Ультразвуковые расходомеры Fluxus ADM F601

Ультразвуковые расходомеры FLUXUS ADM F601

ОТЧЕТ о результатах лабораторных испытаний

1. Цель испытаний.

Испытания двух накладных расходомеров типа FLUXUS ADM F601 (далее – F601) проводились в период времени с 17 августа 2010 г. по 25 августа 2010 г. на испытательной установке ЗАО "ФОРУС" (св-во об аттестации МИ № 000/27-10) с целью оценки следующих метрологических характеристик :

- степени относительного расхождения градуировочных характеристик при изменении расхода теплоносителя;

- стабильности показаний расходомеров;

- распределения систематической погрешности измерения часовых масс воды по диапазону измерений.

2. Схема измерений.

Для накопления измерительной информации и последующего её анализа испытаниям были подвергнуты два накладных расходомера, устанавливаемых на трубопроводах Ду50, выполненных из нержавеющей стали.

Монтаж расходомеров F601 выполнялся на подающем и обратном трубопроводах испытательной установки с соблюдением требований к длинам прямых участков трубопроводов до и после места установки расходомеров. Зондирование потока выполнялось по W-образной схеме.

На период исследований МХ расходомеров F601 испытательная установка работала по закрытой схеме, без отбора воды перед расходомерами, установленными на обратном трубопроводе. В качестве эталонов применялись четыре высокостабильных расходомера переменного перепада давления (РППД), выполнявших измерения в дифференциальном режиме.

Регистрация измеряемых температур, давлений и масс воды выполнялась тепловычислителем СПТ961.2.

3. Сравнительная оценка МХ расходомеров Fluxus F601.

3.1. Оценка абсолютного расхождения показаний расходомеров при изменении расхода.

В период времени с 17 по 25 августа в течение 208 часов расходомеры F601, установленные последовательно на подающем и обратном трубопроводе испытательной установки, выполняли измерения одного и того же объемного и массового расхода воды.

Результаты измерений часовых масс воды и их абсолютного расхождения представлены на рис. 1.

Из рис. 1 следует, что при изменении среднего расхода от 7,601 т/ч до 0,389 т/ч в диапазоне 20:1 расхождение часовых масс М9 (масса в подающем трубопроводе установки) и М10 (масса в обратном трубопроводе) изменялось пропорционально измеряемому расходу. При уменьшении расхода абсолютное расхождение масс М9 и М10 также уменьшалось, с изменением знака в области наименьших расходов.

Рис. 1.

3.2. Оценка размера составляющих расхождения часовых масс М9 и М10.

Рис. 2.

Среднее за 208 часов работы статистическое уравнение взаимосвязи часовых масс М10 и М9 имеет вид:

М10 = 0,982·М9 + 0,021, т за час. (1)

Из уравнения (1) следует, что относительное (мультипликативное) рассогласование каналов измерений масс М10 и М9 составило 1,8%, а среднее абсолютное (аддитивное) рассогласование М10 и М9 составило 0,021 т за час. При этом результаты измерений характеризуются высоким уровнем стабильности – средний критерий стабильности функции М10 = f(M9) R2 = 0,999990.

3.3. Соотношение границ допускаемого расхождения показаний расходомеров и фактического расхождения часовых масс М9 и М10.

Рис. 3.

Границы допускаемого относительного расхождения часовых масс М9 и М10 рассчитаны по выражению

dМ910 = ±(dM92 + dM102)0,5, (2)

где dM9 – допускаемая относительная погрешность измерения массы М9, %;

dM10 – допускаемая относительная погрешность измерения массы М10, %.

Как следует из рис. 3, при изменении расхода в диапазоне 20:1 и изменении скорости потока в диапазоне от 1,08 м/с до 0,05 м/с относительное расхождение часовых масс М9 и М10 не превышало допускаемых значений.

3.4. Соотношение границ допускаемого расхождения показаний расходомеров и фактического расхождения часовых масс М9 и М10 при изменении расхода.

На рис. 4 показано, что при уменьшении измеряемого среднечасового расхода от 7,601 т/ч до 0,389 т/ч имеет место тенденция к монотонному уменьшению положительного относительного расхождения масс М9 и М10. При расходах около 1 т/ч (скорость потока около 0,14 м/с) градуировочных характеристики (ГХ) расходомеров пересекаются, и относительное расхождение масс М9 и М10 близко к нулю. При дальнейшем уменьшении расхода относительное расхождение масс М9 и М10 в среднем отрицательно, и на минимальных расходах (около 0,39 т/ч) достигает уровня в -1%.

Рис. 4.

3.5. Метрологический запас по относительному рассогласованию ГХ расходомеров.

Рис. 5.

Рис. 5 показывает, что по мере уменьшения скорости потока (v, м/с) метрологический запас (МЗ) возрастает: при v ≈ 1,1 м/с имеется почти двукратный запас по отношению к допускаемому рассогласованию ГХ расходомеров, а при v = 0,3 м/с фактическое рассогласование уже в 10 раз меньше допускаемого. Применительно к данной паре расходомеров наличие многократного метрологического запаса стало возможным благодаря минимизации погрешности установки нуля расходомеров.

3.6. Соотношение допускаемой и фактической взаимной нестабильности часовых масс М9 и М10 с течением времени.

Рис. 6.

Случайная составляющая относительных взаимных расхождений часовых масс М9 и М10 (взаимная нестабильность) в процессе испытаний изменялась так, как это показано на рис. 6. Видно, что взаимная нестабильность масс М9 и М10 не превышала допускаемых значений, что дает основания признать результаты измерений масс М9 и М10 достаточно стабильными, а случайную составляющую относительного расхождения масс М9 и М10 можно считать несущественной.

3.7. Соотношение допускаемой и фактической взаимной нестабильности часовых масс М9 и М10 при изменении расхода.

Как следует из рис. 7, случайная составляющая взаимных расхождений часовых масс М9 и М10 имеет незначительное рассеивание и представляет из себя нелинейную функцию расхода, не выходящую за допускаемые границы.

Нелинейность статистической функции ВзНо = f(M10) начинает проявляться при расходах, менее 3 т/ч и вызвана нелинейностью ГХ расходомеров при измерении расхода на скоростях потока менее 0,4 м/с.

Рис. 7.

4. Оценка МХ расходомеров F601 с применением эталонных масс.

4.1. Соотношение часовых масс М9, измеренных расходомером F601 в подающем трубопроводе, и эталонных масс Мэ.

Рис. 8.

Эталонные массы Мэ для каждого часового интервала рассчитаны по формуле

Мэ = (М1 + М2 + М7 + М8)/4, т за час, (3)

где М1 – масса воды, измеряемая РППД в подающем трубопроводе (дифманометр кл. 0,075 с выходным сигналом 4 – 20 мА);

М2 – масса воды, измеряемая РППД в обратном трубопроводе (дифманометр кл. 0,075 с выходным сигналом 4 – 20 мА);

М7 – масса воды, измеряемая РППД в подающем трубопроводе (дифманометр кл. 0,04 с цифровым выходным сигналом);

М8 – масса воды, измеряемая РППД в обратном трубопроводе (дифманометр кл. 0,04 с цифровым выходным сигналом).

Для повышения точности и стабильности показаний две пары расходомеров (М1 и М2, М7 и М8) выполняли измерения в дифференциальном режиме. Метрологические показатели работы двух пар дифференциальных РППД в графическом виде и в виде уравнений М2 = f(M1) и М8 = f(M7) показаны на рис. 9.

Рис. 9.

Как следует из рис. 8, среднее статистическое уравнение М9 = f(Мэ) имеет вид:

М9 = 1.0103·Мэ + 0.000096, т за час, при R2 = 0.999990. (4)

Уравнение (4) показывает, что относительное отклонение ГХ расходомера М9 от ГХ эталонной массы Мэ составило +1,03%, а смещение нуля в среднем составило +0,000096 т за час. Критерий стабильности масс М9 (R2) по отношению к массам Мэ достаточно высок и в среднем равен 0,999990.

4.2. Соотношение часовых масс М10, измеренных расходомером F601 в обратном трубопроводе, и эталонных масс Мэ.

При проведении испытаний расходомера F601, установленного на обратном трубопроводе, получено следующее соотношение измеренных часовых масс М10 и эталонных масс Мэ:

М10 = 0,9975·Мэ + 0,021, т за час. (5)

Рис. 10.

Как следует из уравнения (5), непропорциональность показаний канала измерений массы М10 по отношению к эталонной массе Мэ в среднем составила 0,75%, а смещение нуля расходомера F601 в среднем составило 0,021 т за час.

Стабильность работы расходомера М10 достаточно высока и в среднем составила 0,99997.

4.3. Соотношение границ допускаемой и фактических абсолютных погрешностей измерения масс М9 и М10.

На рис. 11 приведены графики изменения допускаемой и фактических абсолютных погрешностей измерения часовых масс М9 и М10 при изменении эталонной массы Мэ. Фактические абсолютные погрешности определены по отношению к эталонным массам Мэ.

Рис. 11 показывает, что фактические абсолютные погрешности измерения масс М9 и М10 в процессе испытаний не выходили за пределы допускаемых значений и представляют собой несколько нелинейные функции измеряемого расхода.

При этом благодаря качественной регулировке нуля и чувствительности обоих испытуемых расходомеров обеспечен многократный метрологический запас, размер которого нарастает по мере уменьшения расхода.

Рис. 11.

5. Выводы.

5.1. Испытания двух накладных расходомеров типа FLUXUS ADM F601 в течение 208-и часов в диапазоне изменения скоростей потока от 0,06 м/с до 1,1 м/с подтвердили метрологические характеристики, нормированные в документации на расходомеры данного типа.

5.2. Для дальнейшего изучения метрологических свойств расходомеров в рабочих условиях, в т. ч. с целью оценки влияния температуры теплоносителя на погрешность измерения расхода, целесообразно провести длительные промышленные испытания расходомеров в закрытой системе теплоснабжения.