автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Разработка и исследование малогабаритных циркуляционных проливных установок для поверки тепло- и водосчетчиков

Введение.

1 Исследование основных особенностей проливной установки.

1.1 Обоснование принципа построения проливной установки.

1.2 Исследование влияния местоположения первичных преобразователей расхода в циркуляционном контуре на их погрешность.

1.2.1 Постановка задачи.

1.2.2 Вывод выражения для оценки погрешности от местоположения первичных преобразователей расходомеров.

1.2.3 Результаты экспериментов и их анализ.

1.3 Исследование разогрева воды и флуктуаций расхода.

1.3.1 Исследование разогрева воды при различных расходах.

1.3.2 Исследование уровня флуктуаций расхода.

2 Эталонные водосчетчики.

2.1 Создание высокоточного водосчетчика с широким диапазоном измерения.

2.1.1. Выбор типа расходомера.

2.1.2 Исследование нестабильности "нуля" и шумов.

2.1.3 Исследование увеличения погрешности при малых скоростях. Коррекция этой погрешности.

2.2 Описание эталонного прибора.

2.3 Результаты взаимного сличения.

3 Установка проливная малогабаритная поверочная.

3.1 Описание разработанной установки.

3.2 Методика поверки проливных установок.

3.3 Результаты взаимного сличения проливных установок.

В настоящее время в России растет спрос на тепло- и водосчетчики. По оценкам специалистов Министерства топлива и энергетики Российской Федерации (РФ) общий парк действующих теплосчетчиков должен составлять 400 - 500 тыс. штук, если в 2000 - 2005 годах по 40 - 50 тыс. штук в год. Потребность в водосчетчиках в 4=5 раз выше.

Тепло- и водосчетчики относятся к коммерческим приборам, на которые распространяется государственный метрологический контроль и надзор. Это означает, что каждый экземпляр этих приборов должен проходить первичную поверку (при выпуске из производства), периодическую (с интервалом 1-4 года) в процессе эксплуатации, а также поверку после ремонта [1].

До недавнего времени в России имелось лишь небольшое число (около 10) установок для проверки тепло- и водосчетчиков. Эти установки с водонапорным баком, которые громоздки, энергоемки, с большим водоразбором, неудобны в эксплуатации [2-7]. Их производительность, например, при поверке теплосчетчиков, в лучшем случае, порядка 500 приборов в год. Кроме того, они очень дороги. Полагая, что парк теплосчетчиков в РФ в 2000 г. составил 50 тыс. шт., для их периодической поверки при указанной выше производительности по поверке потребуется 100 установок, а для первичной поверки вновь вводимых ежегодно 40 - 50 тыс. шт. теплосчетчиков потребуется по 80 - 100 проливных установок ежегодно.

Из приведенных данных очевидно, что назревает тяжелое положение с метрологическим обеспечением тепло- и водосчетчиков [8-11].

Производить существующие громоздкие и дорогие поверочные установки технически и экономически неоправданно, учитывая тяжёлое финансовое положение в стране.

Поэтому актуальной является задача создания недорогих малогабаритных поверочных стендов, превосходящих существующие по эксплуатационным и техническим характеристикам, с целью оснащения ими производителей тепло-и водосчетчиков, центров стандартизации и метрологии, испытательных и сервисных центров [9,12].

Целью диссертационной работы является разработка принципов построения, создание и исследование малогабаритных, относительно недорогих проливных установок с высокими метрологическими характеристиками для поверки тепло- и водосчетчиков.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1) создание экспериментальной проливной установки для исследования потенциальных возможностей принципа построения поверочных стендов, основанного на использовании замкнутого гидравлического контура и двух измерительных участков;

2) разработка методики поверки и оценка погрешности, связанной с местоположением эталонных и поверяемых приборов на различных участках замкнутого гидравлического контура; определение эффективности применения струевыпрямителей;

3) исследование разогрева воды в процессе её движения по замкнутому гидравлическому контуру;

4) создание эталонного водосчетчика для проливной установки;

5) проведение поверки разработанных эталонных водосчетчиков на Государственном первичном эталоне объемного расхода;

6) разработка модификаций проливных малогабаритных установок, пригодных для тиражирования и проведение их испытаний для целей утверждения типа.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем :

1) разработана экспериментальная проливная установка для исследования потенциальных возможностей принципа построения проливных стендов для поверки тепло- и водосчетчиков, основанного на использовании замкнутого гидравлического контура со струевыпрямителями и двумя измерительными участками для поверяемых приборов, в котором электронасосом с частотноуправляемым приводом устанавливается требуемое значение расхода жидкости и проводится сравнение показаний эталонного водосчетчика с поверяемыми;

2) разработана методика, получены выражения для оценки влияния местоположения первичных преобразователей расхода в замкнутом гидравлическом контуре на погрешность поверки водосчетчиков;

3) проведены исследования влияния эффективности использования струевыпрямителей на различных участках замкнутого гидравлического контура, показавшие, что применение двух струевыпрямителей, устанавливаемых в местах наибольшего завихрения потока эквивалентно уменьшению длины установки на 2,7 м ;

4) показано, что температура разогрева воды во время работы проливной установки пропорциональна произведению гидравлическому сопротивлению контура и примерно кубу воспроизводимого расхода;

5) показано, что получение требуемого расхода изменением числа оборотов электронасоса с помощью частотноуправляемого привода вместо дросселирования запорной арматурой позволяет существенно уменьшить разогрев и флуктуации расхода;

6) созданы эталонные водосчетчики для малогабаритных проливных установок, обеспечивающие нестабильность нуля менее 1,4 %/год при скорости потока 0,01 м/с и погрешность калибровки ± 0,25 % в диапазоне расходов свыше 1:1000.

В работе доказана возможность построения малогабаритных, относительно недорогих, с высокими метрологическими характеристиками проливных установок для поверки тепло- и водосчетчиков, пригодных для массового производства.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1) структура и основные конструктивные особенности малогабаритной высокопроизводительной проливной установки для поверки тепло- и водосчетчиков;

2) методика оценки влияния местоположения первичных преобразователей расхода на различных участках замкнутого гидравлического контура на погрешность поверки водосчетчиков;

3) результаты эксперимента, подтверждающие возможность существенного уменьшения удлиненной части гидравлического контура при малой его ширине за счет применения струевыпрямителей;

4) результаты исследования разогрева воды при движении её во время работы проливной установки;

5) создание эталонного водосчетчика с высокими метрологическими характеристиками;

6) результаты неоднократных сличений и поверок эталонных водосчетчиков и проливных установок;

7) создание малогабаритных проливных установок и проведение их испытаний для целей утверждения типа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установка поверочная проливная малогабаритная типа МПСП

X А А соответствует нормативно-технической документации.

Изготовители: Новосибирский государственный технический университет, ТОО «Фирма СЭМ». 630092, г. Новосибирск-92, пр. К. Маркса, 20.

Проректор по научной работе Новосибирского государственного технического университета В.И.Денисов

1. - М. : Издательство МЭИ, 1995,-68 с.

2. Ватин Н.И., Кулин Д.Е., Попов В.Е., Хазанов С.В. Образцовая установка для поверки счетчиков воды // Измерительная техника. 1998. - № 5. - с. 31-32.

3. Домогацкий В.В., Балабин В.Н. Компактная универсальная установка для градуировки и поверки расходомеров и счетчиков количества жидкости и газа // Приборы и системы управления. 1999. - № 8. - с. 55-57.

4. Эталонные и образцовые измерительные приборы и установки : Справочник / Научн. произв. об - ние " Интерэталонприбор ". - М. : Издательство стандартов, 1990. - 135 с.

5. Бирюков Б.В., Данилов М.А., Кивилис С.С. Испытательные расходомерные установки. М. : Энергия, 1976. - 145 с.

6. Стенды компании "Шлюмберже Индистриз" для счетчиков газа, воды и электричества // Законодательная и прикладная метрология . 1999. - № 3. - с. 50-51.

7. Сазонов В.М., Федяков Е.М., Мурашев В.К. и др. Автоматизированный расходомерный стенд // Приборы и системы управления. 1993. - № 9.

8. Лисенков А.И. Состояние и перспективы развития метрологического обеспечения измерений тепловой энергии // Законодательная и прикладная метрология . 1999. - № 1. - с. 3-4.

9. Решение Всероссийской научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение учёта энергетических ресурсов" // Законодательная и прикладная метрология . 1999. - № 3. - с. 5-7.

10. Таранин В.Д. О метрологическом обеспечении теплосчетчиков // Законодательная и прикладная метрология . 1999. -№3.-с.21-25.

11. Беляев Б.М., Лисенков А.И. К вопросу о метрологическом обеспечении измерений тепловой энергии // Законодательная и прикладная метрология . -1995,-№2.-с. 37-40.

12. Беляев Б.М., А.И. Лисенков Метрология и жилищно-коммунальная реформа // Законодательная и прикладная метрология . 1998. - № 3. - с. 19-22.

13. Бирюков Б.В., Данилов М.А., Кивилис С.С. Средства испытаний расходомеров. М. : Знергоатомиздат, 1983. - 113 с.

14. Бирюков Б.В., Данилов М.А., Кивилис С.С. Испытания расходомеров. -М. : Издательство стандартов, 1987. 238 с.

15. Государственная поверочная схема для средств измерений (счетчиков) объёма жидкости. ГОСТ 8.510 84. - М. : Изд-во стандартов, 1984. - 5 с.

16. Расходомер- счетчик ультразвуковой "Взлет- PC" ( УРСВ- О ЮМ ): Инструкция по монтажу. СПб., 1999. - 45 с.

17. Расходомеры электромагнитные. Методы и средства поверки. ГОСТ 8.320- 78 М. : Изд-во стандартов, 1978. - 14 с.

18. Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки. ГОСТ 8.156 83 -М. : Изд-во стандартов, 1983. - 15 с.

19. МИ 2164-91. Теплосчетчики. Требования к испытаниям, метрологической аттестации, поверке. М.: Изд-во стандартов, 1991.

20. Тупиченков A.A. Гидродинамические проблемы повышения точности расходоизмерительных систем. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. JL, 1975. - 42 с.

21. Программа и методика метрологической аттестации каналов измерения объёма измерительных систем "Тепло-1" на Государственном первичном эталоне единицы объёмного расхода. Казань, 1997. - 5 с.

22. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений объемного расхода жидкости в диапазоне 3-10'б-г10 м3/с. ГОСТ 8.145-75. М. : Изд-во стандартов, 1976. - 3 с.

23. Счетчики холодной и горячей воды ВСХ, ВСГ, ВСТ : Паспорт. -Мытищи, 1997.-24 с.

24. Расходомер ультразвуковой "Тритон" : Руководство по эксплуатации. -Новосибирск, 1999. 6 с.

25. Расходомер ультразвуковой "Тритон" : Методика поверки. -Новосибирск, 1999. 10с.

26. A.B. Гордон, A.B. Сливинская Электромагниты постоянного тока. М., Л., 1960.-447 с.

27. Преобразователь частоты СМ 330-015: Руководство эксплуатации. -Новосибирск, 1998. 33 с.

28. Филатов В.И. Гидродинамические погрешности ультразвуковых расходомеров // Измерительная техника. 1996. - № 9. - с. 36-37.

29. Голышев Н.В., Рогачевский Б.М., Завалишин И.Н. Оценка влияния изменения профиля скорости, температуры воды и шероховатости труб на погрешность ультразвуковых расходомеров // Законодательная и прикладная метрология . 1997. - № 1. - с. 24-28.

30. Морозов В.Б, Сравнительные характеристики ультразвуковых расходомеров // Приборы и системы управления. 1997. - № 11. - с. 19-20.

31. Прозоров М.А. Новые ультразвуковые расходомеры и теплосчетчики // Приборы и системы управления. 1996. - № 8. - с. 22-25.

32. Датчики теплотехнических и механических величин : Справочник / А.Ю. Кузин, П.П. Мальцев, И.А. Шапортов и др. М. : Энергоатомиздат, 1996 -128 с.

33. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. 4-е изд., перераб., доп. - Л. : Машиностроение, 1989. - 701 с.

34. Метрологические характеристики расходомеров фирмы "Данфосс" // Законодательная и прикладная метрология . 1993. - № 3. - с. 37-39.

35. Козлов В.Р., Тлеукулов А.О. Современные ультразвуковые технологии измерений расхода // Законодательная и прикладная метрология . 1997. - № 2. -с. 38-39.

36. Современные магнитно-индукционные расходомеры // Законодательная и прикладная метрология ,- 1995.-№3.-с. 42-46.

37. Meß gerate fur Druck, Differenzdruck, Durchfluß und Füllstand : Katalog MP-17. Siemens AG, 1991.

38. Liquid Meters : Catalog MP 13. Siemens AG, 1990.

39. Magnetisch-induktive Durchflußmesser : Katalog. Krohne Messtechnik Gmbh & Co. KG, 1994. - 16 S.

40. Береснев B.K., Рогачевский Б.M., Карнаухов И.H., Хомяков Г.Д. Расходомеры воды с широким диапазоном измерения // Труды IV международной конференции " Актуальные проблемы электронного приборостроения". Новосибирск, 1998. - с. 12-19.

41. Вельт И.Д., Михайлова Ю.В. Электромагнитный преобразователь скорости с оптимальными параметрами // Измерительная техника. 1998. - № 9. -с. 17-24.

42. Выбрать нужный расходомер легко // Законодательная и прикладная метрология . 1999. - № 6. - с. 41-42.

43. Шерклиф Дж. Теория электромагнитного измерения расхода / Под ред. А.Б. Ватажина, пер. с англ. С.А. Регирера. М. : Мир, 1965. - 268 с.

44. Теплоизмерительная система "Тепло-1": Инструкция по эксплуатации. -Новосибирск, 1998. 15 с.

45. Теплоизмерительная система "Тепло-1": Паспорт. Новосибирск, 1997. -15 с.48. 1992 Amplifier reference manual. Analog Devices Inc., 1992.

46. Электронные компоненты : Каталог. M.: Платан, 1999. - 80 с.

47. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА : Справочник / H.H. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок Минск : Беларусь, 1994. - 591 с.

48. Резисторы : Справочник / B.B. Дубровский, Д.M. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др. ; под ред. И.И. Четвертакова, В.М. Терехова 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

49. Вельт И.Д. Разработка общих принципов проектирования электромагнитных расходомеров и средств метрологического обеспечения. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.-М„ 1986.-40 с.

50. Фикс И.Г. Исследование магнитных систем датчиков электромагнитных расходомеров. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1965. - 18с.

51. Преобразователи расхода измерительные электромагнитные ИР-61 : Руководство по эксплуатации. Таллин, 1987. - 84 с.

52. Счетчики электромагнитные ИР-45 : Паспорт. Таллин, 1997. - 71 с.

53. Микротесламетр Г-79 : Паспорт. Кишинев : Издательство Тимпул, 1982.-47с.

54. Теплосчетчик эталонный : Руководство по эксплуатации. Новосибирск, 1998.-24 с.

55. Береснев В.К., Кунов В.М., Карнаухов И.Н., Подъяков А.Е., Рогачевский Б.М. Эталонные водосчетчики // Законодательная и прикладная метрология . -1996 -№4.-с. 44-46.

56. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений малогабаритный проливной стенд поверочный (МПСП). Методом непосредственного сличения. МИ 2452 97. - Казань, 1997. - 17 с.

57. Установка поверочная проливная малогабаритная типа МПСП : Руководство по эксплуатации. Новосибирск, 2000. - 13 с.

58. Береснев В.К., Береснев C.B., Воронов В.В., Завалишин И.Н., Карнаухов И.Н., Рогачевский Б.М. Малогабаритный проливной стенд для калибровки и поверки тепло- и водосчетчиков // Законодательная и прикладная метрология . -1998.-№3,-с. 26-28.

59. Установка поверочная проливная малогабаритная типа МПСП : Методика поверки. Новосибирск, 1998. - 14 с.

60. Кудряшова Ж.Ф. О групповых сличениях средств измерений // Измерительная техника. 1995. - № 3. - с. 26-29.