автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Повышение точности измерения расхода природного газа расходомерами переменного перепада давления

л»

% N

На правах рукописи ВАСИЛЬЕВ НИКОЛАЙ КУЗЬМИЧ

УДК 681.121

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА РАСХОДОМЕРАМИ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

05.11.01 - Приборы и методы измерения механических величин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Тюменском центре стандартизации, метрологии и сертификации

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор КРЕМЛЕВСКИЙ П. П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СОКОЛОВ Г. А.

кандидат технических наук, с. н. с. ШОРНИКОВ Е. А.

Ведущая организация:

институт "Проектмонтажавтоматика"

Защита диссертации состоится "¿^ " ¿¿¿¿¡/Н"/? 1998 г. в /¿Р часов. На заседании диссертационного совета Д041.03.01 при ГП "ВНИИМ им. Д. И. Менделеева", Санкт-Петербург, Московский пр., 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГП "ВНИИМ им. Д. И. Менделеева".

Автореферат разослан Я/?/)?/?Я 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, с.н.с. Телитченко Г. П.

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость измерения расхода и количества потоков разнообразных веществ в трубопроводах является очевидной и общепризнанной. Измерения позволяют решать следующие основные задачи: ведение, автоматизацию и оптимизацию технологических процессов; рациональное использование топливно-энергетических, водных и других ресурсов; выполнение коммерческих взаиморасчетов. При этом повышение точности измерений способствует улучшению качества решения перечисленных задач. Все сказанное в полной мере относится и к измерениям природного газа.

Существует большое количество методов измерения расхода газа, основанных на различных физических принципах. Наиболее широко распространенным и традиционным методом является метод переменного перепада давления с сужающими устройствами, что объясняется целым рядом преимуществ по сравнению с другими методами. Такими преимуществами являются: исключительная универсальность применения в широком диапазоне изменения давлений, температур и расходов; удобство массового производства; отсутствие необходимости в образцовых расходомерных установках для градуировки и поверки в случае применения стандартизованных сужающих устройств. Однако, методу переменного перепада, давления присущи и недостатки, наиболее существенными из которых являются: квадра-тическая зависимость между перепадом давления и расходом; относительная сложность аналитических зависимостей между величинами, входящими в уравнение расхода (особенно для газа); влияние нарушения однофазности потока и влияние механических примесей на процесс измерения; возникновение дополнительных погрешностей при износе сужающего устройства; необходимость изготовления относительно больших по длине прямых участков трубопровода; зависимость результатов измерения от изменения физико-химических параметров потока и др. Некоторые из перечисленных не-

достатков ограничивают общую погрешность измерений, которая редко бывает менее 1,5%.

Несмотря на недостатки, расходомеры переменного перепада давления составляют 90 - 95% от общего парка применяемых приборов, что обуславливает особую актуальность повышения их точности, т.к. замена установленных и находящихся в эксплуатации сужающих устройств преобразователями (расходомерами) других типов не только не всегда желательна и целесообразна,.но и не всегда возможна.

Целью работы является разработка рекомендаций по повышению точности измерений расхода природного газа расходомерами с сужающими устройствами. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ существующих нормативно-технических документов для выявления их недостатков и неоправданных требований, в частности ограничивающих и сдерживающих применение расходомеров с сужающими устройствами.

2. Разработать методы расчета сужающих устройств, направленные на упрощение процедуры расчета и повышение точности измерений.

3. Разработать расходомер переменного перепада давления, учитывающий действительную плотность газа в рабочих условиях.

4. Проанализировать требования к метрологической аттестации автоматических расходомеров и выработать рекомендации по выбору эталонных средств измерений для проведения аттестации.

Основные положения, выносимые на защиту:

- рекомендации по совершенствованию нормативно-технических документов в области измерения расхода, направленные на устранение неоправданных требований, ограничивающих возможности применения существующих расходомеров;

- графо-аналитический метод расчета сужающего устройства, обеспечивающий максимальную точность измерений;

- формулы, упрощающие расчет сужающего устройства и определение суточного количества газа;

- уточненные формулы расчета отдельных составляющих погрешности измерений;

- результаты исследования разработанного расходомера, обеспечивающего автоматическую коррекцию на давление и температуру газа;

- формулы для выбора образцовых средств измерений для метрологической аттестации автоматических расходомеров;

- формулы расчета суммарной погрешности измерений автоматическими расходомерами.

Научная новизна. Проведен анализ нормативно-технических документов и даны рекомендации по совершенствованию основополагающих документов в области измерения расхода сужающими устройствами. Показана необоснованность требований на длины прямых участков трубопровода и предложены рекомендации по сокращению этих длин. Предложены формулы для расчета числа Рейнольдса при обратном расчете сужающего устройства. Разработан графоаналитический метод расчета оптимальных по точности сужающих устройств. Получены уточненные формулы для расчета погрешностей коэффициентов расхода диафрагм, сопел и сопел Вентури. Показана ошибочность формулы в существующих правилах для расчета средней квадратической погрешности коэффициента расширения сопел и труб Вентури и предложена новая формула. Разработан и исследован автоматический расходомер, учитывающий действительную плотность газа при рабочих условиях. Предложены формулы для выбора образцовых средств измерений при выполнении метрологической аттестации автоматических расходомеров газа. Предложены формулы расчета суммарной погрешности измерений расхода газа автоматическими расходомерами.

Практическая ценность. Проведенный анализ существующих норма-тивно-техническ их документов позволил выявить ошибочные, некорректные и противоречивые положения, на основании чего сделан вывод о необ-

ходимости переработки этих документов. Рекомендации по длинам прямых участков трубопровода позволяют сокращать их длины, что приводит к снижению металлоемкости и уменьшению площади для размещения расхо-домерной линии. Предложенные методы расчетов сужающего устройства и полученные формулы значительно упрощают расчеты и проще реализуются в вычислительных устройствах автоматических расходомеров. Разработанный метод расчета оптимальных по точности сужающих устройств проще и нагляднее известных, т.к. не требует расчетов значений сложных аналитических выражений и позволяет наглядно оценить степень повышения точности в зависимости от относительной площади сужающего устройства. Полученная формула для расчета погрешности коэффициента расширения газа для сопел, сопел Вентури и труб Вентури позволяет значительно снизить погрешность измерения расхода газа.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на:

- научно-технической конференции "Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа пара", С.-Петербург, 1992, март;

- международной научно-технической конференции "Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара", С.-Петербург, 1994, апрель;

- международной научно-технической конференции "Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара", С.-Петербург, ] 996, октябрь.

Реализация работы. Формулы для определения числа Рейнольдса при обратном расчете сужающего устройства и расчете суточного количества газа применяются на предприятиях нефтегазового профиля Сургутского региона (Тюменская область) и внесены в первую редакцию новых правил измерения расхода взамен РД 50-213-80. При расчетах погрешности измерения расхода газа трубами Вентури на Сургутском газоперерабатывающем заводе применены полученные формулы для расчета погрешности коэффициента расширения струи газа, что привело к ощутимому повышению точности.

Разработанный автоматический расходомер газа с коррекцией на давление и температуру газа выпущен отдельными партиями на заводах г. Новосибирска и Тюмени. Расходомеры внедрены на предприятиях городов Сургут, Нефтеюганск, Когалым (Тюменская область). Результаты исследований по метрологической аттестации автоматических расходомеров применены при разработке программ аттестации для предприятий Сургутнефтегаз, Сургут-газпром и для сургутского газоперерабатывающего завода.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе одна книга.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 149 страниц машинописного текста, 22 рисунка, 6 таблиц, список литературы из 151 наименования и приложений на 13 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обращено внимание на необходимость и актуальность повышения точности измерения расхода разнообразных веществ в трубопроводах, в том числе природного газа. Изложены основные задачи, решаемые с помощью измерения расхода, наиболее важной из которых является экономия энергоресурсов. Приведены обобщенная классификация средств измерений расхода и основные требования, предъявляемые к ним. Определена цель работы и практическая ценность ее результатов . Сформулированы задачи и изложены основные вопросы, рассматриваемые в диссертации.

Первая глава посвящена анализу существующих нормативно-технических документов по измерению расхода сужающими устройствами. В настоящее время такими документами являются: "Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50-21380" и методические указания "Расход жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью специальных сужающих устройств РД 50-41183". Анализ этих документов выявил ошибочные, некорректные и противоречивые положения и требования.

Прежде всего это обнаруживается при анализе требований на необходимые длины прямых участков трубопровода. Например, если перед диафрагмой последовательно расположены задвижка и группа колен в разных плоскостях при относительных длинах = 10/) и £3 = 25X) (Ь1 - расстояние между задвижкой и диафрагмой, Ь3 - расстояние между задвижкой и группой колен, О - диаметр трубопровода), то такая линия должна браковаться, т.к. правила требуют Ь1 > 3(Ш. Тем не менее, привести линию в соответствие с правилами можно искусственно установив дополнительную задвижку на расстоянии 101) от существующей, что следует из требований на длины для задвижек. Для не приведенных в правилах типов местных сопротивлений, правила требуют значения > 1001) и Ьъ > 50/), В этих случаях линию можно привести в соответствие с правилами, установив даже несколько дополнительных местных сопротивлений между существующими, что является абсурдом. Приведенные примеры указывают на физическое противоречие, заключающееся в том, что местное сопротивление признается компенсатором возмущений. Известно, что компенсатором может быть емкость большого диаметра (в правилах "форкамера") и специально сконструированное устройство - струевыпрямитель. Весьма спорным является вопрос о введении (учете) дополнительной погрешности коэффициента расхода а при допустимом сокращении длины £,/!>, т.к. достоверность значений этой погрешности невысока. Можно отметить и другие многочисленные некорректности в вопросе касательно местных сопротивлений. Сюда относятся требования по установке струевыпрямителя и гильзы термометра, недостаточная ясность определения таких местных сопротивлений, как тройник, форкамера, сужения (расширения) потока.

В правилах РД 50-213-80 приведена одна из возможных схем прямого расчета сужающих устройств методом последовательных приближений. При расчете применяются номограммы, прилагаемые к данным правилам, для определения первого приближенного значения относительной площади т,

после чего в результате нескольких шагов приближения определяется окончательное значение диаметра отверстия сужающего устройства d20. Расчет заключается в уточнении произведения та до тех пор, пока не будет выполнятся условие £i+l-ei <0,0005, где с - коэффициент расширения газа, i - номер этапа приближения. Критерием завершения расчета является совпадение расчетного расхода с заданным с относительной погрешностью не более ±0,2%. Данный метод требует иногда до 5-ти этапов приближений. Для значительного сокращения числа этапов, нами получены следующие формулы:

для стандартной диафрагмы

\mf + 0,5)/я,

т. -_V / _■ (1)

'+1 (m? +0,5) + (/я? +1,5) -5/300'

для сопла

(mf- 0,21 + 0,49W.

т ..=-.—--^-^--—---г-; (2)

[/я,2 - 0,21 •/я,-+ 0,49)+ (/«•-0,31 •/и, 4-1,46] • ¿/300

где 5 - относительное отклонение рассчитанного расхода от заданного на / - ом этапе. С несколько худшими результатами возможно применение более простых формул, соответственно для диафрагмы и сопла, вида:

Ш:, . = Ш;--1-Г"--, (3)

1+1 ' 1 + 1,27/м( 100'

и г л \

8

1 + /и,2 Ш

Отметим, что допуск в ± 0,2 % следует признать неприемлемым. Расчет желательно выполнять со значительно меньшей погрешностью, что просто обеспечивается применением формул (1) - (4).

Обратный расчет сужающего устройства состоит в нахождении расхода при заданных условиях измерения. В существующей литературе обратный расчет рассматривается и анализируется крайне редко, что связано с

традиционным подходом устанавливать шкалу в соответствии со стандартизованным рядом. Основная трудность обратных расчетов заключается в расчете действительного числа Рейнольдса при неизвестном расходе. В правилах РД 50-213-80 приведен один из методов расчета Ле. Расчет выполняется в несколько этапов. Вначале по известному т рассчитывают коэффициент расхода а при Ле = 106 по формуле а* ~С+ В, где С и В не зависят от Ле. Далее по уравнению расхода определяют расход {?* при а = а", т.е. при Ле = 10*. Для полученного 0г рассчитывают приближенное число Рейнольдса Ле" по известным формулам. Далее рассчитывают промежуточные величины 5,, 52 и 5 по формулам

5, = В—:-Б^—С—;-г", 5=5,/5,.

а • 10 2 а ■ 10 " 2

Завершающим этапом расчета является определение Ле по формуле

Ле'-С

Ле =

а 1-5

-5(1-5)"]"

где я=1,75 для диафрагм и «=2,15 для сопел.

Рассмотренный порядок расчета Ле достаточно трудоемок, а также неудобен для реализации в вычислительных устройствах автоматических расходомеров. Нами получены следующие значительно более простые формулы для расчета Ле

Ле = 870 • /и(1 + ш) (5)

Ле = Ле"+ 6000 ■ т{т - 0,55) (6) Формула (5) относится к диафрагмам, а формула (6) - соплам. Разновидностью обратного расчета является расчет суточного количества, выполняемый для среднесуточных значений параметров. В РД 50-213-80 приведена одна из возможных схем расчета, которую нельзя признать удачной. В основу расчета положено применение формулы вида

V=3,2-Cß-NK-e-Kf-K„-КРя-ЬК-КЯе (7) где V- суточное количество; Cß - постоянная расходомера; NK - планимет-

рическое число корневого планиметра; Кру = -Jp/T - коэффициент коррек-

ции на давление и температуру; КРт = -Щрн - коэффициент коррекции на

плотность газа; - коэффициент коррекции на сжимаемость;

KKt = а/а - коэффициент коррекции на число Рейнольдса. Анализ показывает, что формула (7) справедлива только для корневых планиметров с NK = 7,5. Для других типов коэффициент в формуле (7) не будет равен 3,2. Перечисленные выше "коэффициенты коррекции" таковыми в сущности не являются (за исключением КЯе), а являются отдельными, присущими уравнению расхода, фрагментами. Для расчета количества газа V за любой произвольный период времени г нами предложен универсальный метод, основанный на применении формулы вида

V = A dz a-s- I -г, (8)

где А - коэффициент, учитывающий размерности. Расчет V по формуле (8) выполняют для средних значений параметров за время г. Расчет а выполняют для Re, рассчитанного по формуле (5) или (6). Расчет е для сопел, сопел Вентури и труб Вентури значительно упрощается при применении полученной нами формулы

(\ ЛР! Р

0,779 + 1,744 • т2 - 0,257от) —j—, (9)

где к - показатель адиабаты газа. В правилах РД 50-213-80 приведена значительно более сложная формула вида

-|0,5

к-1

:

£ = -, -у/г

M^-J

псу/'

\-yt

где ^ = 1- АР/Р.

Погрешность формулы (9) не превышает 0,1% при АР/Р<0,1 (большие значения встречаются крайне редко) для т вплоть до 0,5. Для расчета коэффициента сжимаемости нами получена формула

К = 1 - 1<Г6 Рт (2707 - 36,57 • /„ + 0,235 • ) + В, (10)

где Рип, /л - псевдоприведенные избыточное давление и температура газа, соответственно;

В = 0 при 1 < Рип <> 25 и - 30 < Гд <60;

В = -0,017 - 10~6(РИЯ - 25)2 • г\ при 25 < Рип < 50 и - 30 < /„ < 0; В = -1-0,050• Ю~6(РШ-25)-/„2 при 25<Р//Я <50 и 0</„ <60; Дополнительная погрешность формулы (10) по сравнению с формулами правил РД 50-213-80 не превышает 0,16%, что в три раза меньше погрешности расчета К, которая составляет 0,5% (согласно правилам).

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям путей повышения точности измерения расхода газа методом переменного перепада давления.

В соответствии с уравнением расхода, обшая средняя квадратическая погрешность (СКП) расхода определяется формулой

<гв=[<г1+ <тг£ + 4<т,г10 + 4<7^ + 0,25(<^ + стЬ)]°'5 (11) где аа, а£, сг^, ак , ар - СКП величин а, е, </20, коэффициента коррекции на температурное расширение К, и плотности газа р в рабочих условиях, соответственно.

Согласно РД 50-213-80, погрешность коэффициента расхода определяется формулой (без учета погрешностей от сокращения длин, влияния уступа и смещения оси сужающего устройства)

= (о-2 + + <*1В + <г\ш + Ока )0'5 ' (12)

где а - погрешность, зависящая от т и типа СУ; аа , суад - погрешности из-за допустимых отклонений значений диаметров (I и оКш , сгКп - погрешности коэффициентов коррекции на шероховатость трубопровода и притупление входной кромки, соответственно. В правилах погрешности аа0 и аал определяются по формулам аао - 2<гв^т2/а^ и

<гал = 2сгД1+ /м2/а|. Нами получены следующие более корректные формулы <гал - 1,бег,,(т2/а^ = 4сг1/т2^ 1,5 + т2^ -длядиафрагм; (13) <уал = 2сг^|/я2/а)= 2,9сг^/я2Д1,5+/мг-О.Зяг) - для сопел. (14) Формулы для сгао тождественны формулам (13) и (14) для соответствующих допусков <т0.

Погрешность <т£ зависит от значения е, отношения перепада давления АР к давлению Р и погрешностей определения показателя адиабаты к, перепада давления и давления. В результате анализа установлено, что в РД 50213-80 приведена ошибочная формула для а£ сопел, сопел Вентури и труб Вентури, которая завышает значение этой погрешности на порядок и более. Нами показано, что формула для расчета сгс указанных СУ должна иметь

вид 8£ ~-[Зг+6^ + 61) + —.

е 4 ' Р

Для уменьшения погрешности измерений предложен метод расчета оптимальных по точности сужающих устройств (путем минимизации суммы а1а + аг2 ) на основе зависимостей оа = /{пг, О) и ае = /(/я.ЛР/Я). Представление этих зависимостей в виде номограмм существенно упрощает поиск оптимального т по сравнению с существующими итеративными методами расчета. Построение номограммы для аЕ основано на системе уравнений вида

a-s-m^APjP = const.; £ = /(т,к,АР/Р);

= f(s, <JK,aej,,aP, AP/P).

В качестве примера на рис.1 и рис.2 приведены номограммы погрешностей аа и <jt для стандартной диафрагмы. Применение оптимальных по точности сужающих устройств повышает точность измерений до 1,5 - 2 раз.

В третьей главе выполнен анализ современного состояния развития автоматических расходомеров газа с сужающими устройствами. Разработаны основные требования к расходомеру; выбрано уравнение, решаемое вычислителем расходомера и составлена его структурная схема. Разработаны принципиальные электрические схемы функциональных блоков вычислителя расходомера. В основу работы расходомера положено уравнение расхода

вида g.= Cy(AP-P)/r, где С - постоянный масштабный коэффициент.

Структурная схема расходомера представлена на рис. 3.

Рис.3. Структурная схема расходомера

Д = 50

0,2

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 т Рис.1. Погрешность коэффициента расхода диафрагмы

б,. %

- - ДР/Р=0,25

0,05 0,03 0,01

О -ОД 0,2 0,3 0,4 ' 0,5 ГП Рис.2. Погрешность коэффициента расширения диафрагмы

Схема содержит трубопровод 1 с сужающим устройством 2, первичные преобразователи давления 3, перепада давления 4, температуры 5 и вычислитель 12, который включает в себя блок линейного преобразования 6, множи-тельно-делительный блок 7, блок извлечения квадратного корня 8, показывающий прибор 9, преобразователь "напряжение-частота" 10, электромеханический счетчик 11. Блок линейного преобразования 6 состоит из трех независимых каналов преобразования. Напряжения на выходах каналов соответственно пропорциональны перепаду давления, абсолютному давлению и абсолютной температуре газа. Функциональный множительно-делительный блок 7 и блок извлечения квадратного корня 8 построены на основе множи-тельно-делительной схемы, работающей по принципу "логарифм-антилогарифм". Данная схема для трех входных сигналов X, Y, Z реализует выходной сигнал t=(X-Y)JZ. Операция извлечения квадратного корня

достигается при t = Z и Y = const., т.к. при этом t-K-ix, где K-4Y -постоянный коэффициент. Для получения высокой точности выполнения математических операций, в блоках 6, 7, и 8 применены прецизионные операционные усилители типа К140УД17. Оригинальность интегратора, состоящего из преобразователя 10 и счетчика 11 заключается в том, что длительность импульса для срабатывания счетчика определяется временем сброса преобразователя 10. При этом не требуется применение специальной схемы для формирования импульсов длительностью порядка 40 мс.

. Максимальная частота на выходе преобразователя 10 выбрана равной 0,1 Гц. Постоянная интегрирования (вес импульса) определяется по формуле q - 6/360, где Q рассчитывается при номинальном предельном перепаде давления, максимальном давлении и температуре газа 20 С. Диапазон коррекции на температуру газа выбран от минус 20 до плюс 60 С, что достаточно в большинстве случаев.

На основе разработанных функциональных блоков могут быть построены расходомеры, как для газа так и для жидкости, с другими структур-

ными схемами. Например, при применении поточных плотномеров возможна реализация уравнений массового и объемного расходов вида 0_м = С^АР р и 0о= С^АР/р, где р - плотность в рабочих условиях. Для расходомера, измеряющего объемный расход Од при рабочих условиях, возможна реализация уравнения, для приведения расхода к нормальным условиям, вида = СОоР/Т.

Применение разработанного расходомера позволяет повысить точность измерения за счет исключения погрешностей планиметрирования и погрешности из-за расчетов расхода и количества по усредненным значениям параметров потока газа. Как показывают расчеты, погрешность вычислителя порядка ± 0,5%, что легко достижимо, оказывает незначительное влияние на суммарную погрешность измерения.

Четвертая глава посвящена вопросам метрологического обеспечения автоматических расходомеров и экспериментальным исследованиям разработанного расходомера. В главе изложена методика определения метрологических характеристик (МХ) вычислителя и обоснованы требования к применяемым при этом эталонным средствам измерений (ЭСИ).

Расчет суммарной погрешности измерения расхода и количества газа автоматическими расходомерами имеет некоторые особенности, зависящие от принципа построения, методов настройки и поверки. При поэлементной поверке расходомера, погрешность вычислителя может быть квадратически сложена с остальными составляющими. При комплектной поверке вычислителя совместно с датчиками, полученную погрешность комплекта 5К0М необходимо определенным образом включить в формулу суммарной погрешности. На основании анализа, для указанного случая получена формула

¿>=[з2а+ 8] + 431а + 0,25^ + + где 8рн и 5К - предельные погрешности плотности газа при нормальных условиях и коэффициента сжимаемости, соответственно.

Вычислителю присущи как аддитивная, так и мультипликативная погрешность. Первая обусловлена смещением передаточных характеристик, а вторая - изменением коэффициента передачи функциональных блоков. С учетом изложенного, определялась приведенная, а не относительная погрешность. Для определения МХ на входы вычислителя задавались эталонные значения сигналов и производилось измерение выходного сигнала, которое сравнивалось с расчетным его значением. Определение основной приведенной погрешности производилось при различных сочетаниях значений входных параметров при числе таких комбинаций равном 15-ти. При этом диапазоны параметров находились в пределах: перепад давления от 0,09АРн до АРн\ давление от ОДР до Р, температура Т от 253 К до 333 К.

Для выбора ЭСИ была получена формула

0,5(^4-^ + ^) + ^ <С-5 (15) где <5др, 6Р, ёт- относительные погрешности задания сигналов, соответствующих АР, Р и Г, на входы вычислителя; 5Т - относительная погрешность измерения периода импульсов г на выходе вычислителя; 5 - класс точности вычислителя. Коэффициент запаса точности С был принят равным 0,33. Коэффициент 0,5 в формуле (15) учитывает квадратичную зависимость между расходом и параметрами АР, Р и Т. Относительные погрешности дАР и 5Р равны погрешностям задания тока для диапазона токов 0-5 мА и 0-20 мА. Для диапазона 4-20 мА эти погрешности в 1,25 раз больше. Для определения 6Т в зависимости от погрешности 5Я магазина сопротивления, имитирующего термопреобразователь, получена формула вида 6Т = 250(<5Л/Г). Применение формулы (15) позволяет выбирать ЭСИ для

желаемого класса точности 5 вычислителя и коэффициента запаса точности С.

Определение приведенной погрешности у производилось сравнением фактической частоты импульсов на выходе с расчетной частотой. С учетом обратной пропорциональной зависимости между частотой и периодом, для

расчета погрешности у при ¡-ой комбинации входных сигналов получена формула

г а

у= — -100% (16)

' и, ш)

где г - период импульсов при расходе 100%; г, - фактический период при /-ой комбинации; - расчетный расход в процентах от максимального. Расчетное значение расхода О, определяется по формуле

д^юо^Л.Ш!. (17)

Д Р„ Р т,

Для 18-ти экземпляров приборов основная приведенная погрешность при номинальной температуре окружающей среды в 20±5°С получена до ±0,5%. Кроме основной, была определена дополнительная погрешность у„ от изменения напряжения питания в пределах 220 ±22 вольта и погрешность у, от изменения температуры окружающей среды от5°С до 40°С. Исследования показали, что погрешность у„ пренебрежимо мала, а погрешность у, достигает ± 0,5% на каждые 10°С изменения температуры. В процессе исследований установлен способ уменьшения у, вплоть до значения ± 0,05% применением всего одного резистора с необходимым температурным коэффициентом сопротивления в блоке извлечения квадратного корня. На основании проведенных исследований разработана программа метрологической аттестации вычислителя, утвержденная Тюменским центром стандартизации, метрологии и сертификации. В результате промышленной эксплуатации нескольких десятков экземпляров вычислителей в течении двух лет подтверждена стабильность полученных метрологических характеристик.

Выводы.

1. В результате анализа нормативно-технических документов по измерению расхода сужающими устройствами выявлены некорректные, проти-

воречивые, а иногда и ошибочные положения, ограничивающие и сдерживающие применение расходомеров с сужающими устройствами. На основании анализа показана необходимость переработки этих документов.

2. Показана невозможность применения труб Вентури во многих практических случаях, вследствие ошибочного указания в НТД (завышения в 2 раза) средней квадратической погрешности (СКП) коэффициента истечения и ошибочной формулы для расчета СКП коэффициента расширения газа труб Вентури, а также сопел и сопел Вентури.

3. Показана некорректность (в некоторых случаях) требований по выбору длин прямых участков трубопровода и необоснованность изложенного в правилах способа учета дополнительной погрешности при сокращении длин. Показана практическая нецелесообразность применения струевыпря-мителя при существующих требованиях на его,установку.

4. Сделан вывод о некорректности введения поправочного множителя на притупление входной кромки стандартной диафрагмы. Показана возможность и целесообразность введения поправочного множителя на шероховатость трубопровода для фланцевого способа отбора перепада давления.

5. В результате анализа показана нерациональность, изложенных в НТД, методов расчета сужающих устройств и суточного количества газа. Предложены рекомендации и формулы, упрощающие эти расчеты.

6. Выполнен анализ общей схемы расчета суммарной погрешности измерения расхода и количества. Показана некорректность подхода, изложенного в НТД, к расчету некоторых составляющих погрешности. Получены уточненные формулы для расчета этих погрешностей.

7. Разработан и предложен метод расчета оптимальных по точности сужающих устройств.

8. Выполнен анализ погрешностей определения плотности газа и содержания отдельных компонентов газа лабораторными методами.

9. Разработан и исследован автоматический расходомер с коррекцией на давление и температуру газа. -

10. Предложена методика выбора эталонных средств измерений для метрологической аттестации автоматических расходомеров газа с сужающими устройствами.

11. Предложены методы расчета погрешности измерения расхода и количества газа для автоматических расходомеров.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Васильев Н.К. Учет природного газа на объектах магистральных газопроводов. - Л.: Недра, 1990, 128 с.

2. Васильев Н.К. Аналоговый вычислитель количества газа для расходомеров с сужающими устройствами. - Метрология и техника точных измерений. Л.:ЛДНТП, 1991, с. 14-15.

3. Васильев Н.К. О длинах прямых участков трубопровода расходомеров с сужающими устройствами. - Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара. С.-П.: ДНТП, 1992, с.25-27.

4. Васильев Н.К. О возможности сокращения длин прямых участков расходомеров с сужающими устройствами. - Измерительная техника, 1993, №7, с.36-37.

5. Васильев Н.К. Расчет числа Рейнольдса при обратном расчете сужающего устройства. - Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара. С.-П.: МЦЭНГ, 1994, с.25-28.

6. Васильев Н.К. Расчет сужающих устройств, оптимальных по точности. - Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара. С.-П.:МЦЭНТ, 1994, с.34-40.

7. Кремлевский П.П., Васильев Н.К., Кузьмин В.А. Нормирование расходомеров с сужающими устройствами. - Измерительная техника, 1995, №9, С.40-41.

8. Васильев Н.К. Об измерении расхода и количества газа микропроцессорным комплексом "Суперфлоу - II". - Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара. С.-П.:МЦЭНТ, 1996, с.77-80.

9. Васильев Н.К., Васильев В.Н. Прямой расчет стандартной диафрагмы и сопла. - Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара. С.-П.:МЦЭНТ, 1996, с.44-49.

10. Васильев Н.К. Обратный расчет стандартной диафрагмы и сопла. -Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара. С.-П.:МЦЭНТ, 1996, с.50-51.