динамический диапазон расходомера что это

Руководство по выбору расходомера. Часть 2

В первой части руководства были рассмотрены особенности применения расходомеров различных принципов измерения расхода и ограничения по их использованию в зависимости от физико-химических свойств измеряемой среды.

Теперь, после того, как мы примерно определились с тем какие расходомеры лучше подходят для решения поставленной измерительной задачи, необходимо выяснить, какого типоразмера и какой динамический диапазон измерения должен иметь расходомер, чтобы обеспечить измерение расхода с требуемой точностью в заявленном диапазоне.

Особенности выбора типоразмера расходомера

В большинстве случаев величина расхода, которую требуется измерять, изменяется в довольно широких пределах от Qmin (минимальный расход) до Qmax (максимальный расход). Отношение величины максимального к величине минимального расхода называется динамическим диапазоном измерения. Необходимо помнить, что под минимальной и максимальной величинами расхода, в данном случае, понимаются такие значения, при измерении которых расходомер обеспечивает заявленную точность.

Выбор типоразмера измерителя расхода является наиболее сложной задачей. Номинальный диаметр его измерительной части (Ду) и диаметр трубопровода определяют расход измеряемой среды, скорость движения которой должна находиться в определенных пределах.

Так при измерении расхода абразивных жидкостей, пульпы, рудного шлама и т.п. электромагнитными расходомерами, необходимо обеспечить скорость движения среды не более 2 м/с. При измерении расходов сред, склонных к образованию отложений (сточные воды), скорость движения среды наоборот рекомендуется повысить, чтобы илистые отложения более эффективно вымывались. Для измерения расходов чистых неабразивных жидкостей электромагнитными расходомерами рекомендуется обеспечить скорость потока равной 2,5. 3 м/с.

При измерении расходов жидкостей скорость потока не должна превышать 10 м/с. При измерении расхода газов и пара скорость потока, в большинстве случаев, не должна быть выше 80 м/с.

Ориентировочные значения расхода жидкости в зависимости от диаметра трубопровода и измерительной части расходомера при разных скоростях движения среды приведены в таблице 1.

На диапазон измерения расхода также влияют температура и давление измеряемой среды. В таблице 2 для примера показаны диапазоны измерения расхода воздуха при температуре 20°С и различном избыточном давлении вихревого расходомера Vortex VN2000.

Более точное определение минимального и максимального значения расходов для данного типоразмера расходомера производится с помощью специальных программных средств, разработанных производителем. При расчете учитывается влияние минимальных и максимальных значений температуры и давления среды, ее плотность, вязкость и другие характеристики, влияющие на скорость потока и объемный расход.

Влияние гидравлического сопротивления

Необходимо также учитывать и то, что расходомер может оказывать определенное сопротивление движению измеряемой среды и вносить дополнительное гидравлическое сопротивление. Наибольшим гидравлическим сопротивлением обладает вихревой расходомер из-за наличия в измерительной части прибора тела обтекания довольно большого объема. Кориолисовый расходомер также обладает гидравлическим сопротивлением, приводящим к потере давления, из-за наличия в конструкции изгибов и разветвлений трубопроводов.

Наименьшим гидравлическим сопротивлением обладают электромагнитные и ультразвуковые измерители расхода, так как они не имеют изгибов и частей, выступающих внутрь измерительной части. Они относятся к полнопроходным. Некоторые потери давления могут быть вызваны материалом футеровки измерительной части (например, резиновой футеровкой) или неправильной установкой (уплотнительные прокладки выступают внутрь проточной части расходомера).

В таблице 3 приведены значения динамического диапазона измерения расхода и максимальные значения скорости потока для расходомеров различного принципа действия.

Метрологические характеристики и их влияние на выбор

В настоящее время встречаются электромагнитные расходомеры с заявленным динамическим диапазоном 500:1 и даже 1000:1. Такие значительные динамические диапазоны измерения достигаются путем применения многоточечной калибровки при выпуске расходомера из производства. К сожалению, в процессе дальнейшей эксплуатации метрологические характеристики ухудшаются и реальный динамический диапазон значительно сужается.

Метрологические характеристики расходомеров выходят на первый план в случае их применения для коммерческого учета энергоресурсов. Необходимо помнить, что все приборы, которые планируется использовать для целей коммерческого учета, должны быть в обязательном порядке внесены в Государственный реестр средств измерений после прохождения соответствующих испытаний, по результатам которых подтверждаются заявленные производителем метрологические характеристики. Именно действующим описанием типа средства измерения следует руководствоваться при оценке погрешностей. Так как, например, в некоторых случаях, заявленная производителем низкая погрешность измерения может быть обеспечена не во всем диапазоне, а только в некоторой его узкой части. И, к сожалению, производители не всегда отражают этот факт в своей технической документации и рекламных материалах.

Для снижения издержек на последующее метрологическое обслуживание (поверку) расходомеров при прочих равных условиях рекомендуется выбирать приборы с максимальным межповерочным интервалом. На данный момент большинство расходомеров имеет межповерочный интервал один раз 4 года и более. При выборе марки прибора не стоит гнаться за максимальным значением межповерочного интервала в случае когда долговременная точность измерения является определяющей характеристикой, особенно если это предложение от малоизвестного производителя. Для расходомеров с условным диаметром более 250 мм (DN 250) наличие методики поверки без демонтажа измерительной части, так называемой имитационной, беспроливной поверки, зачастую становиться решающим фактором в пользу выбора конкретного производителя и типа. Проведение поверки проливным методом расходомеров с условным диаметром более 250 мм в настоящее время является сложной задачей в виду отсутствия в России аттестованных проливных установок для поверки средств измерения расхода большого диаметра. Но необходимо помнить, что метод беспроливной поверки добавляет к базовой погрешности измерения еще дополнительную погрешность 1. 1,5%, что не всегда может быть приемлемо.

В таблице 4 приведены метрологические характеристики измерителей расхода с различным способом измерения, пожалуй, с лучшими на сегодняшний день показателями точности. Если предлагаемое вам поставщиком решение обладает еще более высокими показателями точности, то следует более тщательно подойти к вопросу проверки заявленных метрологических характеристик данного оборудования.

Источник

К.т.н. А.А. Минаков, член Совета НП «Метрология Энергосбережения»,
генеральный директор ЗАО «ПромСервис», г. Димитровград;
А.В. Чигинев, технический директор, ОАО «ТЕВИС», г. Тольятти

Расходомеры сегодня устойчиво ассоциируются с коммерческим учетом тепловой энергии, холодной и горячей воды. Естественно, что все основные характеристики этих приборов, в первую очередь, должны рассматриваться с точки зрения решения задачи коммерческого учета. Учет энергоресурсов и называется коммерческим только потому, что он является основой для взаимных расчетов между поставщиком и потребителем, рынок тепло-, водоснабжения невозможен без учета [1].

При выборе приборов учета потребителем рассматриваются технические (надежность, долговечность, возможность обслуживания и т.д.), метрологические (точность, динамический диапазон, межповерочный интервал), экономические (стоимость прибора, стоимость владения) характеристики. Все эти характеристики взаимосвязаны, т.к., например, достижение высоких технических и метрологических характеристик обычно повышает стоимость прибора и стоимость его обслуживания, включая поверку.

Рассмотрим более подробно основные метрологические характеристики:

Причем речь обычно идет одновременно обо всех характеристиках, да еще и в сочетании со стоимостью.

В этой гонке зачастую выходят за пределы разумного, забывая о том, что улучшение одной характеристики может привести к ухудшению другой; о физических процессах, происходящих в реальных условиях; наконец, о том, что у каждого метода измерения есть свои, естественные ограничения, преодолеть которые не под силу даже при идеальном качестве продукции [2]. Естественно, с повышением метрологических характеристик повышается и стоимость приборов учета.

Потребители приборов, в общем-то, «повелись» на предложение производителей приборов, не очень-то задумываясь: «А какие значения метрологических характеристик им нужны? Какие из характеристик важнее для коммерческого учета? Нет ли тут какого-то подвоха?». Попробуем проанализировать необходимые значения всех перечисленных характеристик.

Существуют серийно выпускаемые электромагнитные расходомеры (практически у всех производителей) с диапазоном 1:1000.

Есть информация о диапазонах до 1:5000.

А в каких диапазонах реально эксплуатируются преобразователи расхода?

В ОАО «ТЕВИС» накоплены данные за более, чем 20 лет эксплуатации приборов более, чем на 1000 объектов. Результаты обработки накопленных данных показывают, что динамический диапазон при измерении расхода в циркуляционных системах отопления и ГВС ни разу не превысил 1:13. Проект новых не утвержденных пока «Правил учета. » предписывает соблюдение динамического диапазона расходомера не менее 1:50, т.е. примерно в 4 раза шире, чем требуется в действительности. Аналогичное требование включено в проект «Методических рекомендаций по организации учета и автоматического регулирования.» от НП «Российское теплоснабжение».

Межповерочный интервал (МПИ)

Казалось бы, здесь все ясно. Чем дольше сохраняются заявленные метрологические характеристики (точность, диапазон), тем лучше.

МПИ у большинства производителей расходомеров воды не менее 4-х лет на все типы датчиков расхода.

Вопрос: «А все ли типы датчиков расхода способны сохранять заявленные метрологические характеристики в течение этого срока [2,]?»

Давно считается общеизвестным, что у тахометрических датчиков расхода точность и динамический диапазон быстро снижаются в процессе эксплуатации.

Очень сильно зависят от условий и продолжительности эксплуатации эти характеристики и для электромагнитных расходомеров.

Нам в ЗАО «ПромСервис» попадались электромагнитные датчики расхода воды, систематическая погрешность которых за 3 года возросла более чем на 30% (на столько они при этом уменьшали реальный расход). И только вихревые и ультразвуковые расходомеры подтверждали свои метрологические характеристики в заявленном МПИ.

Именно поэтому в качестве образцовых средств при поверки методом сличения в ЗАО «ПромСервис» используются вихревые датчики расхода ВЭПС-М с индивидуальной градуировкой [4].

Росстандарту надо быть внимательнее и требовательнее при утверждении типа на расходомеры с МПИ больше 1 года и требовать реальных подтверждений сохранения метрологических характеристик в течение длительного времени.

Точность (погрешность)

При огромных объемах поставляемых энергоресурсов погрешность измерения расхода воды не только ±2% (допустимые сегодня), но и ±1% приводят к очень значимым погрешностям при оплате энергоресурсов.

Реальное же повышение точности измерения расхода теплоносителя и воды (например, до ±0,5%) возможно только при малом значении динамического диапазона и снижении межповерочного интервала.

Выводы

1. Повышение динамического диапазона при измерении расхода теплоносителя больше, чем 1:25 нецелесообразно из-за отсутствия в действительности такого диапазона расходов в реальных сетях теплоснабжения и ГВС.

2. Межповерочный интервал более 1 года требует длительного экспериментального подтверждения, без которого его нельзя считать обоснованным.

3. Для повышения точности расчетов за энергоресурсы необходимо повышение точности измерения расхода воды.

Литература

2. Минаков А.А. Естественные ограничения метрологических характеристик преобразователей расхода воды, накладываемых методом измерений. / Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение. Диагностика-2006». г. Димитровград. 2006 г. С. 100-105.

4. Гайнутдинов З.Х. Проливная установка ЗАО «ПромСервис». / Сборник материалов IX Международной научнопрактической конференции «Энергоресурсосбережение. Диагностика-2007». С. 67-73.

Источник

Руководство по выбору расходомера. Часть 1

Определение метода измерения расхода в зависимости от характеристик измеряемой среды

В промышленности на узлах технического и коммерческого учета энергоресурсов, в системах регулирования и дозирования в настоящее время чаще всего применяют ультразвуковые, электромагнитные, вихревые и кориолисовые расходомеры. Учитывая многообразие измеряемых сред и возникающих измерительных задач, выбор подходящего по своим характеристикам измерителя расхода является достаточно сложной задачей. Даже если выбирать только среди указанных четырех типов расходомеров.

Цель этого руководства — дать начальное представление о пригодности каждого из четырех методов измерения расхода для решения имеющейся измерительной задачи. А также существующих ограничениях и особенностях применения расходомеров каждого типа.

К основным (базовым) критериям выбора типа измерителя расхода относятся:

В данной части руководства рассмотрим применимость расходомеров с кориолисовым, ультразвуковым, электромагнитным и вихревым методом измерения в зависимости от характеристик измеряемой среды.

Физико-химические свойства измеряемой среды играют определяющее значение при выборе метода измерения расхода и конструктивного исполнения расходомера. К физико-химическим свойствам среды относятся такие параметры как агрегатное состояние среды, ее температура и давление (номинальные, минимальные и максимальные), вязкость и химическая активность, наличие в ней примесей, склонность к образованию отложений и т.п.

Так электромагнитные расходомеры предназначены только для измерения электропроводящих жидкостей, растворов и пульпы. Измерение расхода химически обессоленной воды, пара и газов невозможно с помощью расходомеров данного типа. При выборе конкретной модификации электромагнитного расходомера особое внимание нужно уделить материалу футеровки измерительной части, так как именно от нее зависит температурная и коррозионная стойкость измерительной части датчика. Неправильный выбор материала футеровки может привести к ее вспучиванию, отслоению и как результат, к недостоверным показаниям или выходу расходомера из строя.

Основные материалы, применяемые для футеровки измерительной части электромагнитных расходомеров, приведены в таблице 1.

В зависимости от производителя расходомеров и способа нанесения футеровки, температурные и механические характеристики могут незначительно отличаться.

Электромагнитные расходомеры, в зависимости от конструктивного исполнения, способны работать в диапазоне температур измеряемой среды от −30 до +180°С, давлении до 16 МПа и выше, вязкости измеряемой среды от 0,1 до 100 000 мПа*с. Следует учитывать, что некоторые электромагнитные расходомеры, в зависимости от материала футеровки, могут иметь ограничения на установку на всасывающем трубопроводе насосов, так как понижение давления может привести к отслаиванию футеровки.

Вихревые расходомеры являются самыми «всеядными» в плане измеряемых сред. Расход холодных и горячих жидкостей, независимо от их электропроводящих свойств, насыщенного и перегретого пара, природного и технических газов может быть измерен с помощью расходомеров данного типа. Но и у них есть свои ограничения связанные с используемым методом измерения: вихревые датчики расхода не предназначены для измерения вязких и загрязненных сред и сред склонных к образованию отложений. Кроме того расходомеры данного типа наиболее чувствительны к турбулентности и неоднородности потока и вибрации трубопровода.

Учитывая, что измерительная часть вихревых расходомеров выполнена из металла, без применения полимерных футеровок, данный тип датчиков расхода может использоваться для измерения с температурой от −40 до +250°С. Давление среды обычно не должно превышать 10 МПа, максимальная вязкость ограничена величиной примерно 10 мПа*с.

При измерении высокотемпературных сред для защиты электроники электронного блока расходомера от перегрева и обеспечения удобной и безопасной их эксплуатации рекомендуется использовать разнесенное исполнение (независимо от типа расходомера и метода измерения). При разнесенном исполнении измерительная часть расходомера располагается на трубе, а блок электроники и индикации на некотором удалении от нее, в удобном для обслуживания месте с нормальным температурным режимом.

Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерения расходов чистых (гомогенных) и загрязненный (гетерогенных) жидкостей и газов в зависимости от метода измерения. Для измерения чистых однородных сред следует выбирать ультразвуковой расходомер с время-импульсным методом измерения. Для измерения загрязненный многофазных сред следует выбирать расходомер с доплеровским методом измерения.

Ультразвуковые расходомеры имеют наиболее широкий диапазон применения по температуре и давлению измеряемой среды. Так для расходомеров с врезными датчиками температура измеряемой среды может быть в пределах от −200 до +200°С, давление до 4 МПа, вязкость среды от 0 до 350 мПа*с. Расходомеры с накладными датчиками рассчитаны на температуру измеряемой среды от −40 до +120°С и не имеют ограничений по максимальному давлению (величина максимального давления ограничивается только прочностными характеристиками самого трубопровода). Вязкость измеряемой среды может быть в пределах от 0,5 до 2500 мПа*с.

Кориолисовые расходомеры используются для высокоточного измерения расхода (массы) жидкостей, в том числе жидкостей с высокой вязкостью, а также жидкостей с включением твердых компонентов и растворенных газов (до нескольких процентов по объему). Наибольшее применение расходомеры данного типа получили для измерения расхода и дозирования коррозионно-активных веществ, топлива и сжиженных углеводородных газов.

Кориолисовые расходомеры обеспечивают высокоточное измерение массового расхода при изменении температуры и давления измеряемой среды в широких пределах, не чувствительны к турбулентности потока, поэтому не требуют прямолинейных участков до и после расходомера. Рассчитаны на измерение расхода среды с температурой от −50 до +180°С, давлением до 40 МПа и вязкостью от 0 до 100 000 мПа*с.

Для удобства выбора типа расходомера в зависимости от физико-химических свойств среды и измерительной задачи, все данные по четырем рассмотренным выше методам измерения, сведены в таблицы 2 и 3.

Необходимо помнить, что приведенных выше данных еще недостаточно для того, чтобы сделать однозначный обоснованный выбор в пользу того или иного метода измерений и уж тем более выбрать конкретный тип и модификацию расходомера. Данная информация позволяет лишь сразу отбросить те методы измерений, которые однозначно нельзя использовать для решения конкретной измерительной задачи. Чтобы снизить вероятность ошибки, в процессе выбора рекомендуется активно взаимодействовать со специалистами компании «РусАвтоматизация».

Источник: Компания «РусАвтоматизация»

Источник