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

УДК 53.089.68

621.317.7.089.68

На правах рукописи

Карнаухов Игорь Николаевич^ ^ ^ ^

I ^ ЛЕК

Разработка и исследование малогабаритных циркуляционных проливных установок для поверки тепло- и водосчетчиков

05.11.15 - "Метрология и метрологическое обеспечение"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 2000 г.

Работа выполнена на кафедре систем сбора и обработки данных в Новосибирском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Рогачевский Б.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Филимонов Б.П.

кандидат технических наук Зеленгур A.A.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии (г. Казань)

Защита состоится '_» ОА'Тд'Ь/ЭЯ 2000 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 064.14.02 в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) по адресу: 630108, г, Новосибирск, 108, ул. Плахотного, д. 10,СГГА ауд. 403 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Автореферат разослан «

с26 » Сё^ТЯдрЯ 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Верхотуров О.П.

2

Н Ш . №.ц ,0 Н Ц-62 . Ю-í — ОН9 , 0

Общая характеристика работы Актуальность темы

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 будет вводится 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.

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. Их производительность, например, при поверке теплосчетчиков, в лучшем случае, порядка 500 приборов в год. Кроме того, они очень дороги. Полагая, что парк теплосчетчиков в России в 2000 г. составил 50 тыс. шт., для их периодической поверки при указанной выше производительности 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 водосчегчиков.

Тиражировать существующие громоздкие и дорогие поверочные установки технически и экономически неоправдано, 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.

Цель и задачи работы

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 проливпых малогабаритных установок, пригодных для массового производства и проведение их испытаний для целей утверждения типа.

Методы исследования

В диссертационной работе используются методы анализа погрешностей и экспериментального определения характеристик, принятые в метрологии.

Научная новизна

Разработана экспериментальная проливная установка для исследования потенциальных возможностей принципа построения проливных стендов для поверки тепло- и водосчетчиков, основанного на использовании замкнутого гидравлического контура со струевыпрямителямн 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.

Разработана методика, получены выражения для оценки влияния местоположения первичных преобразователей расхода в замкнутом гидравлическом контуре на погрешность поверки водосчетчиков.

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 .

Показано, что температура разогрева воды во время работы проливной установки пропорциональна произведению гидравлического сопротивления контура и куба воспроизводимою расхода.

Показано, что получение требуемого расхода изменением числа оборотов электронасоса с помощью часто! неуправляемого привода вместо дросселирования запорной арматурой позволяет существенно уменьшить разогрев и флуктуации расхода.

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

Практическая ценность

Показана возможность построения малогабаритных, относительно недорогих, с высокими метрологическими характеристиками проливных установок для поверки тепло- и водосчетчиков, пригодных для широкого тиражирования.

Для этих установок созданы эталонные водосчетчики.

Реализация результатов работы

Разработаны две модификации проливных установок, которые прошли испытания для целей утверждения типа и включены в Госреесгр средств измерений № 18301-99. В Новосибирском государственном техническом университете ( НГТУ ) и ООО "Фирма СЭМ" организовано их производство. Изготовлено и поставлено в различные города России 16 экземпляров проливных установок.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались : на семинаре " Приборы и автоматизированные системы учёта и контроля расхода, электрической и тепловой энергии и теплоносителя. Опыт работы по энергообследованиям ( энергоаудиту предприятий ) г. Москва (1998 г.); на Сибирской региональной научно-практической конференции " Разработка, аттестация и применение методик выполнения измерений ", г. Новосибирск (1997 г.) ; на IV Международной конференции " Актуальные проблемы электронного приборостроения ", г. Новосибирск (1998 г.).

Публикации

По результатам исследований опубликовано 4 печатных работы.

Основные положения, выносимые на защиту :

1) структура и основные особенности малогабаритной 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 поверок эталонных водосчетчиков и проливных установок;

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

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, библиографии и 4 приложений. Основное содержание изложено на 118 страницах текста, 38 рисунках, в 33 таблицах. Библиография имеет 63 наименования.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, научная новизна, практическая ценность результатов исследований, основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первом разделе сформулированы основные требования, которым должны удовлетворять проливные установки для поверки тепло- и водосчетчиков, предназначенные для массового применения в центрах стандартизации и метрологии, сервисных центрах, на заводах-изготовителях тепло- и водосчетчиков. Это, прежде всего, малые габариты, относительно невысокая цена, малое потребление электроэнергии и воды, необходимые метрологические характеристики, обеспечивающие поверку рабочих тепло- и водосчетчиков с требуемой точностью.

Весьма перспективным для решения такой задачи является принцип построения проливных поверочных установок, основанный на использовании замкнутого гидравлического контура, в котором электронасосом с частотно-управляемым приводом устанавливается требуемое значение расхода жидкости и проводится сравнение показаний поверяемых приборов с показаниями эталонного прибора.

Особенно привлекателен этот принцип, если для монтажа первичных преобразователей поверяемых приборов создать два измерительных участка, в прямой и обратной ветвях замкнутого гидравлического контура при небольшом расстоянии между трубопроводами этих ветвей (рисунок 1).

Ь 1,5м

На этом рисунке:

II и I - места расположения первичных преобразователей поверяемых водосчетчиков (соответственно 1-й и 2-й измерительные участки),III - место расположения первичного преобразователя эталонного водосчетчика; С1 и С2 -

места расположения струевыпрямителей. Наличие двух измерительных участков для установки первичных преобразователей расхода поверяемых приборов позволяет увеличить число одновременно поверяемых водосчетчиков без дополнительного увеличения длины проливной установки. Таким образом, предлагаемое решение (два измерительных участка, в прямой и обратной ветвях замкнутого контура, расстояние между прямой и обратной ветвями замкнутого гидравлического контура не более 0,5 м ) создает базу для построения малогабаритной проливной установки. Однако для такой структуры не было известно:

1) насколько значительна погрешность, обусловленная различными искажениями профиля скорости на 2-х измерительных участках между собой, между измерительными участками и местом расположения эталонного прибора;

2) как эта погрешность зависит от длины прямолинейных частей трубопровода Ь] и Ь2;

3) насколько можно уменьшить длину прямолинейной части трубопроводов использованием струевыпрямителей без заметного увеличения погрешности от влияния местоположения первичных преобразователей расхода;

4) насколько градусов разогревается воды во время работы проливной установки при различных расходах;

5) какой уровень флуктуаций установленного значения расхода жидкости.

Разработана методика оценки влияния местоположения первичных

преобразователей расхода на участках I, II, III на погрешность их поверки, заключающаяся в следующем. На эти участки устанавливались водосчетчики одного типа, затем их меняли местами. На основании этого получены выражения, которые по результатам измерений на различных расходах в этих двух ситуациях позволяли находить погрешность, связанную с влиянием местоположения первичных преобразователей расхода жидкости.

Например, выражение для оценки погрешности измерения одного и того же расхода на участке И относительно участка I имеет вид:

где и О» - показания водосчетчика 1 при расположении его соответственно на I и II измерительных участках

О^ и показания водосчетчика 2 при расположении его

соответственно на I и II измерительных участках.

С использованием данной методики были проведены эксперименты по оценке указанного вида погрешности для различных значений Ь, и Ь2 со струевыпрямителями и без них. Результаты этих экспериментов для диаметра трубопровода замкнутого гидравлического контура 100 мм и электромагнитных первичных преобразователей с Ду, равным 100 мм, приведены в таблице 1.

Таблица 1

С, м3/ч 5н-нь % 5и-ь %

без струевыпрямителя со стуевыпря-мигелем С1 без струевыпрямителя со стуевыпря-мителем С2

Ц = 1,3 и и = 3,0 м Ь1 = 1,5 м 1^2 ~ 1,5 м Ьг = 2,5 м Ц = 1,5 м

152,2 0,723 0,054 0,150 0,365 0,052 0,030

101,8 0,668 0,088 0,141 0,383 0,078 0,018

40,7 0,708 0,062 _ 0,191 0,309 0,045 0,036

Из таблицы 1 следует, что данный вид погрешности при I-; ■ 3,0 м и Ь2 > 2,5 м не превышает 0,1% (без струевыпрямителей). Струевыггрямители

позволяют уменьшить I.! и Ь2 до 1,5 м при сохранении погрешности в пределах, меньших 0,2 %.

Были проведены также эксперименты с первичными преобразователями различного типа (турбинными, ультразвуковыми, вихревыми) и различных диаметров с использованием струевыпрямителей (при Ь| = Ь2 - 1,5 м) и электромагнитных эталонных водосчетчиков, которые показали, что 8ц-1 не превышает 0,2 %.

С использованием уравнения теплового баланса получено следующее выражение для оценки температуры х (°С) разогрева воды от времени I с начала работы поверочной установки при установленной скорости V (м/с) или

расходе в (м3/с):

(2)

2т1шс гтст^

где т - масса воды, кг,

с - удельная теплоемкость воды, ;

кг°С

т| - к.п.д. насоса;

Б - площадь поперечного сечения трубопровода, м2;

4 - коэффициент гидравлического сопротивления; кг

р - плотность воды, — .

м~

Проведен целый ряд экспериментов, подтверждающих близкую к кубической зависимость температуры разогрева от расхода (скорости) воды в замкнутом контуре. Данные одного из таких экспериментов приведены в таблице 2. Расход устанавливался изменением числа оборотов электронасоса с помощью частотно-управляемого привода при полностью открытой запорной арматуре в трубопроводах замкнутого контура.

Из таблицы 2, в частности, следует, что за 20 минут разогрев имеет вполне допустимое для поверки значение.

Таблица 2

Расход, О Скорость, V Температура разогрева, т Время, в течение которого определялся разогрев

м3/ч м/с °С с

24,85 0,88 0,03 1200

50,40 1,78 0,24 1200

98,04 3,47 1,70 1200

Влияние гидравлического сопротивления на разогрев воды за 20 минут непрерывной работы установки иллюстрируется кривыми на рисунке 2.

Время,мин

Рисунок 2

Кривые 1 и 2 получены при расходе порядка 100 м3/ч, кривые Г и 2' - при

расходе порядка 50 м3/ч; для кривых 1 и Г расход устанавливался изменением числа оборотов электронасоса при полностью открытой запорной арматуре, а для кривых 2 и 2' - дросселированием запорной арматуры при номинальном числе оборотов электронасоса.

Рисунок 2 показывает, что применение частотно-управляемого привода в проливных установках позволяет не только экономить электроэнергию, но и существенно уменьшить разогрев воды за время поверки.

Исследование уровня флукгуаций расхода проводилось путём задания одних и тех же значений расходов как с помощью частотноуправляемого электропривода, так и дросселированием шаровыми кранами при включении электронасоса напрямую в электрическую сеть, минуя преобразователь частоты. Было установлено, что уровень флуктуаций при использовании частотноуправляемого привода, как правило, в несколько раз меньше, а применение преобразователей частоты позволяет получать флуктуации, не превышающие ±0,1 % за длительное время ( рисунок 3 ).

Второй раздел посвящен описанию создания эталонного водосчетчика для малогабаритных циркуляционных проливных установок.

Важнейшей особенностью водосчетчиков и расходомеров является увеличение их погрешности с уменьшением скорости движения воды.

Основные причины этого:

1) наличие смещения " нуля " ( порога трогания ) и его дрейф;

2) зависимость коэффициента преобразования расхода в выходной сигнал от профиля скорости, который " заостряется " по мере уменьшения скорости.

Анализ характеристик известных на рынке и приемлемых по цене и удобству использования водосчетчиков ( расходомеров ) показал, что наиболее перспективными с точки зрения достижения относительно небольших погрешностей при малых скоростях воды являются электромагнитные

Рисунок 3

расходомеры. В связи с этим детальным исследованиям были подвергнуты электромагнитные каналы измерения расхода созданных в НГТУ теплоизмерительных систем " Тепло-1 ".

В таблице 3 приведены результаты измерения изменений за много месяцев смещения " нуля " электромагнитных каналов измерения расход а у некоторых специально отобранных экземпляров " Тепло-1 ".

Таблица 3

Зав. номер Диаметр условного Интервал Изменение Изменение

" Тепло-1 " прохода между смещения смещения

первичного измерениями "нуля" за весь "нуля" за 1

преобразователя, смещения интервал, м/с год в % к

мм "нуля", мес. 0,01м/с

010064 100 17 0,000200 1,40%

40 100 20 0,000180 1,10%

020072 25 13 0,000068 0,63 %

020074 25 17 0,000150 1,06%

Как видно, если определить межповерочный интервал в 1 год, то вклад дрейфа смещения "нуля" по отношению к скорости воды 0,01 м/с может быть получен от 1,1 % до 1,4 % ( Ду 100 мм ) и от 0,63 % до 1,06 % ( Ду 25 мм ). Скорость воды 0,01 м/с для Ду 25 мм соответствует расходу 0,0176 м3/ч. Это означает, что при межповерочном интервале в 1 год эталонный электромагнитный водосчетчик с Ду 25 мм на базе " Тепло-1 " может применяться для поверки водосчетчиков с погрешностью порядка 2 % вплоть до расходов 0,02 м3/ч. Более того, если в процедуре поверки измерять смещение "нуля" на неподвижной воде, заносить его в память " Тепло-1 ", а

затем вычитать это значение из показаний " Тепло-1 " на различных расходах, то вклад дрейфа смещения "нуля" уменьшается ещё в несколько раз относительно приведенных в таблице 3 цифр.

Исследование шумов выполнялось на неподвижной воде в течение 12 часов. Двойной размах шумов составил : для Ду 10 мм 0,0001 м3/ч (0,005 % от верхнего предела по расходу), для Ду 25 мм 0,0005 м3/ч (0,005 % от верхнего предела по расходу), для Ду 50 мм 0,003 м3/ч (0,005 % от верхнего предела по расходу), для Ду 100 мм 0,012 м3/ч (0,006 % ог верхнего предела по расходу).

Влияние профиля скорости на коэффициент преобразования расхода ( средней скорости по сечению ) в выходной сигнал у электромагнитных расходомеров должно отсутствовать, если магнитная индукция по сечению трубы первичного преобразователя постоянна. Были проведены исследования характера изменения магнитной индукции по сечению трубы в плоскости электродов и перпендикулярной им плоскости для 3 типов первичных преобразователей расхода электромагнитного типа Ду 100 мм: ПРН, РОСТ-1Ф и ИР-61, представленные на рисунке 4 . Кривые 1 изображают изменение магнитной индукции по сечению трубы в плоскости электродов, а кривые 2 - в перпендикулярной им плоскости.

Измерения проводились следующим образом : от источника переменного тока 50 Гц ток с действующим значением 20 мА подавался в катушки возбуждения первичных преобразователей (ПНР); микротесламетром типа Г-79 измерялась магнитная индукция в точках сечения трубы, расположенных на различном расстоянии Ь, линии соединяющей левый и правый электроды первичного преобразователя расхода, и перпендикулярной этой прямой.

Видно, что неравномерность магнитной индукции наиболее ярко выражена у ПРН и меньше всего - у ИР-61. Соответственно и экспериментально полученное увеличение погрешности с уменьшением средней скорости воды оказалось наибольшим у ПРН и наименьшим у ИР-61 ( рисунок 5 ).

ПРН -100Ф

В.ткТ

РОСТ-1Ф

В.шкТ

ИР-61

В, ткТ

700 600 500

400 300 200 100 О

О 25 50 75 100

Цмм

. !2

ч

Рисунок 4

о.(а о.4

Скорость, м/с

-ППР ИР-61 -ППРРОСТ-1Ф -ППР ПРН-100«

Рисунок 5

На основании приведенных данных более предпочтительно использование ППР ИР-61. К сожалению, такой ППР по сравнению с другими весьма громоздок и более трудоемок в изготовлении. Поэтому представлял интерес поиск способов получения аналогичного эффекта, но с использованием ППР, ПРН и РОСТ, имеющих существенно более неравномерное поле по сечению, но в то же время, меньшие размеры и затраты на изготовление. Наиболее простым решением оказался предложенный и апробированный автором способ программной коррекции, исходными данными для которой является экспериментально определяемая зависимость погрешности измерения объёма воды с изменением её скорости.

В качестве примера на рисунке 6 приведены снятые на Государственном первичном эталоне единицы объёмного расхода погрешности водосчетчика на базе "Тепло-1" с электромагнитным ППР Ду 25 мм типа ПРН без коррекции (кривая 1) и с введением программной коррекции (кривая 2). Данный эксперимент демонстрирует возможность создания эталонных водосчетчиков электромагнитного типа с использованием " Тепло-1 ", имеющих погрешность

О 0,009 0.028 0,074 0,14 0,36 0 71 1,27 2,64 3.61 4,8

2 ----:--,—,----

О---»о^»« >_' ч "-'1-'1

?

- - ---ЬЧ----

8 .6---/.__,-----------

е У2

е- -в---; -/---1----------

г,0 Л ; т -I.........

-12-----1----------------

-14 ----------------

Скорость (Шс)

Рисунок 6

Г \ х .

/> .

± 0,25 % в диапазоне скорости (расходов) свыше 1000 ( при верхнем пределе, соответствующем скорости 10 м/с ).

Интересно (рисунок 5 и 6), что знак "подъема" погрешности с уменьшением скорости воды для различных расходомеров изменяется. Для того, чтобы убедиться в стабильности построенных указанным способом эталонных водосчетчиков были проведены сличения показаний одних и тех же экземпляров на Государственном первичном эталоне с интервалом времени, превышающем год. В таблице 4 для одного из экземпляров приведены такие данные.

Таблица 4

Расход, м3/ч ! Погрешность, %

! Первичная поверка Вторичная поверка

| 24.04.98 30.09.99

1 ! 2 3

160,00 ! -0,04 +0,01

Продолжение таблицы 4

1 2 3

126,90 +0,12 »-0,02

96,1 -0,03 +0,01

43,3 -0,01 +0,05

от 9,65 до 8,91 -0,09 +0,06

от 4,60 до 4,50 +0,01 + 0,01

2,0 +0,10 + 0,01

от 0,120 до 0,10 -0,12 -0,06

Как видно, применение программной коррекции вполне обосновано с точки зрения стабильности получаемых результатов.

Третий раздел посвящен описанию особенностей конструкции, результатам испытаний разработанных на основании проведенных исследований проливных малогабаритных поверочных установок. Создано две модификации установок : типа МПСП-1 на диапазон от 0,02 до 200 м3/ч и типа МПСП-2 на диапазон от 0,02 до 50 м3/ч. Каждая из модификаций состоит (рисунок 7) из электронасоса, преобразователя частоты для управления электронасосом, эталонного водосчетчика с ППР двух различных диаметров, системы трубопроводов с двумя буферными емкостями.

1-я буферная емкость предназначена для сглаживания пульсаций давления, вызванных неравномерной работой насоса. Установленная в конце обратного трубопровода 2-я буферная емкость предназначена для очистки потока воды от воздушных включений, компенсации температурного расширения воды. В крышках емкостей установлены манометры, предохранительный и воздушный клапаны. Вблизи рабочих участков расположены дренажные отверстия с пробками, предназначенные для удаления воздуха при заполнении установки водой. На входах прямой и обратной ветви основного трубопровода установлены струевыпрямители, позволившие уменьшить габариты установки.

Предохранительные. клапаны

2-я

Дренажные. пробки

Буферные емкости

ППР эталонного прибора

Шаровые краны

Обводной трубопровод Дренажные винты

еЭ

ППР поверяемых приборов

Рисунок 7

(Ч

см

Диаметр основного трубопровода в модификации МПСП-1 100 мм, в модификации МПСП-25 50 мм. Шаровые краны предназначены для полного перекрытия трубопроводов, выбора диапазона расходов, при записи "нулей" приборов . Для увеличения числа одновременно поверяемых приборов используются патрубки-проставки. При поверке датчиков меньшего диаметра, чем диаметр основного трубопровода, используются конфузорно/диффузорные патрубки-переходники. Замыкающий трубопровод снабжен подвижной опорой. Под рабочим участком установлена столешница с регулируемой по высоте подставкой под поверяемые приборы. Стягивание трубопроводов измерительных участков с установленными в ней поверяемыми приборами производится прижимным механизмом. Вода нагнетается насосом через 1-ю буферную емкость в подающий трубопровод и проходит последовательно: через ППР эталонного прибора большего диаметра, ППР поверяемых приборов, установленных на измерительном участке прямой ветви, замыкающий трубопровод, ППР поверяемых приборов, установленных на измерительном участке обратной ветви. Далее, в зависимости от требуемого расхода, вода проходит либо основной трубопровод ( в диапазоне расходов: от 200 м3/ч до 4 м3/ч - для МПСП-1 и от 50 м3/ч до 0,5 м3/ч - для МПСП-2), либо через ППР эталонного водосчетчика меньшего диаметра ( в диапазоне расходов: от 10 м3/ч до 0,02 м3/ч - для МПСП-1 и от 2 м3/ч до 0,02 м3/ч - для МПСП-2).

Длина прямолинейных участков основного трубопровода перед измерительным участком для установки поверяемых приборов, а также длина прямолинейных участков перед ППР эталонного водосчетчика выбрана равной 15Ду в соответствии с результатами исследований, представленных в таблице 1. Длина патрубков-проставок между первичными преобразователями поверяемых приборов и длина патрубков - переходников от основного диаметра трубопровода к диаметру поверяемых приборов должна быть не менее длины, указанной в паспорте на поверяемый прибор.

Использование двух эталонных водосчетчиков для перекрытия диапазона от 200 м3/ч до 0,02 м3/ч - для МПСП-1 и от 50 м3/ч до 0,02 м3/ч для МПСП-2 стало возможным, благодаря созданию эталонных водосчетчиков с широким диапазоном измерения расходов.

Проведены испытания установок МПСП-1 и МПСП-2 для целей утверждения типа. Установки включены в Госреестр средств измерений за № 18301-99.

Проливные установки предназначены для определения метрологических характеристик как теплосчетчиков, так и водосчетчиков. Если поверяется теплосчетчик, то подключаются вместо термопреобразователей сопротивления меры электрического сопротивления (для имитации значений температуры) к соответствующим входам поверяемого теплосчетчика; в эталонном приборе в этом случае значения температуры задаются ( вводятся в память с клавиатуры "Тепло-Г').

Относительную основную пофешность поверяемых приборов определяют сравнением результатов измерения тепловой энергии, объёма воды поверяемым и эталонным приборами за один и тот же заданный интервал времени. Если в поверяемом приборе предусмотрена возможность внешнего управления началом и концом измерения, то для получения заданного интервала времени используются сигналы "старг" и "стоп", которые формируются эталонным прибором.

Оценка метрологических характеристик созданных проливных установок неоднократно проводилась следующим образом. На установке МПСП по штатному эталонному водосчетчику проводилась калибровка водосчетчика-претсндента на эталонный прибор в состав подготавливаемой к выпуску очередной поверочной установки. Метрологические характеристики откалиброванного таким образом водосчетчика определялись на Государственном первичном эталоне единицы объёмного расхода. Затем

водосчетчик-претендент вновь устанавливался на рабочий участок той же установки МПСП и по штатному эталонному водосчетчику вновь определялись его метрологические характеристики. В качестве примера в таблице 5 приведены такие данные, которые показывают хорошее совпадение результатов, полученных на установке МПСП и Государственном первичном эталоне.

Кроме того, проводилось взаимное сличение результатов поверки одного и того же прибора на поверочной установке МПСП ( НГГУ, г. Новосибирск ) и на поверочных установках ЗАО "Центр Теплометрии" ( г. Новосибирск ) и завода "Синтетический каучук" ( г. Омск ).

Таблица 5

Расход, м3/ч Погрешность эталонного водосчетчика "Тепло-1" № 050126 ( Ду = 80мм ), %

МПСП (калибровка) НГТУ, 16.04.99 Государственный первичный эталон (поверка) ВНИИР, 25.09.99 МПСП (сличение) НГТУ, 10.10.99

150,000 +0,13 - +0,08

142,100 - -0,02 -

. 110,000 -0,01 - +0,06

88,40 - +0,06 -

61,60 - -0,01 -

60,00 -0,14 - -0,12

43,30 - +0,07 -

16,40 - +0,06 -

10,00 +0,05 - +0,14

3,30 - +0,01

3,00 +0,07 - +0,12

Результаты этих взаимных сличений отличаются не более, чем на ± 0,2 % .

Основные результаты исследований

Показана актуальность создания малогабаритных относительно недорогих проливных установок для поверки тепло- и водосчетчиков. Сформулированы основные требования к таким установкам.

Разработана экспериментальная проливная установка для исследования потенциальных возможностей принципа построения поверочных установок, основанного на использовании замкнутого гидравлического контура со струевыпрямителями и двумя измерительными участками для монтажа поверяемых приборов, в котором электронасосом с частотно-управляемым приводом устанавливаются требуемые значения расходов жидкости и производится сравнение показаний эталонного прибора с поверяемым.

Разработана методика и получены выражения для оценки влияния местоположения первичных преобразователей расхода на различных участках замкнутого гидравлического контура на погрешность поверки водосчетчиков.

Экспериментально доказано, что установка струевыпрямителей, одного -сразу после буферной емкости в цепи нагнетания, другого - после замыкающего трубопровода позволяет уменьшить длину проливной установки на 2,7 м и более без ухудшения погрешности поверки.

Показано, что температура разогрева проливной установки пропорциональна, примерно, кубу воспроизводимого расхода.

Экспериментально подтверждено, что использование для задания требуемого расхода вместо запорной арматуры электронасоса с частотно-управляемым приводом позволяет существенно уменьшить разогрев и флуктуации расхода.

В течение 15-20 месяцев проведены исследования нестабильности нуля отобранных экземпляров "Тепло-1", показавшие возможность создания на его основе эталонных расходомеров с нестабильностью нуля, меньшей 1,4 % при скорости потока 0,01 м/с за межповерочный интервал 1 год.

В результате исследования систематической погрешности электромагнитных расходомеров с уменьшением скорости потока выявлено изменение знака этой погрешности для некоторых диаметров. Экспериментально показана, в том числе и на Государственном первичном эталоне эффективность программной коррекции указанной погрешности вплоть до получения диапазона по расходу свыше 1 : 1000 при значении погрешности не более ± 0,25 %.

Проведены неоднократные сличения показаний и поверки нескольких экземпляров эталонных водосчетчиков на нескольких проливных стендах в различных городах, на Государственном первичном эталоне объемного расхода, в том числе с интервалом 1,5 года, подтвердившие высокие метрологические характеристики созданного эталонного водосчетчика.

Разработаны две модификации малогабаритных проливных установок для поверки тепло- и водосчетчиков МПСП-1 и МПСП-2. Проведены их испытания для целей утверждения типа; они включены в Госреестр средств измерений. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. 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.

2. Береснев В.К., Рогачевский Б.М., Карнаухов И.Н. Методика экспериментального определения погрешности, вносимой проливными циркуляционными стендами при поверке тепло- и водосчетчиков // Тезисы докладов к Сибирской региональной научно-практической конференции

"Разработка, аттестация и применение методик выполнения измерений " ( СИБ МВИ-97 ). - Новосибирск, 1997.

3. 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.

4. Береснев В.К., Рогачевский Б.М., Карнаухов И.Н., Хомяков Г.Д. Расходомеры воды с широким диапазоном измерения // Труды IV международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения ". - Новосибирск, 1998. - с. 12-19.

Подписано в печать 23.09.2000 г. Формат 84x60x1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Печ.л. 1,5. Заказ № £> <2 /

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирского, пр. К. Маркса, 20.