Способ испытаний расходомеров жидкости иустройство для его осуществления

Способ испытаний расходомеров жидкости иустройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(ц 83653!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ боюв Советск@с

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.07.79 (21) 2799866/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.06.81. Бюллстень № 21 (45) Дата опубликования описания 07,07.81 (51) М. К.

G 01 F 25/00

Гасударственный комитет

СССР ла делам изобретений и открытий (53) УДК 53.089.6 (088.8) (72) Авторы изобретения Б. В. Бирюков, М. А. Данило и С. С. Киви (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ РАСХОДОМЕРОВ

ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, точнее — к способам испытаний расходомеров при воздействии пульсирующего расхода жидкости, и может быть использовано в приборостроении, химической, нефтяной, авиационной, автомобильной, тракторной отраслях промышленности. Оно предназначено для испытаний расходомеров жидкости при выпуске их из производства и при,входном контроле перед установ- кой на объекте или в технологической линии, где предполагается пульсация расхода, обусловленная технологией, например, работой питающих насосов или вращением помещенных в поток агрегатов, Известен способ испытаний расходомеров жидкости, включающий воспроизведение пульсирующего расхода путем периодического изменения гидравлического сопротивления при постоянном напоре, измерение параметров движения органа, меняющего гидравлическое сопротивление, и регистрацию выходного сигнала испытываемого. расходомера во времени Ш.

При таком способе испытаний может выделяться постоянная составляющая расхода. Для этого вводятся дополнительно измерения объема жидкости, протекшей через датчик испытываемого расходомера за фиксированный интервал времени, который так2 же измеряется. Постоянная составляющая расхода оценивается как отношение объема к интервалу времени. Параметры переменной составляющей расхода (частота и амплитуда пульсации) при таком способе испытаний непосредственно не измеряются, а определяются путем пересчета. Для этого используется предварительно определенное в процессе специальной градуировки урав1О нение связи между гидравлическим сопротивлением и параметрами движения (или фиксированным наложением) органа, изменяющего гидравлическое сопротивление.

В процессе испытания измеряются только

15 параметры движения.

Для осуществления способа испытаний применяется устройство, содержащее вращающий клапан с изменяющим гидравлическое сопротивление органом специальной формы и регулируемым приводом. Привод клапана управляется специальным генератором, электрические параметры которого (электрический ток, потребляемая мощ25 ность) измеряются во времени по записи на ленте осциллографа. На осциллограф подается также выходной сигнал испытываемого расходомера (2l.

Недостатком известного способа является

30 низкая точность измерения параметров переменной составляющей расхода. Потеря точности обусловлена тем, что параметры пульсации расхода, измеренные в месте изменения гидравлического сопротивления, н. совпадают по величине с параметрами, воспринимаемыми датчиком испытываемого расходомера, поскольку между местом измерения и датчиком всегда (это специфика способа испытаний) существует жидкий объем, демпфирующий пульсацию расхода.

Степень искажения параметров пульсации расчету не поддается, поскольку зависит от трудноучитываемых характеристик потока и трубопровода, например, от шероховатости стенок трубопровода, массы промежуточного объема жидкости, распределения скоростей по сечению потока и т. и. Кроме того, дополнительную погрешность и неопределенность вносят устройства, в которых данный способ реализуется. Так, вращающийся клапан требует предварительной градуировки, которая технически может быть осуществлена только статически так как при неподвижном органе, изменяющем гидравлическое сопротивление. При этом игнорируются обусловленные движением изменения структуры потока и характера обтекания органа жидкостью.

К недостаткам устройства следует также отнести вихреобразование при обтекании потоком. Вследствие этого применимость устройства, а также и способа ограничена по верхнему пределу средней скорости потока.

Известен также способ, включающий воспроизведение пульсирующего расхода путем периодического изменения напора при неизменном гидравлическом сопротивлении магистрали, в которой установлен датчик испытываемого расходомера, измерение параметров пульсации напора и регистрацию во времени сигналов испытываемого расходомера (3).

Устройство для осуществления способа включает два заполненных жидкостью сосуда сообщающихся в нижней части испытаl тельной магистралью, а вверху подвешенных к плечам коромысла, свободно помещенного на опору и раскачиваемого с помощью электродвигателя. Параметры относительного перемещения сосудов и сигналы испытываемого расходомера регистрируются во времени. Значение расхода изменяется путем управления скоростью вращенияя электродвигателя.

Недостатком этого способа испытаний является низкая точность и неопределенность воспроизводимых параметров пульсации расхода вследствие инерционности жидкого объема в системе и этим обусловленной динамической погрешности, искажающей параметры пульсации по длине жидкого объема (по длине магистрали). Другим недостатком способа является наличие методической погрешности, обусловленной не836531

4 обходимостью пересчета параметров пульсации напора в параметры пульсации расхода. Кроме того, данный способ испытаний применим для систем с малым объемом жидкости, а следовательно, только для воспроизведения малых расходов. Это обусловлено спецификой способа, при реализации которого необходимо перемещать (по периодическому закону) всю жидкость, заполз няющую систему, Наличие коромысла и сосудов увеличивает инерционность системы, т. е. увеличивает динамическую погрешность, наличие неизбежных люфтов в пгарнирах искажает

15 параметры пульсации, а необходимость измерять во времени параметры перемещения коромысла вместо параметров напора влечет за собой дополнительную методическую погрешность, обусловленную пересчетом.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату к предлагаемому является способ испытаний термоанемометров, заключающийся в воспроизведении пульсирующего расхода путем пере 5 движения датчика термоанемометра в нсподвижной жидкости, управлении скоро-, стью движения по периодическому закону, измерении параметров движения и регистрации выходного сигнала термоанемометра зО в функции времени (4).

Устройство для реализации этого способа содержит заполненный жидкостью резервуар, траверсу, выполненную с возможностью вращения относительно оси резерЗь вуара в плоскости его верхнего среза, регулируемый привод траверсы, кронштейны, закрепленные на траверсе и снабженные захватами для жесткого крепления датчика термоанемометра, устройство управления

46 приводом траверсы в процессе испытания.

Воспроизведение пульсируюшего расхода путем передвижения датчика в неподвижной жидкости исключает искажение параметров пульсации из-за наличия дви45 жущегося жидкого объема. Это позволяет более достоверно воспроизводить параметры пульсации, чем путем изменения гидравлического сопротивления. По сравнению со способом испытаний, в котором воспроиз50 ведение пульсирующего расхода осуществляется путем периодического изменения напора, в данном случае значительно упрощена операция управления, поскольку управление давлением (напором) заменено управлением движения твердого тела. Это способствует повышению надежности управления и точности воспроизведения пульсирующего расхода, поскольку существенно уменьшается составляющая погрешнопо сти, обусловленная несовершенством управления.

Недостатком способа испытаний является недостаточная точность воспроизведения пульсирующего расхода. Это обусловлено тем, что постоянная и переменная со836531

65 ставляющие расхода воспроизводя1ся совместно, т. е. передви>кение датчика осущест-. вляется по сложному периодическому закону. Это сопряжено со значительными динамическими погрешностями, а также инструментальными погрешностями системы управления.

В устройстве для реализации способа испытаний совместное воспроизведение постоянной и переменной составляющих расхода осуществляется путем изменения по периодическому закону угловой скорости вращения траверсы. Это требует ввепения программного управления приводом траверсы в процессе испытания. В качестве такого управляемого привода применяют электродвигатели постоянного тока с тиристорнымп преобразователями или специальными генераторами, Точность задания периодического закона управления с помощью таких средств порядка 10 !о, причем вследствие значительной массы системы «траверса— кронштейн — датчик» и сопротивления движению со стороны жидкости возникает дополнительная динамическая погрешность, вызывающая как амплитудные, так и фазовые иска>кения задан»ого управления закона движения траверсы. Это обстоятельство усугубляется наличием переменного, изменяющегося по закону ускорения термоанемометра, что резко меняет характер обтекания термоанемоментра жидкостью, т. е. порождает переменное по вепичине сопротив. ение пограничных слоев, а следовательно, <.ще одну ссставляющую погрешности, уче r которой практически невозможен, так как сна зависит от целого ряда факторов: скорости движения термсанемометра, величины и знака ускорений, вязкости жидкости, конфигурации и качества поверхностей термоанемоментра, контактирующих с жидкостью.

Целью изобретения является создание таких способа и устройства пля его осуществления, которые обеспечивают воспроиз»едение пульсирующего расхода при испытаниях расходсмеров жидкости с высокой точностью.

Указанная пель обеспечивается тем, что

» способе испытаний расходомсров жидкости, включающем воспроизведение пульсирующего расхода путем передвижения датчика испытываемого расходомера в неподвижной жидкости, измерение параметров движения и регистрацию выходного сигнала расходомера в функции времени, предусмотрено выделение постояпнои и переменной составляющих расхода, причем переменную составляющую воспроизводят путем сообщения датчику колебательного движения относительно оси, перпендикулярной продольной оси датчика.

Воспроизведение постоянной составля ощей расхода путем передвижения датч»1<

Зо

6 с постоянной в пределах одного испытания скоростью легко осуществляется с погрешностью 1 ... 2%. Независимое, чисто колебательное (возвратно-поступательное) передвижение датчика, воспроизводящее переменную составляющую расхода, в пределах одного испытания также легко обеспечивается с точностью 1... 2 ф, При этом следует указать, что погрешность отнесена к амплитуде колебаний скорости, которая значительно меньше постоянной скорости передвижения датчика. Таким образом, суммарная погрешность воспроизведения обеих составляющих расхода значительно меньше погрешности воспроизведения пульсирующе.о расхода при известном способе испыт ний, которая составляет 5... 10О О.

В устройстве, содержащем заполненныи жид <о "тью резервуар, траверсу, выполненную с возможностью вращения относительно оси резервуара в плоскости его верхнего среза, регулируемый привод траверсы, кронштейны, закрепленные на траверсе и снабженные захватами для жесткого крепления датчика, и систему регистрации, захват снабжен шарниром, а на траверсе размещен механизм толкателя, шток которого шарнирно скреплен с датчиком испытываемого расходомера.

Повышению точности воспроизведения постоянной составляющей расхода способст уег возможность применения в качест»е привода электродвигателей переменного тока с фиксированной угловой скоростью вращения. Изменение угловой скорости врашсния траверсы при переходе от одного испытания к другому может быть осуществлено с помощью ступенчатого редуктора. На протяжении одного испытания настройка редуктора остается неизмен ной. Возвратно-поступательное движение, им тирующее переменную составляющую расхода, может быть осуществлено, например, кулачковым толкателем с антоном ным электроприводом. Поскольку при передаче такого движения имеют место только механические связи, параметры возвра-.но-поступательного движения обеспечива;отса коне рукцией механизма толкателя и могут не измеряться в процессе испытания. Изменение параметров всзвраз но-поступательного движения осущсствля<тся дискретно и только при переходе от одного испытания к другому. Это обеспечивается ступенчатым редуцированием привода илп сменой кулачка и штанги толкателя.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 — разрез А — A фиг. 1; на фиг. 3 — то же, разрез Б — Б фиг. 1; на фиг. 4 — в увеличенном масштабе узел контакта толкателя с датчиком испытываемого расходомера; на <риг. о — в ув,>и-:ен ом масштабе узел крепления кронш836531

I0

Зо

0О

7 гейна к траверсе; на фиг. 6 — в увеличенном масштабе узел шарнира.

Устройство для осуществления предлагаемого способа испытаний расходомеров при пульсирующих расходах имеет вертикальный, заполненный жидкостью, резервуар 1,, раверс 2 с приводом 3, кронштейны 4, з"креплениые на направляющей траверсы 2 и снабженные захватами о для шарнирно;о крепления датчика б испытываемого расходомера. На кронштейне 4 пли траверсе 2 закреплен механизм 7 толкателя, шток 8 которого связан с датчиком б посредством двух пар поводков 9 II

10. Поводки 9 закреплены по обе сгороны вилки штока 8, а поводки 10 — на хомуте

11, охватывающем консоль датчика б.

Шарнирный узел крепления датчика б выполнен в виде двух кернов 12, ввпнчива емых в теле захвата 5 с двух сторон, и конусных углублений, выполненных в теле хомута l3. Электр..:.вские выводы с датчиков осуществляются кабелями 14 через внутреннюю полость кронштейна 4 к корооке разъемо 15. Аналогично ол цсствлен съем сигнала с механизма 7 толкателя и подвода его питания.

На направляющей траверсы 2 выполнен oI ä отверстий для фиксации кронштейна 4. Фиксация осуп сствляется подпружиненным шариком 16. Затем кронштейн 4 кре-.::тся к направляющей винтами 17. На траверсе 2 закреплены оси катков 18, направляющей для которых служит борт резервуара 1. На лобовую консоль датчика б установлен обтекатель 19. В днище резервуара 1 закреплены съемные гасители 20 движения жидкости. Реги"тратор

21 измерительной информации связан кабельными линиями (связь на фиг. 1 показана схематично) со счетчиком 22 ходов штока 8 толкателя, датчиками 23 оборотов трагерсы 2 и генератором 24 меток времени.

Для воспроизведения расхода в соответствии со способом испытаний включается привод 3, который начинает вращать траверсу 2 с заданной угловой скоростью (!r.

Датчик 6, закрепленный с помощью кронштейна 4 на строго определенном расстоянии l от оси вращения,-таким образом персдвигается внутри неподвижной жидкости со скоростью W = в l. Через датчик б протекаег и.:clîÿííûé расход Q = S io р-!, гд<

3 — плогцадь проходного сечения датчика б.

При установившемся движении траверсы 2, т. е. по достижении постоянства скорости вращения траверсы 2, что обеспечивает воспроизведение постоянной составляющей расхода по способу, включается механизм

7 толкателя, периодически перемещающий посредством штока 8 консольный конец датчика 6 на переменный угол v.. При этом расход через датчик 6 будет равен Q == S соза а,р 1. ПеРс.rcllIIHSI составлЯющаЯ расхода, воспроизводимая периодическим

8 смещением оси датчика 6 на угол а с частотой ж„,, изменяется по закону Q(t) =

= $ Й созо„, f, где Н вЂ” ход штока 8 толкателя. Закон воспроизведения суммарного расхода для случая одностороннего смещения на угол а будет иметь вид Q. (t) =

= Q — Q (t) = SfiIi ° l — Н ° cos к„, 1).

Операция и мерения параметров движения

rro способу реализуется в устройстве слсдуюгцим образом.

Для измерения ь и (rr могут быть исцользовar.:I»I известные средства, напримср тахометры с электрическим выходом илп фотооптические дискрстиые датчики поло кения траверсы 2 и III штока 8 толкател I.

Их измерите,"ьные сигналы записываются па ленту регистратора 21 и процсссс испытания. Перемещение (ход) штока 8 задас1с;I конструкцией механизма 7 и в процессе испытания не измеряется. При стаоилизированном питании привода 3 траверсы 4 и

:„еханизма 7 величины 03 и rr),„могут не измеряться, а определяться по паспортным данным. Операция регистрации выходны., сигналов расходомера во времени осуществляется путем непрерывной в течение всего пспь:тания записи указанных сигналов и меток времени с генератора 24 на л пте регистратора 21.

Формула изобретения

1. Способ испытаний расходомеров жидкости, включающий воспроизведение пульсирующего расхода путем передвижения датчика испытываемого расходомсра в неподвижной жидкости, измерение параметров движения и регистрацию выходных сигналов расходомера во времени, о т л п(а ю шийся тем, что, с целью повышения точности во. произведения пульсирующего расхода, при псредвижсн;ш датчика выделяют постоянную и переменную составляющие расхода, причем переменную составляющую воспроизводят путем сообщения датчику колсоательпого движения относительно оси, псрпендпкуляриой продольной о..п датчп*;:ä.

2. Устройство для осуществления способа испытаний расходомеров жидкости по и. 1, содержащее заполненный жидкостью резервуар, траверсу, выполненную с возможностью вращения относительно оси резервуара в плоскости его верхнего среза, привод траверсы, кронштейны, закрепленные на траверсе и снабженные захватами для крепления датчика испытываемого расходомера, и систему регистрации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что захват снабжен шарниром, а на траверсе размещен механизм толкателя, шток которого скреплен с шарниром захвата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Катыс Г. П. Элементы систем автоматического контроля нестационарных потоков. М., Изд-во АН СССР, 1959, с. 2б — 28

2. Li 1. Т. A fastresponse true — mass Иочmeter. Trans. ASME, Vol, 75, № 5, 1953.

836531

3. Патент Японии, ¹ 50 — lб945, кл. 108

Р1, G 01 F 25/00, 1975.

4. Emsmann S. Kongeter 1. Gecshwindigь keits — Eichanlage Иг Thermistersonden.

«Fortschr.-Вег. VDI Z», 1975, Reihe 8,№ 18, 43 — 5б

836531 фиг.о

g:èã. 3

Puz.4

Puz.b

Корректор В. Нам

Подписное

Изд. 433 Тираж 712

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4600

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома

Ю 1У

Риз. 2

Сосгавитель Т. Звенигородскаи

Редактор О. Филиппова Техред И. Заболотнова

71