Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 20 )

Создание рабочего эталона большого расхода воды является стратегически важным решением в области метрологического обеспечения приборов и отвечает национальным интересам России. Поэтому расходомерные установки на большие расходы должны считаться государственными объектами федерального значения, а их строительство и эксплуатация – оплачиваться из федерального бюджета.

Расходомерные установки, аналогичные зарубежным, должны быть созданы в России. Выполнение этих мероприятий позволит приступить к радикальному решению проблемы метрологического обеспечения расходомеров больших диаметров. Без этого нельзя рассчитывать на какой-либо прогресс в развитии современной отечественной расходомерной техники для труб большого диаметра и на прогресс в улучшении контроля водоснабжения и экологической обстановки в стране.

Необходимо в самые короткие сроки решить комплекс задач в данной области, в том числе:

– предусмотреть закупку в США или Германии по крайней мере двух-трех трубопоршневых установок с диаметрами мерного участка до 300-600 мм для Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии и для ГНЦ “НИИТеплоприбор”;

– определить заказчиков и проектантов установок для расходомеров с Ду до 1000-1400 мм;

– выйти в Правительство Москвы, Санкт-Петербурга или иного крупного промышленного мегаполиса с инициативой создании при Ростехрегулировании или при ГНЦ “НИИТеплоприбор” метрологического расходомерного центра с расходомерной установкой высокого класса точности на расходы вплоть до 100-400 тыс. м3/ч.

Желательно, чтобы ведомства, курирующие приборостроительные предприятия и фирмы, оказывали всяческое содействие и помощь им в развитии собственного метрологического обеспечения расходомеров большого диаметра.

Из-за чрезвычайной сложности и высокой стоимости в России не производят проливных расходомерных установок специального назначения, в том числе:

– для измерений многофазных потоков: песковых, угольных пульп, рудных хвостов, суспензий;

– для безнапорных потоков сточных жидкостей (с изменяющимся уровнем заполнения канала в трубопроводе);

– позволяющих изменять плотность измеряемой среды с целью исследовать влияние числа Рейнольдса;

– позволяющих изменять структуру распределения скорости потока в канале с целью определения зависимости влияния этого фактора на показания прибора и определения минимально допустимой длины прямого участка трубопровода до и после электромагнитного расходомера.

Если даже рассматривать узкую задачу производства только коммерческих электромагнитных водо - и теплосчетчиков, уже для этих приборов остро необходимы современные средства метрологического обеспечения, обладающие следующими основными характеристиками:

– мобильностью и портативностью, позволяющими применять поверочные установки непосредственно на любых объектах эксплуатации приборов, в том числе на объектах, где эксплуатируются единичные образцы расходомеров и счетчиков;

– возможностью создавать условия поверки, максимально приближенными к промышленным условиям эксплуатации расходомеров и счетчиков. Только в этих случаях метрологические характеристики, определенные при поверке становятся практически полностью адекватными условиям эксплуатации приборов;

– высокой точностью, т. е. точностью, по крайней мере, в два-три раза выше точности подавляющего большинства эксплуатируемых приборов. Только в этом случае средства метрологического обеспечения могут быть применимы к основной массе СИ расхода и количества;

– средства поверки должны быть достаточно дешевыми и простыми в эксплуатации. Только в этом случае они могут быть востребованы и широко применимы в промышленности.

Для электромагнитных расходомеров эти задачи могут быть решены без крупных финансовых затрат с помощью развития беспроливных средств исследования, основанных на имитационном методе.

Теоретические и экспериментальные исследования в области имитационного моделирования электромагнитных расходомеров, выполненные в ГНЦ “НИИТеплоприбор”, в течение ряда лет многократно докладывались и обсуждались на самых авторитетных международных конференциях, в том числе IMEKO, FLOMEKO, и опубликованы в различных научных и технических журналах.

Технические решения, используемые в этих работах, защищены патентами и отмечены золотой и серебряной медалями, а также дипломами на Всемирных салонах в Брюсселе и Женеве.

В апробации имитационного метода на разных стадиях работ ГНЦ “НИИТеплоприбор” участвовали ведущие научно-исследовательские институты Ростехрегулирования.

В результате исследований имитационные установки, разработанные ГНЦ “НИИТеплоприбор”, сертифицированы и зарегистрированы в Государственном реестре как СИ, которые применимы в качестве средств метрологического обеспечения электромагнитных расходомеров.

Результаты, полученные в ГНЦ “НИИТеплоприбор”, показывают, что имитационное моделирование обладает следующими возможностями:

– неограниченным диапазоном имитируемых расходов;

– возможностью исследования приборов любых конструкций с диаметрами от 01.01.01 мм;

– высокой точностью средств исследования и поверки;

– возможностью исследования приборов при максимально приближенных условиях испытаний к реальным условиям эксплуатации: моделирование потока жидкости в широком диапазоне физических свойств (вязкости, плотности, температуры и т. п.); моделирование неоднородности состава измеряемой среды: дисперсности, многофазности, неполного заполнения канала измеряемой средой; моделирование потоков с различной кинематической структурой, при любых числах Re, при несимметричных относительно оси канала распределениях скорости, а также с различным спектром пульсаций; моделирование помех различной природы (тепловой шум, электромагнитные помехи промышленной сети, радиочастотные помехи, одиночные импульсы и т. п.);

– возможностью исследования приборов в лаборатории и на месте их эксплуатации;

– высокой производительностью метрологических средств, полной автоматизацией обработки результатов и ведения архива;

– комфортностью условий работы исследователя (отсутствием акустического шума, высокой влажности, вибраций);

– низкой стоимостью и высокой тиражируемостью установок;

– высокой надежностью и помехозащищенностью.

Разработки по имитационному методу исследования расходомеров необходимо широко пропагандировать с целью привлечения для участия в этих работах фирм, занимающихся производством и метрологическим обслуживанием электромагнитных теплосчетчиков и расходомеров общепромышленного и специального назначения.

Авторы

– начальник управления метрологии Ростехрегулирования, к. ф.-м. н.

Россия, Москва, Ленинский пр., 9 Тел. [phone].

E-mail: *****@***ru

– зав. лабораторией, ГНЦ “НИИтеплопри-бор”, д. т.н. Тел/E-mail: *****@***ru

– ведущий инженер ГНЦ “НИИТепло-прибор” Тел/

Россия, Москва, 129085, пр. Мира, 95

Имитационный метод исследования ЭМР
для потоков со сложной кинематической структурой
на базе установки “ПОТОК-Т”

Приборы, основанные на электромагнитном методе измерений, позволяют измерять расходы в трубах практически любого диаметра.

Последние разработки показали уникальную возможность не только измерять потоки со сложной кинематической структурой, но и отображать её на дисплее прибора и определять количественно характеристику структуры потока. Необходимость в таких приборах возникает при измерении потоков в каналах с неполным заполнением измеряемой средой, при гидротранспорте сыпучих продуктов, при применении приборов в исследовательских целях. Одной из основных причин, сдерживающих развитие электромагнитных расходомеров, является несовершенство метрологического обеспечения.

Стационарные проливные установки дороги в изготовлении и эксплуатации, металлоемки, для их размещения требуется специальное помещение, какая-либо их модернизация в направлении расширения диапазона измерений, перевода на другие рабочие среды и т. п., весьма трудоемка и дорогостояща.

Из-за чрезвычайной сложности и высокой стоимости, практически не ведется развитие проливных установок в направлениях:

– измерений многофазных потоков: песковых, угольных пульп, рудных хвостов, суспензий;

– создания установок для безнапорных потоков сточных жидкостей (с изменяющимся уровнем заполнения канала в трубопроводе);

– создания установок, позволяющих изменять плотность измеряемой среды с целью исследовать влияние числа Рейнольдса;

– создания установок, которые позволяют изменять структуру распределения скорости потока в канале с целью определения зависимости влияния этого фактора на показания прибора и определения минимально допустимого прямого участка трубопровода до и после электромагнитного расходомера.

Именно такие установки необходимы для развития электромагнитных расходомеров. Очевидно, что эти средства метрологического обеспечения не могут быть созданы на основе проливных образцовых установок.

Решение этой задачи надо искать в принципиально новом подходе, основанном на современных достижениях в области теории электромагнитного метода измерений, моделирования, новых технологий вычислительной и измерительной техники.

Конструктивно комплекс должен представлять собой автоматизированное рабочее место, с помощью которого возможно проводить метрологические исследования электромагнитных расходомеров различной конструкции при самых разнообразных условиях эксплуатации, включая асимметричные относительно оси канала распределения скорости потока и неоднородные структуры многофазного потока типа пульп и суспензий.

Электромагнитные расходомеры (ЭМР) имеют явно неоднородно распределенное магнитное поле в рабочей зоне канала расходомера. Это сделано специально для того, чтобы обеспечить более высокие эксплуатационные характеристики, а именно: значительно уменьшить габаритные размеры преобразователя расхода (ПП), потребляемую им электроэнергию и снизить чувствительность к перестройке распределения скорости в канале.

Это существенно усложняет применение беспроливных методов исследования приборов.