2 Рабочие эталоны единицы плотности
Воспроизведение единицы плотности жидкостей и передачи ее от первичного эталона вторичным и рабочим эталонам, а также рабочим СИ плотности осуществляется в соответствии с государственной поверочной схемой для СИ плотности (ГОСТ 8.024-99).
Согласно поверочной схеме поверка рабочих плотномеров может быть произведена методом непосредственного сличения с рабочим эталоном (РЭ) 1-го разряда, основанном на пикнометриче-ском или вибрационном методе измерения плотности, а также методом прямых измерений ГСО плотности.
Напорные пикнометры предназначены для точного измерения плотности продукта с целью контроля метрологических характеристик и поверки автоматических плотномеров на УУН. Они позволяют отбирать пробу продукта при давлении до 10 МПа и производить прямые измерения плотности с погрешностью не более ±0,06 кг/м3. Пикнометр представляет собой цилиндрический сосуд из нержавеющей стали, снабженный входным и выходным пробковыми кранами и предохранительной разрывной диафрагмой. Внутренний объем пикнометров, заключенный между кранами, определяется при его поверке с погрешностью ±0,025 см3.
Для поверки и контроля плотномеров на УУН обычно используют установки фирмы "Fitzgerald LTD". Установка выполнена в виде шкафа, в котором размещено все оборудование: трубопроводы диаметром 12 мм, входной и выходной краны, теплоизолированный футляр с двумя последовательно соединенными пикнометрами и датчиками температуры для измерения температуры стенок пикнометров, датчики давления и манометры для измерения давления на входе и выходе установки и вторичные искробезопасные приборы для индикации температуры и давления. В комплект установки также входят электронные весы с образцовыми гирями, компьютер и портативный принтер.
При работе шкаф устанавливают в блоке контроля качества в непосредственной близости от поверяемого плотномера и соединяют с ним гибкими нержавеющими шлангами высокого давления с помощью быстроразъемных муфт. После этого открывают входной и выходной краны установки и задают расход продукта через поверяемый плотномер и пикнометры с помощью задвижки, расположенной на трубопроводе БКЫ. Расход контролируют с помощью ротаметра, входящего в состав установки. Через пикнометры пропускают продукт до тех пор, пока давление и температура в плотномере и пикнометрах не будут постоянными. В процессе стабилизации температуры и давления не менее 5-7 раз записывают выходной сигнал плотномера, по которому определяют значение плотности (для датчика плотности 7835 это период колебаний). Затем закрывают краны на входном и выходном трубопроводах и краны пикнометров, отсоединяют и переносят в лабораторию пикнометры с отобранной пробой продукта. Снаружи пикнометры обтирают, моют с помощью растворителей (бензина, метанола и др.) и сушат, обдувая сухим сжатым воздухом. Пикнометры с пробой взвешивают на электронных весах. Одновременно записывают температуру воздуха и атмосферное давление. Взвешивают пикнометры повторно. Разница между результатами двух взвешиваний не должна превышать 0,01 г. После окончания измерений пикнометры сразу освобождают от продукта, промывают, сушат сухим сжатым воздухом и взвешивают. Повторяют чистку, сушку и снова взвешивают. И так до тех пор, пока масса не окажется постоянной.
Плотность продукта определяют с учетом влияния температуры и давления на объем пикнометров, а также вытесняющей силы воздуха на массу пикнометра и продукта. Плотность продукта в условиях трубопровода
(1)
где Мо — масса продукта в пикнометре; Vtp — вместимость (объем) пикнометра при рабочих температуре и давлении,
(2)
Vo — вместимость пикнометра при нормальных условиях (из сертификата); F, и Fp — поправочные коэффициенты, учитывающие изменение вместимости от температуры и давления; t — температура пикнометра при отборе пробы продукта; t0 - температура, при которой производилась калибровка пикнометра (из сертификата о калибровке); р - избыточное давление при отборе пробы продукта.
Масса продукта в пикнометре
(3)
(4)
где АМ0 — рассчитанная масса продукта в пикнометре; М.т — масса заполненного пикнометра; М|Ш — масса пустого пикнометра; С — постоянная величина,
(5)
Рвозд — плотность воздуха; рс — плотность стали гирь.
Формула справедлива при условии, что плотность материала пикнометров и гирь одинакова.
Плотность продукта определяют по обоим пикнометрам. Если разница в значениях плотности по двум пикнометрам не превышает 0,06 кг/м3, то результаты измерений считают достоверными.
3 ПОВЕРКА С ПОМОЩЬЮ ТПУ И РАБОЧЕГО ЭТАЛОНА ПЛОТНОСТИ
1. Собрать гидравлическую схему: емкость - насос - массомер - ТПУ - регулятор расхода.
2. Собрать электрическую схему: частотный выход массомера подключить к счетному входу электронно-счетного частотомера, на входы "пуск" и "стоп" электронно-счетного частотомера и частотомера-хронометра соответственно через контакты первого и второго детектора ТПУ подключить управляющее напряжение; регулятором расхода установить выбранное значение расхода, контроль за которым ведется по поверяемому массомеру; после стабилизации расхода произвести пуск поршня ТПУ; при прохождении поршнем первого детектора начинается отсчет количества импульсов электронно-счетным частотомером и времени — частотомером-хронометром; при прохождении калиброванного участка ТПУ по сигналу второго детектора отсчет количества импульсов и времени прекращается.
В процессе движения поршня ТПУ снимают показания частотомера, частотомера-хронометра; фиксируют температуру и давление в массомере, на входе и выходе ТПУ; определяют плотность жидкости.
Показания массомера, соответствующие значениям массы, измеренные образцовыми средствами, снимают или непосредственно со вторичного прибора (дисплея) в единицах массы, или в виде количества импульсов с электронного счетчика.
Способ обработки результатов поверки массомера зависит от метода поверки и от вида выходных сигналов. При этом различают два случая: соотношение погрешностей средств поверки и поверяемого массомера меньше 1 : 3 и больше 1:3.
Рассмотрим случай, когда соотношение погрешностей меньше 1:3. При этом в каждой точке диапазона производят по три измерения.
Если вторичный прибор массомера не позволяет отсчитывать значение массы, то Mt определяют по формуле
(6)
Где Ni; - количество импульсов выходного сигнала массомера при i-м измерении; К - коэффициент преобразования, указанный в сертификате и установленный изготовителем (имп/кг или имп/т).
Если при поверке определяют новое значение коэффициента преобразования, то погрешность массомера (%) вычисляют по формуле
(7)
где К{ — коэффициент преобразования при i-м измерении, определяемый по формуле
(8)
Кл — новое значение коэффициента преобразования в диапазоне измерений, который определяют по формуле
Здесь п - число измерений во всех точках диапазона.
Иногда в вычислительное устройство массомера вводят не новое значение коэффициента К, а коэффициент коррекции, который обозначим через MF:
(9)
В этом случае погрешность массомера (%) можно определить по формуле
(10)
где MFcp — среднее значение коэффициента коррекции,
(11)
Значения погрешности, вычисленные по формулам (4.32), (4.35) и (4.39), не должны превышать пределов относительной допускаемой погрешности массомера δ0, которые при коммерческом учете принимают равными ±0,25 %.
Рассмотрим случай, когда соотношение погрешностей поверочной установки и поверяемого массомера больше 1 : 3. В этом случае поверку производят многократными измерениями — в каждой точке диапазона расходов выполняют по 5-11 измерений.
Относительная погрешность массомера складывается из систематической и случайной составляющих:
(12)
В качестве рабочего эталона плотности используют образцовые ареометры, образцовые плотномеры и напорные пикнометры.