.2) введением функций влияния.

Таким образом, инструментальная погрешность косвенных измерений массы, жидкости состоит только из основной погрешности в реальных условиях эксплуатации. Источниками инструментальной погрешности являются погрешности применяемых СИ параметров объекта измерения к погрешность вычисления значымя массы.

Номинальная функция косвенных измерений массы кпдкости в потоке и в резервуарах обобщена и представлена е матричной форме:

м = утСЧ - (2.5),

где ут ~ [Н,р,рцр], V = [з у]т - векторы измеряемых параметров жидкости и резервуара, знак "т" означает действие транспонирования ; С ~ .} - матрица метода измерения.

Абсолютная погрешность ДМ измерения массы определяется как полный дифференциал функции' (2.5) с учетом погрешности ' АН /-вычисления значения массы: <г

(2.6),

AL' = AyTGV + yTC Дy + yTßAV + àS,

где Дут= ГДЕ,А1',Лр ], AV. = [A3_p,AV)T.- векторы абсолютных погрешностей C'A, определение которых производется 'с учетом функций

влияния. • •

Г^спространяя погрешность AM на множество реализаций, к учитывая статистическую независимость погрешностей ЬМ, определены м.о. и дисперсия относительной погрешности ôr измерения масс:;, етторне приведены к виду ':

. с*. cftftx +

где M = а = [а„,а,,ар,а„,uTv,атр]т -

векторн м.о. и с.к,о. относительных погрешностей UM соответственно уровня, давления, плотности, объема и температуры -зкидкооти;

,оч - м.о, и с-.к.о. относительной погрешности вычисления значс-шя :,;ассы; qT = [О; 0; 1 ; 1; ; (Яр/<& 3 - я (ЭДЯ;

qf - ÎS/Scp; О; 1; -|3туфрг :>р/фрт1 - дгя CMCS; qT = lS/S,p-

-1; .1 ; 0; 1; О; OJ - для ГС.".: S. - .4V/UH - текущее значение площади поперечного сечения резервуара Q = diag {q}. Ввиду весьма мзлнх значений а и 7 составлявшие погрешностей от влияния температуры етепо/: резервуара и гидростатического давления пренебрежз-на на основании критерия существенности ТОСТ- 8.009-84.

В случае проведения товарных операнд в резервуаре погрешность измерения массы равна:

дк = т(ДМ, -1 аыо)-+ дм, где амо", - погрешности измерезшй массы зкидкости в резервуаре соответсвенно до и после товарной операции; знаки "-" и "+" отно-. сятся соответственно к 'отпуску и приему жидкости. Аналогично ояеределены м.о. и с.к.о. относительной погрешности 6К измерения товарной массы в резервуаре,- которые представлены „в виде:

У _Т о

Г;Ы = ï(-rr - тг "Х) +

(2.7).

• - /~t + ♦

Подученные соотношения (2.6) и (2.7) положена в основу разработки методики оценки погрешности косвенных измерений.массы-::;чдкости. • _ ' . ■ -

Сценка погрешности измерений'зависит от способа- нормирова-

ния петрологических характеристик применяемых СМ. £слн кортаровз- ' ш комплексы метрологически характеристик СИ, то ГОСТ 8.009-84 предписывает производить интервальную опенку шструконталькой • погрешности с заданной доверительной вероятностью:

V-., - V.Vb- _ 4

где км - чвэиткдъный коэффициент композицж с.к.о. см.

Ясли для применяемых CK нормированы м.о. v с.к.о. систематических. составляющих.погрешностей, пределы с.к.о. случайных составляющих, пределы вариации и другие комплексы м тролсгпчексих характеристик, то м.о. систематической составляющей совместно с методической составляющей погрешности представляет собой систематическую погрешность ÖK5 измерения массы, которую ыог.сно кс::г.зчить введением'поправки м1*- М(1 + С1Г) и оценить погрешность, измерения массы по композиции о.к.о.: . /

бм* = ±k(lrrM (2.3).

Чзщэ Есзго метрологические хэрзктеристхкй промышлегсих CK нормируют - традиционно в виде пределов допускаемой основной погрешности. Если есть оснований полагать., что допускаемая погрешность разных .экземпляров СИ данного гипа мэагет прилгать любое, значение в пределах допуска с равней вероятностью, то погрешность измерения массы при контролкшх и товарных операциях с учетом равномерного закона распределения пределов допускаемых погреынос-тей СИ могяю оценить с доверительной вероятностью р=0,9Ь по следующим выражениям соответственно:

ô:i = ± i,i/özTQ2ö2i + tv:

/н»

11 К

ем = ± 1,1/-4- dzrQ2ôz + ûsfQfez;-!- «г

Г „2 ОС О t,Z - к к к

а

гдэ ба =■ {СН,е?,ер,5У,бТу|<ЗТр] - вектор пределов допускаемых относительных значений погрешностей СМ урэьня, давления, плотности, объема, температуры жидкости; СМ.- предел допускаемой относительной погрешности вычисления значения массы.. Именно исходя из эткх соображений получены модели оценок погреапостей ГОСТ 2бЭ'/е-ез.

В случае нормирования пределов допускаемых значений систематической' £3°. и с.к.о', о {Сс.} случайной составляющих

С£1. ^ -ОТ. **

'основной логрешссти б^ СИ, определяют предел • деяуекпамой основной погрешности СИ ■ с заданной доверительной вероятностью

Cip- = ¿(lô^j + kOpt^}), поскольку 5* представляет собой кеаскяюченну»' сяотсгг'зткчсокую погрешность, которая может принимать кзк Г:олс;д:тг;льгд.:й,. .так и отрицательный знак, и, следовательно, сглаузвать их арифметически для определения и невозможно.

оценки псгреаносто?. (2.8) и (2.9) применила для измерения -месс» хгца;ост.1 в потоке к з резервуарах произвольной формы. В. частности, только для розервузорв с постоянным сечением (s/s = 1) вь.тра::;лп':я (2.9) совпадают с моделями rOC'i 2697S-86.

В оценках погрешностей (2.S) •необходимо учитывать форма представления проделе л допускаемых ногреачюстей СМ. Если погрешность CL1 содержит и аддлтньнуо и мультипликативную составляющие, то нормируют двучлеиюе значение о/й и допускаемый предел относительной погршчостя определяется выражением: . ✓

ÔV = о + d(-îs- - 1] (2.101,

где у, y - соответственно текущее значение л верхний продел измеряемого параметра. При отсутствии аддитивной составляющей (d=0> нормирую относительную погрешность с, а' при отсутствии мультипликативной (c=q) - приведенную &.

На основании полученных результатов разработан Проект по- I вой редакции ГОСТ 26976 "Нефть и нефтепродукты.Косвенные методы измерения массы", представленный для утЕервдезмя в качестве Наци- - / -опального стандарта Республики Армения. ■ и 'Межгосударственного ' стандарта стран СНГ.

Построена серия номограмм, позволяющая проводить предварительную оценку погрешности косвенных измерений массы жидкости"в промышленных вертикальных и горизонтальных цилиндрические резервуарах, оснащенных СИ различных классов точности. Еозкокаость предварительной .оцешеи предотвращает выполнение товарной операции с погрешностью более лимитированной и позволяет выбирать вариант с наименьшей погрешностью.

.Получены зависимости границ минималышх-масс, измеряемых с лимитированной погрешностью (би - +0,52), от начального уроЕня жидкости в резервуаре для различных классов точности применяемых СМ уровня, давление t объема [10], показывающие,- что на базе общепромышленных СК. кегозможно проводить .товарные операции в резервуарах в достаточно широких пределах (см.рис.I и 2, кривая I ). Некоторого расширения пределов измерений можно получить за счет'применения прецизионных СИ уровня или давления, однако

ограничивающим фактором в этом случае является погрешность градуировки резерзуара. Например, даже в случае, прнменеты .идеальных СМ (го^решносгя измерения которых равны нулю), когда погрещность измерения массы обусловлена только погрешностью градуировки резервуара, минимальное значение массы ¡дгдкости, измеряемое с лимитарсЕаншй погрешностью ¿мр= ±0,5% при отпуске из полного'резервуара, составляет 0,5 содержимой массы (см.рис.2, прямая 7).

Поскольку повышать точность градуировки резерьуаров практически нецел?сообразно, то далее в работе проведен дополнительный теоретический анализ с целью разработки специальных мер для повышения точности и расширения диапазона измерений массы жидкости в резерзуарах. - ■

В третьей главе разработана концепция минимизации порешнос-ти косвенных измерений и аналитического конструирования измерительных систем.

Повышение точности измерений является одной из важнейших проблем^ путям л методом решения которой посвящено много работ. Широко известны избыточные и тестовые методы для исключения систематической составляющей погрешности, алгоритмы итерационной коррекции' погрешностей, измерения с помощью многопредельных СИ. Все перечисленные и другие метода позволяют аппаратным! или программными средствами уменьшить в определенной степени составляющие ~ погрешностей прямых и косвенных измерений. Однако, погрешость косвенных измерений в существенной мерз зависит от таких факторов, как ноюшальная функция косвенного измерения, диапазон изменения измеряемых параметров, нормирований кошлекс „метрологических характеристик СИ и др., свести Елияние которых к минимуму только перечисленными методами не всегда возможно.

Особенность косезшшх измерений заключается в том, что одно и то ке. значение- результата измерения можно получить при различных . сочетаниях непосредственно измеряемых параметров, вследствие чего и погрешность этого результата будет различной, С этой точки зрения правомерно поставить 'задачу минимизации . погрешности результата го сочетанию измеряемых параметров.

рассмотрена адекв.- номинальная функция косвенного

-измерения, заданная скяляр;юй:зависимостьа:

з = í(x) . (3.1),

-где а - результат измерения, х-Сх} - п-мершй втгтор, компонентами которого являются непосредственно измеряемые параметры .г ,

Опродзлша погрешность Äz результата и получены выракения л'.;! «.о. V- дисперсии, наторив с учетом статистической неаависи-

к'.св 2:; г ровностей СИ np?v : ямгои -в виде:

га - invflx) + п

z M

. ог -- oT£f(x)a + сг

г - x ' У. к _-

: о vi\'x)-!3r- градиент .функции f(x); mv={ni}; o^ioj - n-. в:-х?ори соответстшшо w.o. и с.к.о.' лотнчпостой СИ; я , - и с.к.о. ж^ркгпп'ста тчисястя результата; Q(x) =

<il-.;.t0::/0.r } - д/егонзльнам матрп-"!.

солас?;. по:.:. • -зи ксм)ряо:.шх параметров

(3.2)

ccc."?iic кзЕсстнз из срздвасяго-тьних данных, где г ={;г }, х } • "

1 ^ Н № В 01

cooTEGTOi'EeiiHO hî:::5Iiî и.г.о; про долы.

образом, тетиюкюацяя погрешности косвенных измерений ггодитсй iî зздпчо нелинейного программирования:

min f(x) = ir'nfk о + |га | )' х х z г "

при условии (3.1) к, ограничениях:

• ' г- S s i га (3.3),

где ?(х) - продол допускаемой погрешности измерения результата; s , з -'нп.гп:й и верхний пределы изменения результата; к_- кван-тклигдй кое, ;..:циент композиты с.к.о. погрешности.

"Рассмотрим два случая. Первой, когда значение результата га^пкепровано z=za. Получено необходимое условие существования минимума:

v?(x) - E-Vf(X) = 0 (3.4),

гдз "у - неопределенный шожитб'ль Jlsrpain:'.^; vF(x) - градиент функции ?(х). В предположении статистической независимости погрешностей СИ и что м.о. и с.к.о. i-ro СИ зависит от измеряемого параметра получено: . .

vF(x) = k'_ôoa/ôx + (amyöx)sigri ш_

бо./öx = -[vötQ(x) +. v2i(x)o 3qu)o /о. i (3.5),

, z x 9 - x 2 }

■ dm /äx = v2f(x)m + vmTvf(x)

Z X X

г до vax = aiagiöc/är }; vrax = diagC öm/ör}; а = diûgio}; v2r(x) = {öKi/Sa7öx } - квадратная матрица' с элементами i-ой -строки и д-го столбца.

Если нормированы предали ±bz допускаемых погрешностей СИ,

то ш,=0. В общем случае пределы допусказках-погропюстг^ ::?од-ставлены е виде:.

дг = Го - <1 )х + .г а (З.ь),

причем, еслл нормированы относительные пли приведение погрешности, то ^соответственно й =0 или си=(1. Связь ме:::ду с.-:.о. :: пределом допускаемой погрокюста устанавливается соот:,:'::с:1;гм (2.2).

Во втором случае рассмотрена задача с не.?а-тпсс::1,ег'ем значением результата, изменявшегося в продолах (3.3), с полог;:! функцией р (х) = 1?(х)/з. Рекается задача безусловного эг.стрс:лу-ма, для" которой получено необходимое условие существования •мума:

аур(х) - 0 (3.7).

Совместное-решение (3.4)-или (3.?) с (3.1) с учетом. (3.5) для всех значения г, припгдоезкацих (3.3), определяет оптимальную область ф(х*)=о изменения параметров х, при которых погрешность косвенного измерения результата минимальная, найденного ргвовля минимуму мо.гго проворить методами к. целого ггрогрзкгдфОБЗШя идя непосредственной подстановкой. Апзл;:е показывает, что оптимальная область зависит от прздэлов по:.": рения СИ. Вели найденная оптимальная область ф(х*) располагается внутри всей области, ограниченной (3.2), то г.огрсипости кос;.::глых измерений во есзм диапазоне (3.3) будут ¡етнпмалькы или близки к ним.' В противнем случае - желаемого результата мо::яз добиться с помощью многопредельных СИ, варьируя их пределами измерений.

Для проектируемых. систем косезнных измерений следует рассматривать вогкожость выбора границ изкеряе»дах параметров г, соответствии с оптимальной областью ср(х*).

Рассмотрено два теоретических щнр.">ра, когда результат косвенного измерения представляет собой лрокзведенко и еу?ггу двух независимых параметре;."/^ и х , измеряемте СИ с дармарэюнзажг! приведенными и относительны?,® погрешностями соответственно. Получека оптимальная область изменения параметров (лг*), мтшттмч-зирукдея- погрешность' измерения результата, которая ' в случаях выражается прямей с наклоном, нависягдим от верхш-с пределов' измерения"~"СК. Показано, что переключением предела' измерения СИ возмогао расположить оптимальную < класть а зйдтпго;! области изменешгя параметров и повысить точность искоренил результата. Приведепнкз примеры демонстрируют .также

соосковагнсго выбора диапазонов измерений многопредельных СИ.

Предложенная постановка задачи минимизации погрешности косвенных шгх-рзнкй и котода ее решения распространены на некоторые

Л TV. T-r>r»r>aTTX.TVTV •

^Uw.iU^HJ^V'-J1-'J-" ik'J^bvXiiiil.V I.Wl'.^^JUJitl.««»

1. Результат косвенного г-морения представляет собой сумму огдолкеи: когзяашх измерений па одном или различных объектах. Лодоблая задача возеп.; ¡ет при 'г-овед/шти учетных операций ка об-.

2. Результат косвен::j измерения определяется разностью дьух косвоны';: измерения па объекте. этот с.:у-:сй связан с провэ-дошюй тосаралх операций i резервуаре.

3. • Результат косвзнного измерения определяется суммой 'voc-Еон;>rc -'.«peinci на объектах, т>хдоз из которых представляет собой разность дпух нзмзро:"'*' на объекте. Зтот вид косвршпго ка-мерзпт-т относится к распредзг. • :ю ресурсов ка объектах измерения.

iipii проектировании измерительных систем необходимой точности измерения обычно добквзэтся выбором метрологических параметров СИ. Однако в ряде случзов кото достичь я более высокой точности за счет выбора сссггветсгвувгщх характеристик элементов системы. Возкзсаот задача 1?.:ал::ткческого определения характеристик элементов измерительной ■ системы, доо :\п. zjgx минимум погрешности результата измерен; ,, решение которой г.-.оолит сконструировать измер1'.":'\'":ьную систему. Назовем описанный синтез- характеристик аналитическим конструированием измерительных систсм.

Рассмотрено косвенное измерение результата s, связанного функциональной зависимостью с непосредственно измеряемыми параметрами х (i=T7n) и параметром ф, в общем случас также зависящим

от х.: !

t

z = f (x.ip'U)) " (3-3),

где'х={х) - п-мзрный вектор.

Область изменеш!.я результата и параметров задана пределами (3.3) и (3.2).

ъычиелено значение погрешности измерения а, как-полный дифференциал (3.8) по. переменным х и ф, и определено зпачеше дисперсии с учетом независимости погрешностей Ах, Лф и AN:

Ч cf я crTxQ2(х)0 + ^(cü/дф+ а*, где ая={о.}; ст., а^, aN - с.к. о. погрешностей соответственно--СИ параметров к вычисления погрешности результата; Q(x)= Qf(x)+ + (аг/0ф)0(!)(х); Qr (х) = diag(di/dxj; Q(p(x) = diagtöiyöx}.

Для большинства СИ нормированы пределы ДяР1допус-

каешх погрешностей, через которые согласно (2.2) мочшс поразить значенич с.к.о. к оценить предел Azp допускаемой погр^зшюсти результата:

Azp = \ [?(х) + (sSHp/k^)2)'''* , ' (3.9),

где:

F(x) = Ax^rV^r'Ax,,. + [ («/Оф^Ф/к.,/ (З.ю:.;

Дхр=, Сф.., 5Np - относлтелькне значения предолог- догзупкае-

ш значений погрешностей СИ параметра ф и «ычисднвм результата; К = diag{k }; l:t, Кф, ícN - кьзнтильнке козФГ.п'поптп: продол:; допускаемых значений погрешностей СМ параметров х нормирована в виде (3.6).

Предполагается, что функция, ф(х) неизвестна и ставится задача минимизации погрецностн (3.9) результата-no непосредственно измеряемым параметрам х.

Как и ранее здесь рассмотрено 2 случая. ■

1. Значение зафиксировано. Реионие задачи целинного программирования выражается уревнездем:

<Э?(х)/Зх - u3í(x)/flx ---'0 (3.11),

которое совместно с (3.8) при z=zсоставляет необходимое условие существования минимума функции. (3.9), гдв'5Чх) - функция цели; w - неопределенный множитель Лаграша.

2. Значешм s не ззфикеззровазю и изменяется в пределах (3.3). В этом случае необходимое условие существования мнлпзмума определяется из уравззезгия:

Г(х)£?у(х)/бх - F(X)Öf(X)/dX = 0 (3.12).

П>лучэ1уше уравнения (2.II) и (3.12) являются в общем злу- -чае нелинейными дифференциальными уравнениями второго порядка в частных производных относительно функции ф по множеству параметров х, , решения которых,, если они существуют, при .известных граничных условиях определяют пасомую фуззкиию ф(х*), доставляющую минимум погреиностз'. результата измереззия.

Таким образом появляется возмс::сюсть аналитического конструирования' искоритблышх систем, когда варьззруемззй параметр системы определяется из-условия обеспечен:«! минимальной погрешности результата зззмереззия. '

Прнмезпзтельзю зс измереззиям" массы жидкости в резервуарах поставлена задача аналитического конструирования оптимальной формы резервуара, где в качестве параметра ф(х) ззрзшята функциональная зависимость, площади сечезтя резервуара от уровня: 3(h). Полу,-чезшые решезшн зависят от вззда зюрмззроватшя погрешности СИ уров-

- -

пл. в случае иорккрошйШ относительно» (с) или двучлегаой (с/а.) • погрешности СИ уровня оптимальным или-близким к ■ нему является резервуар с хоотояашя сечением, например, вертикалы« Л цнлипдри- . «.>сг::й резервуар. Если кс; нормирована приведенная (й) погревяюсть Ч"! уро!«?, то сптгааяькым является резервуар с возрастают виа-•.ччвч-м гсечения: ' •

= зУ^' , • (3.13),

где 5 - илопздь дэдэ; 0=2,5 для 5М ерр=-бП =0,И., СУ я

=0,2'". Минимальная относительная масса зкидксст::,. изморенная в таких резирвуарах с .погрешностью 6Г.!=±0,5£, достигает значения я -0,163, тогда кз.к с резервуарах с постоянным' сечением при тех >;:е условиях и --0,353. Хотя и в оптимальном резервуаре измерения «¡лйзшдятся с копьссЯ догрешюстью и в широком диапазоне, однако возникают технические проблемы, связанные с их сооружением в наземном исполнении, с одной стороны, а с другой - из-за большой площади поверхности-зеркала возрастают испарош:я гздсости. Применение разорпуарос подобных форм нецелесообразно для 'храпения летучи:: нефтепродуктов. С учетом вотрссов, связанных с реализацией и эксплуатацией,. наиболее приемлемыми для хранения жидких нефтепродуктов являются резервуары с постоянным сечением. Для получежл минимальной погрешности измерения массы кидкостн в таких резервуарах необходимо использовать СМ уровня или давлзгжя с нормированными относительными погрешностями, .которые' являются оптимальными в' ртом случае.

Четвертая глава посвящена разработке устройств и методов повышения точности и расширения диапазона измерений массы жпдкос-ти в резервуарах.

Результаты, полученные в .третьей главе, указывают но возможность ' повышения' точности измерений посредством переключения диапазонов измерений' применяемых СИ. Дальнейший анализ позволил разработать достаточно эффективные аппаратные методы повышения _ точности и расширения диапазона измерений массы змдкости в резервуарах. '

Разработан _ способ построения устройства . измерения массы жидкости, заключающийся в -том, что па резервуар устанавливают один многопредельный или параллельно с основным догкшштелыще датчики уровня или .давления заданного класса точности с диапазонами измерения У^ЛУ^,.- 3=1,2.....п, гдо _у| -- показание,

¿--го датчика; -соответственно верхний и шикнкй пре-

делы измерений; п --количество датчиков или продолов измерений.

Значение массы екподолявт но покпеонилм-датчика, г. дйчпзгпг ко торого находится измеряемый параметр (уровни, пли даипон::-. i.

Если -погрогаюсти датчиков нормирован;: в соочг.отст: с (2.IO), то относительная погрешность .1-го датчика определяется соотношением: ,,

СУ - 0j . - ■) ИЛ).

Минимальный уровоиь h = г; ;::идксстп в :::;а.:; ь:: -

' » Г »»и г.; * Trtinj -

ределяетса из условия номер v.r,u-¡, мзссп ;г.и.т..-ост;: в резерв;,-.'.ро с лими тированной ¡¡огромностью са ♦ Для обеспечения измерения мвосн с погрешностью но Солее кииний глядел "измерения каждого j-ro датчика пооохотаю гисирпть из условия > .»/ .

Границы минимальных касс :::нд:-:ости при топорных отгзцйдх, измеряемых с лимитированной погрешность». определяются из условия, когда первое измерение производится q-u:.:, а-второе г-км датчиками. Дана оцгшк! зф;йктпепсс?и - по точности многопредельного способа измерения,: которая растет в зависимости от- количогтг-а. продолов измерений С'Л в степени п.

Для сравнительного анализа определены загисимостп г.ппасго предела измерения массы :::идкости с лимитированной погроиюстьу от количества пределов измерений.

На рис.1 представлены грз:п:цы' минимальных масс, измеренных ГСМ с яштиртглппсЯ погрешностью t,:í = tO,5S при отпуске (с£тлса-_ные.липки) и прксиг (пу:п:тирные линии) :кидкостп одним (криглл I), ' двумя' (2-3) ■ и тремя (4-5-6) датчиками дззяевкл с нормированными приведенными погрешностями d = ±0,2%. В расчетах принято !.!•: = = iO,2S, 6îl - ¿0,1?. Эффективность ко рссаирош» диапазона из-морения двумя и тремя датчиками давления составляет соет-ветст.сепно 2,1 и 3,6. Аиалсткчшу результат!: ыегго получить, используя одкц, прецизионный датчик давления с приведенной по-гревкость» соответственно ¿0.1 и ±0,055.

РззрзсЬтои способ"построения устройства измерошн! в сскпио-гироваппых резервуарах, который заключается в том, что резервуар разбивают па секции установкой но ого высоте датчиков уровня или давления с диапазонами измерений в пределах одно:! секции. Уровень ила давление всего столба :ю:д:ссстй, устанавливающегося в .1-ой секции, оггоделяется кок сумма показания j-ro датчика и урсьпя или давления столба впдкэстп до р.-ста устапоьки датчика:

а- ^ .г J . ' где х - показания датчика .1 -ci: секции; х, - уровень или'

давление жядкоств в резервуаре и столба жидкости до моста уста- _

Рис.1. Границы минимальных масс, при измерениях ГСМ многопредельными . ' датчиками давл|ния

Рис.2. Гранину минимальных масс арч измерениях ГСМ а секционированных ре-, 'зервуарах

новки датчика соответственно, ,1=1,2,...,п; п - количество секция. При равномерном секционировании тм,г1)= (а'-' )*С1с, где хис - высота иди давление жидкости одной секции.

Анализ погрешности измерений в сокииотлроваших розерт уарах показал^ что влияние приведенной погрешности с К на ет.анме.лишй уровень ослабепает в п раз. расширить нкгжй придел измерений при товарных операциях еозмслмо за счет измерения малы:-: ма.ес жидкости с лимитированной погрешностью в пределах одной (г=ч) или двух сосецшк (г=ч+1секций. При этом досагочно ограничиться только показаниями .т , хг датчиков и определять товарную массу как разность масс жидкости, содорзгащтхся в этих1 секциях до и после операции.

На рис.2 представлен« границы минимальных 'топорных масс, измеренных ГСМ с лимитированной погрешностью с.",; = ;0,53 в одпо-секционном (кривая I)," двухсекцпо'ошюм (2-3) и лзтисекционпом (4-5) резервуарах с погрешностью градуировки КС = ±0,25, в зависимости от начального уровня. В расчетах принято; бя = ±0,1;', а» ±0,2". Сплошными линиями изобра^кы характеристики при отпуске, а пунктиршми - при призме зядкости.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффект секционирования превосходит идеальный вариант, когда погрешности СИ равны нулю я граница минимальных масс обусловлена только погрешностью градуировки рёзерзуара (прямая 7). Иными словами секционирование резервуара позволяет -уменьшить и влияние погрожюс-ти градуировки резервуара на гранил минимальных масс пси товарных операциях, что является основным преимуществом.этого способа.

* ' В пятой главе разработай! алгоритмы управления распределен ниом массы кидкости в резервуарных парках.

Обвда задачу мглимнззцпп погрешности косвенных измерений, рассмотренную в главе-3, можно развить для определения оптимального распределения ресурсов на объектах измерения. В частности, при проведении товарщх операций одновременно в парке резервуаров, с погрешностью не более лимитированной, необходимо определить соответствующее распределение товарной массы в каждом ре-" гервуаре.парка для разработки схемы маршрутизации отпуска и прие--«а жидкости. -

• Рассмотрена товарная операция, проводимая одповремешю в тарке из л резервуаров [16]. Обозначим через м.., 11, м^- значенья соответственно начальной, товарной (отпускаемой или прянима-змой) массы жидкости и максимальную вместимость по массе 1-го ре-

зервуара, и через Мо, К, - аналогичные значения .для всего пар-; ка резервуаров:

Мй»2 Ка1; М = 2 М ; 2 Мм1 (5.1).

1=1 I =1 1 = 1

Реализуемость товарной операции в 1-ом резервуаре и во всех резервуарах парка проверяется выполнением следующих условий соответственно:

О $ м. М .; М - « М (5.2), -

У. № л

где г

I мо. - при отпуске

м' = ■! ' ■ К = £ М ; (5.3).

•Ц1 л ." да

| мы. - Мо. - при призме • 1"

Относительная погрешность 6М измерения всей товарной кассы м оценивается выражением:

- СМ = I 2- ( м/дум)*]1'* (5.4),

гдэ бм^ погрешность измерения в 1-ом резервуареоцениваемая по (2.9)/

Необходимо определить распределение товарной массы Мь в резервуарах, доставляющее минимум результирующей погрешности (5.-4).

Для формализации задачи, Евздены относительные значения масс: х = к /и. , х = !/. /•;, х = м /и , и параметра К~

I I «1*, л <11. Ми' Ль д. " , 1

= ми./м. Тогда задача сводится к .нелинейному программированию с целевой функцией:

?(х) = хтАх * Вгх

при условии (5.1): I - Атх = 0 и ограничениях (5.2)

х » 0; х - х £ 0 (5.5),

где х={х); хл-{хД1); В=(Ь ); Л-(\>;

а^а- + 6Ы2; а ,=иК*+ (о.-с1)2+ 6р2; ь.=2Хг(а х ,+й );

СП I* 01 I I I' Г1 * I .01 01 '

р ---(3 -й")<1;

1 I. . I I. ' I *

.знаки "-" и относятся соответственно к отпуску и приему жидкости. '

Решение внутри области, ограниченной (5.5), получено в виде: . •

X* = А-1 [Л/р ? (Д1/Р - В)/2 ] (5.6),

где р-= лтА~*Л; I -- л^Г'в.

Рассмотрена и вторая задача, когда сначала определяется оптимальное распределен:« начальной массы - жидкости в резервуарах парка, а затем товарной [17]. К условиям реализуемости (5.2) добавляется новое-условие:

Задача нелинейного прогргаслвровэппя з этом <иу'п»\.пр*»хс'та1- • ляется целевой фу.тсцией:

Р(х,х ) = хтЛх ? ?(нгл х ( Втх) ( ;:(хтЛ (- -

О О О О О о

при условиях (5.1): I - Лтх -- 0; И - Лтх ~ о

А о о

и ограничениях (5.2) и (6.7): •

X, - х £ 0; х > 0; X. ? 0; . хд ? 0 (?,.£:).

где х - Ст^}; =-- Л!; Ли ~ атг-.^а^}; В. = а. -Л.^

ъ Я2р .

01 I. 1 I

Резеняе задачи внутри области (о.в) в.чрзкается соотнес'.:;.;-

ими:

,5-/ - В; У. - А"1 (Л/р [М,/р. - Аах%- В,)] СЬ/?),

где ' ! « Л^А"1 (Л х + 3 ): 2 - -квадратная матрица и В - матрица-столоец, которых Ъаиюя?- о? параметров а,, а , ъ. л

и параметров резерву аров.

г'елн решения (5.6) пли (5.0) ¿хгходчт за границы еа-.'.ггуй (5.5) или (5.3 ■ соответственно. то оптимальные роыенпл искать па границах о тих областей, поиск гргготлгх г-;г: ='1::'::.; оргаьчюовать методами квадратичного прогоаммизосопн::, одна".: .'пн числе резервуаров солее трех процедура становится г|.-¿•ог.дкяй. ¡.о-отсму возникает необходимость разработки простых, прогпныаа;о ко реализуемых алгоритмов распределения масон жидкости в г.асе-рву арах.. ;

Предварительно резервуарный -парк условно рзгеит на не;-.,::'.', л второй классц с' ногрелностями градуировки соответственно и

гО.2'*; Вреллод:.го0-.Г2Н, что резг-рзу.:ры одного .класса ослздоп. П" одинакового класса точности.

Вначале рассмотрен частный случай, когда все резервуары парка принадлежат одному классу точности. Решения (5.С) и (£.9) при этом представим соответственно е ьиде (171: а ' , р

.па1 п 01' а 1 п М11

'■'с ^ "и ,

■ ' I .

.Если решение м' из 15.II) 'но удовлетворяет условиям (5.7), то распределение начальной массы подо искать на границах неравенства (5.7), а оптимальное распределение товарной массы определять по выражению (5.10). При нарушили условий (5.2) и (5.7) рсвошй! на нижней границе области'яри отпуске и на верхней при приеме.

рашгозначнц исключению рассматриваемого резервуара из товарной операции. Поэтому поиск граничных решрний осуществляется на вер- ч хней границе области ограничения при отпуске и на тш;:-й при призме. Показан^; что если отсортировать резервуары в вариационный -ряд по показатели м^, зависящему от параметров СИ и начального состояния резервуаров, го нарушение условий (5.2) и (5.7), если они-имеют место, произойдут для резервуаров, расположенных в начале упорядоченного ряда. Тогда, исключая каждый 1-ый резервуар с граничим решением из рассматриваемого ряда, можно продолжить поиск оптимальных решений для- оставшихся n-i резервуаров ряда при новых значениях Мо, и м. На основании изложенного построен простой алгоритм оптимального распределения начальной и товарной масс жидкости в резервуарах одного класса точности PM-I.

Вначале веодятся номера резервуаров, предназначенных для проведения, товарной операции, с их параметрами и метрологическими характеристиками - установленных СИ, значение массы Y (начальная или тоЕэрняя), вид распределения начальной или товарной массы. .Далее осуществляется сортировка резервуаров и расположена их в упорядоченный ряд, а затем вычисляются значения по (5.1).

В дальнейшем вычисляется оптимальные значения распределяемых масс по (5.10) или (5.II) и производится проверка условий (5.2) или (5.7), на основании которой осуществляется Еыбор граничных решений. Результатом на выходе являются значения у,,уг,..,уп распределяемых в резервуарах начальных или товарных масс жидкости

Для организации вычислений с помощью алгоритма PM-I необхо- . -димо из обаей начальной Мо или товарной и массы определить зкаче,-нкя мо4., }¿á и Мо2, Mz; приходящиеся на все резервуары соответственно первого и второго класса. Количество и параметры резервуаров первого и второго класса обозначены соответственно через rv at, aoi, и n2, аг, aoi> рг. Введены nt- и nz- мерные векторы xoi. xt и xj2, х2. так, что:

Г г i г 0 г а л ?1 От

V х = | ~Ч; А = j.-i-a*!----- I; А Л -ii-a'i— -- 1;

L *J Ч J 1 P ¡а2л=2 j " l 0 !ao2A^.I

A fi Л \ ' ^

л , M-j; Bo= где Л91= daagí^}, Л2= diagU?i>.

Ресегая системы (5.9) относительно новых векторов, записанные для абсолютных- влечений масс, имеют вид:

Мо2= ~Н~а ; П а~ 1

1 о2 г о!

< = гтг-д- - г). •

И =- Г.! - М

. о! о о2

(5.12),

и. == М - Мг

где Ро= ? 4- м^р,);

1 к о2 2. { ^ I

р = (к па - к па + !,* п в - м п (3 );

о2 1 с.2 о» 2 м^ М1 ' '

Если решения <5.12) не удовлетворяю? условиям:

О 5 <:<Д,г: 0 < 5 (5.13),

то оптимальное решение надо искать на грмп:цах: ^ -' при отпуске, М * - \ ' (5.14).

I 0 - при приема.

Разработана блок-схема алгоритма определения значений начальных или товарных. касс хнжосча в грушах резервурсз первого и второго класса точности РМ-2', уеализукцзя. вычисления (5.12) - (5.14) и осуществляющая поиск граничных значений. Результатам на" выходе РМ-2 являются значения у , у, вычисляемых начальных или товарных масс, которые поступают на вход; алгоритма РМ-1.

Показано, что наименьшее значение погрешности измерения достигается,при прочих рагл-шх условиях, когда исходные данные принимают следующие значения: Мс = при отпуске и ~= 0 при приеме.

Если для хранении' заданной марки жидкости отведено п резервуаров, а товарная операция проводится в п. резервуарах, называемых активны*",!, т.е. в операции ¡¡с участвуют п - п - п резервуаров, называемых пассивными, то возникает принципиальная возможность получения наилучших исходных данных за счет перераспределения начальной массы жидкости между активными и пассившми резервуарами. Разработана блок-схема алгоритма перераспределети начальной массы (ОНМ), позволяющая определять новое значение начальной массы и и массы которую необходимо,

принять или отпустить 113 пассивных резервуаров. Процедура перераспределения жидкости представляет товарную операцию (опгЗ) в -пассивных резервуарах с товаркой массой • .ч , информация

о которой заносится е память ЭВМ.

Определение наилучшего значения начальной массы Мо. дает возможность гф^ективно использовать разработанные алгоритмы PM-I и РЧ--2 для измерения в резервуарах товарной массы жидкости с минимальной погреаностыо 118].

На рис.3'представлен алгоритм управления распределением массы в парке резервуаров (УРМ), построенный на базе алгоритмов OHM, РМ-1 и РМ-2. Вводимая оператором информация содерзкит сведения о марке жидкости, значении товарной массы, Еиде распределения и операции»--на основания которых-определяются все резервуары, предназначенные для хранения жидкости,данной марки, и разделяются на группы первого и второго класса точности. •

Разработанный алгоритм УРМ позволяет по усмотрению оператора производить- предварительное перераспределение начальной массы .жидкости е резервуарах, а затем-распределение товарной массы или для существующего распределения начальной - массы производить распределение только товарной массы, В любом случае рассчитывается погрешность измерения массы в казкдом резервуаре и погрешность измерения суммарной массы. . .•

Значительное быстродействие разработанного алгоритма УРМ по сравнению с алгоритмами, построенными'на базе методов квадратичного программирования, достигается за счет использования, блочных алгоритмов ОК.?, РМ-1, Р'.1-2 и отсутствия итерационных вычислений. В свою очередь это преимущество позволяет сравнительно быстро просчитывать на ЭВМ есэвозмозкныэ варианты из.различных комбинаций' резервуароЕ, которые отображаются на зкране дисплея в виде таблицы. _

Отмеченные ярекмутоства позволяют оператору ЕЫбирать наилучший вариант проведения товарной операции как с точки зрения минимальной' погрешности, так и по,технологическим сообразж-шям.

.Результаты расчетов некоторых вариантов, исполненных с помощью алгоритма УРМ, представлены' з таблице. В расчетах принят ГСМ измерения массы жидких, нефтепродуктов в вертикальных цилиндрических резервуарах, снабженных датчиками'давления с приведенной погрешностью d =г ± оДй и ем = ± 0,1%.--Первые четыре резервуара приняты второго класса точности, а пятый - первого.

Варианты I и 2' таблицы получены для оптимального" распределения только товарной маеси нефтепродуктов при заданном исходном распределении начальной массы. В последующих вариантах сначала произведено перераспределение начальной массы нефтепродуктов в

Таблица. Оптимальное распределение при отпуске

и X а н н j ¿i резерв. I 2 3 4 5

V t ■ 2С0 500 1000 2000 5000 •

» Т ¡ leo 400 800 1600 1 4000 .

M с. i¡ ват * т -> 80 100 240 I2S0 +-- 1600

1 ' р в 3 У л . т а т ы Р а с - I ы., Т ао 2 ICO 3 £40 4 5 1530 ем, 0,341 5

С, 40 0,67 0,57 " - 0,43

2 , т ~ • — 1074 926 0,384

OAV , % - - 0,369 " 0,7Ï

' 3 oi ' 26Û 4Ö0 469 ■ 1300 971 "

m¿ т 7Ш-Гг* 160 400 469 - 971 0,332

0,23 0,2Э " 0,36 0,65

4 "•о , >Т IU0 4СО "" £00 вго' 1480 0,361

и » т - 520 1430

oia. , л - - С.54 0,45 "

5 ыо1,т 7 - ~ • 1 1300 2Ó00 0,343

M. , т щ, % - . ... ( "" » 2000 0.3-Í8

с ч 8 Т а .6 Ot 31t. Т 1Í т ' " - 400 400 " 0,29 4 - 1600 1600 о.гэ ' 1300 - 0,239

7 Ц. , т а, ,'т - i т 400 400 "0^3 800 " 800 0,29 " 800 800 0,40 1300 - З.Я06

а i¡f т 160 о.гэ 400 400 "б75э 720 ~ 720 '" " 0,30 Г ---1— 720 720 " 0,42 130 0 >,197

резервуарах, а згтем найдено оптимальное распределение товарной. Расчеты подтверждают возможность существешюго повшпонкя точности учета массы при провег.огяи товарных операций в парке резергуарэз программными средствами к получения значительного окспомлческсго эффекта.

Алгоритм • УРН использован в автоматизированной сгсгем«? кал.:-чесльсрлжогэ учета кндккх нефтепродуктов в резервуара::.

В "дзетой глазе списана разработанная с кспользог.П!П'Л'М полу-чегашх в работе результатов автоматизированная система измерения и количествешюго учета ■ нефтепродуктов в резервуарах (система АКИ). '

Система -¡Ш разработана и поставлена на производство мелкой партией в Межотраслевом институте попыония квалификации кадров то новым, направлениям развития техтпк:и и технологии совместно с Институтом радиофизики и электроника (lïiCG) ЬАЯ Республики Армения, ГЮ "Авиакомплекс" и "Позистор".

Система АНИ предназначена для "измерения массы евзтлпх vtû^n-продуктов, хранящихся в резервуарах с номинальным рядом вместа.'.о-стей от 200 ДО-2ССС0 м3 при высоте корпуса-от 10 до 16 м с классом градуировки 0,1 и 0,2Х.

Система АШ обладает следующими функциональными возможностями:

1. Измерение массы нефтепродуктов, содержащихся" в резервуаре при. проведении контрольных операций, •;

2. Перераспределение и измерение массы нефтепродуктов, хранящихся в резерву арном парке.

3. Контроль физической и метрологической реализуемости предполагаемой товарной операции.

4. Изыерс-зше массы отпускаемых или принимаемых в резервуар нефтепродуктов.

5. Распределение и. измерение массы нефтепродуктов, отпускаемых или пришмаёмых в резервуарше парки при товарных операциях.

6. Проведение метрологической аттестата системы.

?. Получение информации о марках хранящихся в резервуарах нефтепродуктов, характеристиках резервуаров и установленных, нз них датчиков.

Измерение массы нефтепродуктов производится ГСМ или OLiCM в зависимости от установленных датчиков.

Система АНН построена на базе ЭЬМ типа PC Aï и включает в свой состав: ' ' •

- дифференциальный датчик давления (ДД);

-"волоконно-оптическую линию сеязи с приемо-передающим устройством 1ВОЛО с ППУ);

- интерфейсный блок (ЕИ).

В системе АНИ. щхменен оригинальный ДД, где для первичного преобразования давления в перемещение использована трубка Бур-дона. вторичный преобразователь представляет собой оптоэлек-. тронный преобразователь перемещения свбодного конца трубки Бур-дона, в модулированный сигнал световой интенсивности, который с помощью передающего устройства преобразуется в 32-х разрядный последовательный световой код и поступает на еход ВОЛС. Приемное устройство преобразует СЕетоЕой сигнал в 22-х разрядный параллельный электрический код, который подается через ЕИ па ЭВМ. Для исключения составляющих погрешностей, связанных с гистерезисом и нелинейностью преобразования давления з перемещение, сигнал в ЭВМ преобразуется в цифровой аналог давления с помощью кусочно-линейной аппроксимирующей функции преобразования.

Разработаны варианта двух и трехнедельных ДД на одной трубке Бурдона.

'В основу разработки программного обеспечения системы АНИ положены универсальные математические модели косвенных измерений массы алдкости в резервуарах и оценок их погрзшностей, алгоритмы управления распределением массы жидкости, ■ полученные во второй, четвертой и пятой глазах. ;

Система АНИ обладает следующими основными техническими характеристиками.

Диапазон измерений массы нефтепродуктов от 100 до 16000т, диапазон измеряемого давления от 0 до 120 кПэ.

Допускаемая относительная погрешность измерения массы нефтепродуктов от 100т к-ЕШЕз 'не более ±0,5%.

Диапазон уровня наполнения резервуара, в котором-гарантируется измерение массы с допускаемой относительной погрешностью составляет 0,15 + 1,0 от максимального уровня.

Опрос показаний ДЦ циклический и спорадический.

Диапазон температуры окружающей среда от -20 до +40ЭС.

Время готовности системы к измерениям после включения питания не более 2ч. Продолжительность одного измерения не более Юс.

Программное обеспечение системы АНИ позволяет проводить следующие функциональные операции.

• I. По заданному номеру резервуара измерять массу нефтепродуктов в резервуаре и оценивать погрешность измерения.

2. По заданной марке измерять массу нефтепродукта укззаной марки, содержащегося в каждом резервуаре и во всех резервуарах . и оценивать погрешность измерегшй.

3. По заданному номеру резервуара, значет:» массу и виду товарной операции контролировать реализуемость операции и оценивать ожидаемую погрешность измерения.

4. По заданной марке продукта, значений массу и аиду товзр-" ной операции определять оптимальное распределение нефтепродуктов

в резервуарлом парко и сц-лгивоть погрешность измерений масса.

5. По заданной марко продукта, значен::::) массы, виду товарной операции и виду распределения определять перераспределение нефтепродуктов в ресерзуарпсм парке, оптимальное распределение и оценивать погрешность измерений массы.

3. Проводить аттестацию и поверку, тракта .ДД--ППУ--Ь0Л0 и системы в целом.

7. Выдавать информации о характеристиках элементов системы, вводить и изменять дашше при указании пароля.

Разработана'Преграда и методика ведомственной'метрологической аттестации системы АКИ, основанная на серии скспориментов, проводимых при подаче давления па датчик от образцового манометра. Проведены испытания систс;,ы А1Ж с однопределышм датчиком давления. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность всех узлов и системы АЧМ целом, хоровую воегтроизпопц-мость измерений. Испытания показали, что датчик давления . аттестован приведенной' погрешностью +0.05%. Еысокая точность измерения давления обеспечивается за ■ счет большой разрешавшей способности оптоэлектро1Шсго преобразователя и ППУ. невослрилмчи-вости ВОЛС к внешним воздействиям и компьютерной обработки сигнала в цифровой аналог давления. Математическое и программное обеспечение системы" АНИ с оптоэлектрошшм датчиком дзвлешм позволяет проводить измерения массы нефтепродуктов в резервуарах с относительной погрешностью но более ¿0.5% в пределах от 0,13 до 1,0 максимального заполнения резервуара, что вполне удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к системам измерения и количественного учета нефтепродуктов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом работы является радение крупной научно-технической проблемы по созданию метрологических основ проектирования устройств измерения массы и автоматизированных систем учета и

- за -

упраз/еикя раопредслглпгсм гздаих продуктов в резервуарах» кмевдой важное народнохозяйственное значение.

В рамках решения данной проблемы получены слсдг'ощие новые научные и практические результаты.

.. 1. Ка основании метрологического анализа предложенной обобщенной функции косвенных методов измерений массы жидкости разработаны новые математические модели оценок методической и инструментальной составляющих погрешностей косвенных измерений массы жидкости в потоке и в резервуарах, отличающиеся тем,что учитывают многообразие нормируемых параметров погрешностей применяемых средств измерений, геометрическую форму резервуара, неравномерность распределения плотности амдкост-и.

2. Разработана новая методика оценки погрешности косвенных измерений массы жлдкостн, ■ которая учитывает различные формы представления метрологических характеристик- применяемых средств измерений и позволяет осуществлять обоснсгашшй выбор последних при проектировании измерительных систем. ' •

3. На основании полученных универсальных математических моделей и методики сценки погрешностей разработан и представлен к утверждению в качестве Национального стандарта Ресг.ублики Армения и Межгосударственного стандарта стран СНГ Проект новой редакции ГОСТ 26&76 "Нефть и нефтепродукты. Косвенные методы .измерения массы".

4. Нь основании предложенной концепции минимизации погрешности косвешгах измерений получены новые научные методы для решети проблем метрологического обеспечения в следующих областях:

- проектирование устройств и систем косвенных измерений с многопредельными средствами измерений;

- распределение материальных ресурсов при измерении их количества;

- аналитическое конструирований измерительных систем.

?>. На базз стандартных средств измерений разработаны новые и развиты существующие метода построения устройств косвенных измерений массы жидкости в резервуарах с многопредельным средствами измерзйй! и в секционированных резервуарах, эффективность которых эквивалентна применению прецизионных средств измерений.

6. Определены оптимальные геометрические формы резервуаров и оптимальные метрологические параметры применяемых средств измерений к промышленным резервуарам, измерение массы жидкости в которых совершаются с минимальной погрешностью, что дает экономический эффект.

Л. Разработаны т;ростыо и быстродействующие косые алгоритмы оптимального распределения массы хидкости при проведении товарных операций в резэрвуарянх парках, позволяющие органнзсгать автоматизированное управление процессом измерения товарной кассы жидкости с минимальной погрешностью,- что дает гначи7елыч:й оксноми-ческий эффект.

8. разработана и поставлена на производство автоматизированная система измерения и количественного учета нефтепродуктов в резервуарах, программное обеспечено которой позволяет измерять массу нефтепродуктов с минимальной погрешностью е широком диапазоне.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в ело-дуюидах работах:

1. Кюрегян С.Г., Тср-Хачзгуроп A.A., Акопяя P.A., Пулачов А .И.' С косвенных измерениях массы жидких продуктов в резервуарах //Трап-спорт и хранение нефтепродуктов.-19Э16.-о.13-15. -

2. Кюрегян С.Г., Акопяп P.A., Буланов А.И. Совершенствование ко-лкчествешюго учета пефгепродук.-ов на предприятиях нефтепродукте-обоспочокяя // Транспорт и хранение нефтепродуктов.-Т992.12.-с.3-6.

3. Кюрегян С.Г., Тер-Хачатурсв A.A. Модели гидростатического и объемно-массового методов измерений массы жидкости в вертикальных резервуарах // Измерительная Toxini; са - -19Э1. -Jt 2.-с.20-22.

4. Кюрегян С.Г., Акопян P.A., Вкладов А.И. Методические погрешности косвенных измерений массы жидкости в резервуарах // Измерительная техника.-1993.-й 7.-с.23-25.

■5.- Кюрегян С.Г. Оценки методической погрешности косвенных измерений-по средам значениям параметров // Известия HAH Республики Армения, серия TH.-I9S4. - Т.47. - Я 3.

6. Кюрегян.С.Г., Акопян P.A., Бархударян A.M. Анализ погрешнос-. ?и измереш'.:: массы гладкости в вертикальных резервуарах пьезометрическим методом // Известия АН Республики Армения, серия ТН.--I9S9.-T.43.-J6 3.-е. 129-132.

7. Кюригяи С.Г., Тер-Хачатуров A.A. Метрологические модели в ав-томатизировагашх системах распределения жидких продуктов.- В сб. "Автоматизированные системы планирования и управлеш;я".-Ереван: Айастан.-1950.-с.61-63.

8. Кпрегян С.Г., Тер-Хачатуров A.A., Вдовиченко Л.М., Акопян P.A. Анализ предельных возможностей гидростатического метода измерения массы ждкости в вертикальных резервуарах.- В сб. "Научно-технические достижошш и передопой опыт, рекомендуемые для внед-

рения в нефтяной промышленности". - М.:ВНШ)ЭНГ-1990.-вып.7.-с. 31-34.

9. Кюрегян С.Г. Косвенные измерения массы жидкости . резервуарах // Известия АН Республики Армения, серия TH.-I99I.-t.44.-■Л 5-6. -с.272-277.. >

IG. Кюрегян с.Г. Пределы измерения массы пузкости в вертикальных резервуарах гидростатическим методом'// Измерительная техника.-1990.- J6 10.-С.18-20.

11. Кюрегян С.Г., Акояян P.A., Анохин'W.O. Оценки инструментальной погрешности косвенных измерений массы жидкостей в резервуарах // Измерительная техника.-1994.2.-с.20-22-.

12. A.c. СССР ü I7I4374. Способ измерения массы жидкости в резер-вувре / С.Г.Кюрегян.-Опубл..в "И, IS92, Л 2.-C.I39.

13. Кюрзгян С.Г. Расширение диапазона косвенных измерений массы лидкости в резервуарах // Измерительная техника.-1992.7.-с.22-23.

14. Кюрегян С.Г., Акопян P.A. Косвенные измерения массы жидкости в секционированных резервуарам // Транспорт- и хранение нефтепродуктов. -1992.-.» 10.-с.9-12.

15. Кюрегян С.Г. Косвенные измерения с минимальной погреиностыэ// Препринт Института проблем информатики и автоматизации HAH Республики Армения, Л 94-014, 1994. - 10 с.

16. Кюрегян С.Г. К вопросу о построении автоматизированной системы распределения и учета жидких продуктов в резервуарах // Известия АН Республики Армения, серия ТК.-1930.-т.43.- № 6.-с.273-277. ■17. Кюрегян-с.Г., Кюрегян Н.С. Алгоритмы оптимального'измерения массы жидких продуктов в резервуарах // Известия HAH Республики Армения,, серия TH.-I994. - т.47. - .'& 1-2. - с. 33 - 40.

18. Кюрзгян О.Г., Кюрегян Н.С. Измерение массы жидкости с минимальной погрешностью при товарных операциях в .резервуарах // Известия HAH Республики Армения, серия TH.-I994.-t.47.-Jfc 3.

19. Кюрегян С.Г.- 0 возможностях аналитического конструирования измерительных систем // Препринт Института проблем информатики и автоматизации HAH Республики Армения, Ж 94-014, 1994. - 8 с'.

20. Аяопян P.A., Кюрегян С.Г., Манукян „р.А. Микропроцессорная система измерения массы нефтепродуктов в вертикальных резервуарах // Первая Всесоюзная научно-техническая конференция "Системный анализ и управление в задачах рационального природоиспользо-вания и охраны окружающей среды": Тез.докл.-Цахкадзор, 1988.-с.57-58.

21. Кюрегян С.Г., Акопян P.A. Автоматизированная система учета и

паспродвлеиия жидких продуктов в резервуарах // Вторая Мордаш -родная кон!}ервнцил "Региональна.! и^еркатикв". Тез.докл.- Санкт-Петербург 1993.-т.2.-с.58-59.

22. Акопян P.A., Бархударян. A.M., Гурдзишян Л.Д., Кюрагжг С.Г. Двтомятический измеритель гидростатического давления в резервуарах // Промышленность, строительство и архитектура Армении.-1983. ■ » II.-с.13-15.

Личянй вклад Питора

Все основные результаты, составляющие co^ipsmmie даосертп-полутени соискателем самостоятельно.

По рагс.там, опубликованным' в соавтор:.. >, лишшй В1слад со-оит в ело дующем:

- в работах [2,4,6,11,17,18] - научная постановка и осношио теоретические результаты;

"-в работах [1,3,7,8,14,21] - основные теоретические результаты;

- в работах [20,22] - исследование характеристик и параметров косвенных измерений массы жидкости.

U.4-.*Jjn¡ptqjuib

вигпар^&эпм/ььрпмг ъвпмняч» «.исчиттг,

ьч pacíuirau чиоичигтиъ u4sairusus4utj <.иаи^игаыь ъиьипеит, эифиш'зи^иъ ^ьит^ъсъъгс

St¡lub{¡ljuilruili qjiuimpjniblibpji цпЦитгф qjiuiuiliiub auinJiÄuilj huijgh[ni uiuibbuihjnunipTUili mifi[im|iniqjip

Uiíuuiunulijti ujpiijmlip¡j huitnitiuiiiliniif t inuipnqnipjnibtihpmii hhrjnilj limiphp[>- qi'iTjqiJiiiji £im¡iifiub urapgunlnpniiHjbpJi, huijilumiluib U pui2[uiliuh Ipu-nmilaipiiuib ш11шш1штшс!11ш& hunfuilpiipqhpji liuituuiq&iluib jmi}iuiq}iuiral[rali htiilnilip-l&pji Bintqbtfuib tur^n]: >['|1шиипЬ)1Иф1;ш1]и\д ujptipibiijî imbnulp, npü niUJi Ijuiplinfi inqn^pijuiuêbuibaailiaib Ujiubuiljnipjmli:

^pnpibiifi |n.öt/mti 2pgujümljljbpraif utnuigt[t[ bu qliwuit{uib ü qnpihu:-Ipub hfcuibjuii ünp uipnjnttiElihpp:

1. ЧЬцшЦ niubqi{uií>¡i ш'лицтиШф ilt.pmjljhpJi иттзшрЩш! pbijhmtipaigiluiü чЯпЬЦдршЪир^ 2unhmq}imail]ui1i itbpinibmpjmli hjiituib ilpui tl;ui\jtlmb tli hnu-pmif b wuipni;nipjniliLtpni J juu(iilui!i nfm.':(bhpfi iTbpnrjn: ljuib b qnpôfifuijtib pmqcuqptijlitpl» qbtuhuima'uiii tíuípttfu¡infili:iil¡rab tinp йшицЬцЬшЬтр ifnq!¡(Hp, npnlip bli uintimu oqwuiqnpínlnn КЛФ itmU itjigngbbpli u[um[lihpti ïmp— iltminpi¡ui0 uiuupuiiíhmpbpji ptuqiíuiqiulinipjmlni, inuipnnnipjuili Ьр1|пш£Щфш1{ш1д ¿Up h htr[ini¡Ji Juuinipjuili uilihunlmmiipiujuuti peijtumviQ-. ,

2. Ujurtplmö 1; fcbqiut])] quiliqi}1^!' шЬпвдшЩ) ¿UJiJiiímli п{иш[]1 qliiühuimiíuili Imp ilbpmjlilpu, npp bin¿t(Ji t tuoTimiX oqmmqnpitjnq ¿шфЛи ti tfjigugbtpl» ¿ai-(fiuiqjimi'iliuiü pTintpuiqpfcph bbpliuijiugifuiti тшррЬр ¿bbpQ b pniji t тицри 1)шши:рЬ( Tipuilií] ptimptiipjnilip ¿тф^г huiiTuiljinpqbpli liúiluuiq&ifmb plipuigpnul:

. 3. Umuigilujü himlplqlunlipvp 11шрМингф1]ш1;шй itisubibtpli b ujumiji qtatauimlrali irt.pni)¡)l¡iu]¡i hfrfuib ijpnl iîjujIuJuiô b libpljmjuigz}u]& t haiuwHimifuili арцЬи «чш-¡титшЪр Snibpriiiijfetmupjuib UqqutjJib итшЬцшрт Ii SJCKi .Ц^щЬиш^шЬ umajli-^ rjuijiir (¿Ъиг-Jp Ii Uur.tpuHÍpbpfctihp! Sabqi[ínó¡i щЬгндцийф ¿шф1Гш'и libpr.rçbbpp» 40US 26976—l» hnp Juifpmqpmpjmb tojuuiqjiöli:

4. , Шииадшф ioiítinuflitpli utum\Ji blwqhgtfiub швш2шр1ц\ш& buijtguilpupqli h)iiluili t[pni umuigi¡u¡& t,li q¡imuiliuiU líhpnqlibp ¿uiifmiqíimuiljuili uiujuihniiiíuili щрпр-{hifl'hp}) ¡mMuili huvfa-p hfcwlijui[ p!raqui!lu¡nl¡!."rmr'

- puiniÍBiu4ihtfrabuij|>b jmijiifuib iffisnghbpnil шЬпщцшЩ! ¿шф1Гш1Г"~ишррш^п-pniilbbph b huiilmliuipqhpji l:u:|iiuiqimil,

- Ь]Л1рш|{шЬ nb;impu!itji(i puijlunntß ЬршЬд fuiUuilimpjmU ^шфЦ'лЬ huiiTuip,

- ¿ш1]»ГшЬ h'iiiTuiljiupqbpf) wtauiliuiji!! 1|ЩШирппГр,-

5. Vmribq-Mptrt ¿шфifuil/ iljijr^lifcplí hjirfujli '' i|pui и'гш^Цшд ЬТ: Unp Ii qwpqnigi{uö bU qnjmpjnib nibbgntl p -а; ц!!ин!ш hi.rm Ъщ ] [i U ^шфЛиЬ if|i2ngbtpml

muipniimpjiiiWil.pn:iI t) pa:t)mtjifnilinuiijn¡ii[uií> muipnrinipjmtilitipnrif fihrir,i'i;i quiliqijuiôt; шЬмздш!;!! /лфгГшй uu:ppn!t|n[innflií¡pji Iji'iniiigifuiti :!1,рлг,!:',р, i¡n-pnbg ninqjnilimilutnnipjni'.'fi huiif'iipdbp t jízqiijim juiijulu-li Щ^пд'^лф oqumqnpi>iiuii;[i:

6. fjpr,ji[uiô h II im¡i¡mr\iuf>¡ru№t-,p|i оирг!}иГц;1 l.p'upu^imjiuilputo ЙЫ.рр !i uipnjmUuipUpmin'ili vnu^n^nrpimlitópr.uí oq;nT¡!¡:ip5i¡nri jt::i¡-.iíuili ¡Í¡ijní;'il,p|-. oujmji-.tuii juu]iuiq}iirr.ii!¡iiil! u¡mpuiiíl.i.'i:i!.[in, nn¡i qLuiEmif . hl.i¡ni¡¡¡. <iu:1;<;!|iíi0¡i íimlimtí^ihpu tp:iirmipi¡:iitf Va Iit|uiqutqi:ijli upi:.\i[ni] U mu)])ii: t.li m\imLir,¡;l¡ml¡ uipqjnilip:

7. 1Г2ш1|1|ш0 Hl muipnrin¡pjniWi!.pm;í шщршЬрь'П^к .qnpbnqntpjmblihp ' inuipfcpi: dmiluiTjuiIi hbriní!¡¡i quit¡qi(mó[i oiqm[-.'..ru:i puij¡míu¡b. ujuipqmpjuníp ti uipuiquiqnpimpiuHÍp pUnpr.jil'.ir; u«qnp¡)piniV,p, npnli¡r Mjuipuiijnpnipmili 1.1/ mai[fiu l;mqiíu:!|tpují.i ht<Ttiul]¡i uirjpuiljpujjlil: qmt:qi(u¡ó|i li!¡uiqu:qm¡U u¡uui|m| juüjufiuli unlímuíuiwwgi}u!i& tpunuiiluipjmí, npp m*ii[fiu С tml¡uili ui1i;nr>uuit¡uili uip-гцшЬр:

8. 0"2ш|р[шй . h Iibpi]piluiü t uiptnuüjpmpjuili ifhj muipiqnipjnibbí.pm-i Uunp рЦ'лГрtppl;!:p(i ¿luijuiui'a ü ¡Hiiliœ!pii;îiU huijilaniímU u«tir.r,¿uiuxvnq>4ü!b huniuiljuipq. np(i ùpiuqpuijhli инцшЬпЦпиГр piujl !; ir.iuifrn \íUulpauípbpE>Ijbr.¡; quilirplu'íqi

iui¡U bilujquiqmjli фгсщт!-

JÍ'a f

i-