Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 21 )

В канале расходомера не существует какой-либо одной точки или небольшой локальной области, которые бы однозначно характеризовали распределение магнитного поля во всей рабочей зоне. Неоднородность распределения магнитного поля в канале зависит от многих факторов, некоторые из которых трудно контролируемы: например, плотность намотки катушек индуктора, точность изготовления и сборки магнитопровода, качество сборки ПП в целом и т. п. В результате этого два ПП даже одной и той же серии и типоразмера, изготовленные по одному и тому же технологическому процессу, могут существенно отличаться между собой по функции распределения индукции в канале.

Решение этой задачи состоит в создании набора преобразователей магнитного поля для установки “Поток-Т”, обработка сигнала которых позволяет рассчитать напряжение на электродах ЭМР при различных формах канала и различных структурах потока.

Установка “Поток-Т” (Рис. 1) использует метод поэлементной поверки, т. е. проведение поверки в два этапа:

1. Определение коэффициента преобразования Кр для ПП.

2. Имитация сигнала расхода.

Коэффициент Кр определяется как отношение выходной величины преобразователя к его входной величине. В качестве выходной величины сигнала первичного преобразователя принимается отношение сигнала между электродами U к току I возбуждения индуктора, а в качестве входной величины – расход Q потока жидкости, протекающей по каналу ПП.

 

Рис. 1. Установка “Поток-Т” с блоком СБ-7.

Для целей имитационного моделирования удобно коэффициент Кр представить через характеристическую взаимоиндуктивность М между индуктором и рабочей зоной канала прибора [1] в виде

, (1)

где М – характеристическая взаимоиндуктивность между индуктором и рабочей зоной канала прибора, D – диаметр канала расходомера.

Представление коэффициента преобразования первичного преобразователя электромагнитного расходомера в виде выражений (1) выполнено всего через два характеристических конструктивных параметра прибора М и D. Причем характеристический коэффициент взаимоиндуктивности М является основным “обобщенным” параметром первичного преобразователя. Он определяется:

– конструкцией индуктора (формирующего магнитное поле в рабочей зоне канала);

– конструкцией канала расходомера;

– формой профиля потока (обычно профиль потока принимается плоским, соответствующим высоким числам Рейнольдса).

Поскольку источников магнитного поля в канале расходомера нет, магнитное поле можно описать скалярным магнитным потенциалом, который однозначно определяется своим значением на поверхности канала или плоскости, проходящей через ось канала и линию, соединяющую электроды S. Разность потенциалов U на электродах можно записать в виде интеграла по поверхности:

, (2)

где Wn – поверхностная весовая функция, зависящая от кинематической структуры потока (т. е. распределения скорости в канале), и от всех факторов, определяющих объемную весовую функцию W; Bn – нормальная к поверхности S компонента магнитного поля, v0 – средняя скорость потока. Подробно это решение рассмотрено в работе [2].

Использование выражения (2) позволяет создать набор индукционных катушек (зондов) в виде плоских многослойных печатных плат, имитирующих различные формы канала и с различным распределением скорости потока в канале и другими условиями структуры потока.

Если витки катушки распределены по линиям поверхностной весовой функции (Wn), то напряжение, индуцированное в катушке, будет пропорциональным напряжению, возникающему между электродами при движении потока жидкости с соответствующим распределением скорости. Таким образом, имитационная модель с преобразователем магнитного поля (ПМП) в виде плоской индукционной катушки, выполненной по поверхностной весовой функции, позволяет моделировать приборы различной конструкции и при различных гидродинамических режимах и структурах потока.

При измерении Кр магнитная система ПП запитывается от специального генератора СБ-7 и расход полагается равным 1 м3/ч. Выходной сигнал снимается с преобразователя магнитного поля (ПМП), который является высокоточной многослойной печатной катушкой с хорошо воспроизводимым и повторяемыми характеристиками. Таким образом, Кр является интегральной характеристикой первичного преобразователя (ПП), учитывающей распределение в канале ПП магнитного поля, создаваемого его магнитной системой, и геометрию его канала.

Значение Кр, измеренное с помощью специализированного ПМП позволит проводить исследование влияния сложных профилей потока на ЭМР. Для разработчиков ЭМР такая информация позволит оптимизировать конструкцию первичного преобразователя с целью применения приборов в сложных гидродинамических условиях.

Литература

1. , Михайлова , 1998, №11.

2. Батова Г. П., Вельт И. Д., Михайлова Ю. В. О зависимости сигнала расходомера от профиля скорости потока, Труды института НИИТеплоприбор, М, Сборник № 87, 1979.

Автор

– зав. сектором ГНЦ “НИИТеплоприбор”

Россия, 129085, Москва, проспект Мира, 95.

Тел.:[phone].E-mail: *****@***ru

О правилах учёта тепловой энергии
и измерении разности масс

Известно, что в настоящее время по инициативе РАО “ЕЭС России” готовится новая редакция “Правил коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителей в Российской Федерации”. Поддерживая такое решение, хотелось бы обратить внимание разработчиков новых Правил на некоторые имеющиеся проблемы с организацией учёта теплопотребления, которые следовало бы решить в новых Правилах.

Наиболее острой и экономически значимой сегодня можно считать проблему измерений утечки теплоносителя и несанкционированного водоразбора за узлом учёта потребителя.

Видимо, никто не возьмётся утверждать то, что в отечественных системах теплоснабжения проблема утечки теплоносителя сегодня решена: утечка, конечно же, существует (из-за дефектов трубопроводов и сварных швов, негерметичных сальников в арматуре, неплотностей в соединениях т. д.), и несанкционированный отбор теплоносителя из внутренних систем потребителей тоже иногда случается. И здесь желание теплоснабжающих организаций (ТСО) измерять утечку вполне понятно и обоснованно: коль скоро отбор теплоносителя имеет место быть, то его (отбор) необходимо измерять и, соответственно, оплачивать.

Для решения этой задачи ныне действующие “Правила учёта тепловой энергии и теплоносителя” (далее – Правила–95) содержат требование, в соответствии с которым в узле учёта потребителя необходимо “контролировать утечку” в соответствии с выражением

Mут = (М1 – М2) – Мгвс (1)

и оплачивать суммарное теплопотребление в соответствии с известной формулой 3.1 из Правил–95:

Q = Qи + (Мут + Мгвс)×(h2 – hхв). (2)

Нетрудно видеть, что в формуле (2) Qи = М1×(h1 – h2), а Мут + Мгвс = М1 – М2. Следовательно, Правила-95 предписывают потребителям вести коммерческий учёт суммарного теплопотребления по формуле

Q = М1×(h1 – h2) + (М1 – М2)×(h2 – hхв), (3)

что в точности соответствует известной формуле “тепло, пришедшее, минус тепло, ушедшее”, т. е.

Q = Q1 – Q2 = M1×(h1 – hхв) – M2×(h2 – hхв). (4)

Сегодня большинство теплосчётчиков российских потребителей по требованию Правил-95 настроены на ведение коммерческого учёта суммарного теплопотребления по формуле (4), в соответствии с которой полезное потребление горячей воды Мгвс и возможная утечка Мут измеряются косвенным способом, т. е. как разность масс DM = М1 – М2.

К сожалению, эта формула принципиально не пригодна для применения у большинства потребителей, поскольку на практике она никогда не обеспечивает измерение утечки и суммарного теплопотребления с приемлемой точностью. Более того, применение формулы (4) приводит к тому, что результаты измерений массы теплоносителя и энергии, отбираемых из системы теплопотребления, оказываются значительно заниженными, а измеренная таким образом “утечка” в большинстве случаев оказывается в той или иной степени отрицательной (измеренная в закрытой системе разность масс М1 – М2 < 0). Следовательно, по результатам такого “учёта” потребитель невольно превращается в поставщика теплоносителя и тепловой энергии (потребитель как бы подпитывает внешнюю теплосеть горячей водой и, сам того не желая, берёт на себя роль источника теплоты), что приводит к заметным финансовым убыткам ТСО и росту водных и тепловых небалансов в системе “источник-теплосеть-потребители”.

Многолетние наблюдения за результатами измерений, накопленных в узлах коммерческого учёта, убедительно свидетельствуют о безуспешности попыток измерить утечку теплоносителя как разность масс Mут = (M1 – M2) – Мгвс. Например, анализ результатов измерений, накопленных в 87-и узлах учета потребителей, дал следующие результаты:

– у 16-и потребителей измеренная утечка оказалась положительной ((М1 – М2) > Мгвс); всего за рассматриваемый период времени здесь измерено Мут = +303 т;

– у оставшихся потребителей измеренная утечка имела отрицательный знак ((М1 – М2) < Мгвс) и в сумме составила Мут = –2671 т.