Забезпечення єдності вимірювання витрати рідини

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню важливої науково-прикладної проблеми забезпечення єдності вимірювання витрати рідини та належного її обліку шляхом створення сучасної системи відтворення та передачі одиниць витрати та кількості рідини. Показано, що проблема, яка розв’язується, є дуже актуальною для України. Для її вирішення створено нову єдину повірочну схему для засобів вимірювання як об’ємної та масової витрати, так і об’єму та маси рідини, що протікає по трубопроводу, а також єдиний державний еталон одиниць об’ємної та масової витрати, об’єму та маси рідини, що протікає по трубопроводу, (ДЕТУ 03-04-04), розширена невизначеність якого не перевищує 0,02 %. Розвинуто електромагнітний метод і розроблено на його основі, атестовано та впроваджено в метрологічну практику України еталонний витратомір ЕМВВ-2 з похибкою вимірювання ± 0,2 %, високоточні ЗВТ витрати, зокрема, для трубопроводів великих діаметрів, витратомірну установку ВЗУ-180 з похибкою вимірювання ± 0,2 %. Розроблено методологію калібрування (повірки) ЗВТ швидкості рідинних потоків із застосуванням проливних витратомірних установок. Розроблено 18 гармонізованих з європейськими МДМ, які регламентують забезпечення єдності вимірювання витрати та кількості рідини в Україні, а також ряд методик калібрування (повірки) конкретних ЗВТ витрати. Thesis is devoted to solving an important applied science problem concerning the liquid flow measurement assurance for its proper accounting by means of establishing an up-to-date system of realization and transfer of the units of liquid flow and quantity. It is shown that the problem being solved is of high importance for Ukraine. A new single hierarchy scheme for measuring instruments both for volume and mass flow and volume and mass of liquid in the pipeline, as well as a single national standard of the unit of volume and mass flow, volume and mass of liquid in the pipeline, DETU 03-04-04, the expanded uncertainty of which does not exceed 0.02 %, were created in order to solve this problem. An electromagnetic method was developed and the EMVV-2 standard flow meter with the measurement error of ± 0.2 %, high-accuracy measuring instruments for flow, in particular for pipelines with large diameters, VZU-180 flow-measuring setup with the measurement error of ± 0.2 % were created on the basis of this method. The methodology of calibration of liquid streams velocity MTM on flow equipment is developed. A set of 18 MDM harmonized with the corresponding European MDM that regulates the liquid flow and quantity measurement assurance in Ukraine, and also a set of calibration procedures of liquid flow МТМ. Диссертационная работа посвящена решению важной научно-прикладной проблемы обеспечения единства измерения расхода жидкости для ее надлежащего учета путем создания современной системы воспроизведения и передачи единиц расхода и количества жидкости, а также внедрения созданной системы в метрологическую практику Украины. При проведении исследований установлено, что проблема обеспечения единства измерения расхода жидкости, включая все ее аспекты от разработки соответствующей государственной поверочной схемы, создания государственного первичного эталона единиц расхода жидкости, высокоточных рабочих эталонов и средств измерительной техники (СИТ) до разработки (гармонизации) соответствующих нормативно-методических документов по метрологии (МДМ), весьма актуальна для Украины. Разработана новая современная организационно-структурная модель единой поверочной схемы для средств измерения как объема и объемного расхода, так и массы и массового расхода жидкости, протекающей по трубопроводу, в которой введен эталон переносчик, вторичный и два разряда рабочих эталонов, расширено поле рабочих СИТ с целью обеспечения преемственности и возможности введения новых приборов измерения расхода и количества жидкости, внедренных в народное хозяйство Украины в последнее время, а так же предусматривающее развитие расходомерной техники в будущем. Разработан и внедрен соответствующий стандарт Украины ДСТУ 4403:2005 „Метрология. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расхода жидкости и объема и массы жидкости, протекающей по трубопроводу”. В результате выполненных теоретических и репрезентативных экспериментальных исследований гидродинамических процессов в проточном тракте эталонных расходомерных установок, систем взвешивания жидкости и перенаправления потока во взвешиваемый бак и обратно и т.д. усовершенствованы в сравнении с зарубежными аналогами физико-математическая и метрологическая модели эталона, реализующего статический весовой метод. На основе анализа этих моделей разработаны принципы построения и определен конструктив оптимального для Украины эталона единиц массового и объемного расхода, массы и объема жидкости, протекающей по трубопроводу, которые послужили базой при создании соответствующего ггосударственного первичного эталона единиц объемного и массового расхода, объема и массы жидкости, протекающей по трубопроводу, – ДЕТУ 03-04-04. Определены основные источники погрешности воспроизведения указанных единиц созданным эталоном и пути сведения их к приемлемому минимуму. Показано, что метрологические характеристики (МХ) созданного государственного первичного эталона ДЕТУ 03-04-04 находятся на уровне лучших аналогичных эталонов (стандартов) передовых стран мира – его расширенная неопределенность находится на уровне 0,02 %. Развиты теоретические основы, усовершенствованы физико-математическая модель измерений и принципы построения высокоточных электромагнитных расходомеров со стабильными МХ. Результаты выполненных исследований реализованы в разработанных эталонных расходомерах ЕМВВ-2 (погрешность измерения не превышает ± 0,2 %), относительно недорогих высокоточных рабочих СИТ расхода жидкости, которые послужили основой для создания электромагнитных преобразователей расхода жидкости ПРЕМ-1 для трубопроводов малых и средних диаметров (DN ≤ 300) и клинкетного (вводимого через клинкет) электромагнитного расходомера для измерения расхода жидкости методом «площадь-скорость» с нормированными МХ в трубопроводах больших диаметров (DN > 300), относительная погрешность измерения которых не превышает ± 1,0 %. Разработаны и экспериментально апробированы рекомендации и принципы построения компактных относительно недорогих высокоточных проливных динамических установок, которые обеспечивают аттестацию и калибровку (поверку) всех типов и исполнений СИТ расхода жидкости. Создана, внедрена в метрологическую практику Украины и успешно эксплуатируется на протяжении более 10 лет в Национальном научном центре «Институт метрологии» расходомерная эталонная установка ВЗУ-180 с погрешностью воспроизведения и передачи единицы объемного расхода ± 0,2 %. Рабочим органом ВЗУ-180 является набор разработанных ЕМВВ-2. Разработана и внедрена в гидрометрическую практику методология аттестации и калибровки (поверки) СИТ скорости как жидкостных русловых потоков, так и тех, которые непосредственно применяются в качестве преобразователей расхода в трубопроводах средних и больших диаметров, в частности, клинкетних ЭМР, с применением существующих проливных расходомерных установок. Разработаны и внедрены в практику метрологических работ 18 гармонизированных с европейскими организационно-методических нормативных документов по метрологии, регламентирующие нормы и правила при обеспечении единства измерения расхода жидкости, в частности: Технический регламент подтверждения соответствия счетчиков води, разработанный в соответствии с Приложением МІ-001 Директивы 2004/22/ЕС Европейского Парламента и Совета ЕС по измерительным приборам от 31.03.2004 г.; ДСТУ ISO 6817:2006. Измерения расхода электропроводящей жидкости в закрытых трубопроводах. Метод с применением электромагнитных расходомеров; ДСТУ ISO 9104:2006. Измерения расхода жидкости в закрытых трубопроводах. Метод оценки характеристик электромагнитных расходомеров жидкости; ДСТУ 3954-2000 (ГОСТ 8.571-2000). Межгосударственный стандарт. Измерители скорости жидкостных потоков. Методы и средства поверки; ДСТУ 4403:2005. Метрология. Государственная поверочная схема для средств измерения объемного и массового расхода жидкости и объема и массы жидкости, протекающей по трубопроводу, а также методики поверки (калибровки) конкретных СИТ расхода.