Пример расчета погрешности результата косвенного измерения

Рассмотрим пример расчета текущего расхода жидкости с помощью детерминированного подхода. Допущения:

1) при выполнении определенных условий (трубопровод прямой и полностью заполнен жидкостью, движение равномерное, внутреннее сопротивление трубопровода на достаточной длине постоянное), значение текущего расхода G рассчитывается по формуле:

G = ρ∙v∙S = ρ∙v∙π∙d²/4;

2) интервал наблюдений так невелик, что можно считать, что все величины неизменны;

3) значение величин ρ, v, d, в общем случае, измеряется различными приборами со своими конкретными погрешностями, определяемыми их классами точности. Погрешности этих промежуточных значений м.б. найдены на основе паспортных данных и показаний приборов.

δG = δρ + δv + 2δd

ΔG = δG∙G/100 %.

В общем случае, нужно учитывать и методические погрешности.

Автоматизация управления энергопотреблением.

Измерение расхода и кол-ва движ. жидкой или газообр среды в автомат-х сис-мах энергоучёта требует знаний не только таких ёё термодинам хар-к как температура и давление, но и ряда иных – плотность, вязкость, электропроводность, тип потока и т.д., к-рые важны для конкрет-х методов измерения расхода, влияют на возм-ть использования соотв-х термодин-х св-в и точность их измерения.

Классификация средств измерения расхода и кол-ва среды.

Измерение расхода и кол-ва среды явл основной задачей системы АСКУЭ(автомат. система коммерческого учета электроэнергии).

1) по расходу и кол-ву:

- расходомеры;

- счётчики;

- расходомеры-счетчики;

- преобразователи расхода (вырабатывают сигнал измерительной информации, не поддающийся восприятию наблюдателя);

Соврем средства измер-я расхода и кол-ва среды реализуются в 2-х компонентном виде: первич-й преобраз-ль ПП и электр преобр-ль ЭП. ПП и ЭП могут быть компактного и раздельного исполнения(возможность вынести чувст-ть и экстрим условия).Современные ЭП выполнены на базе микропроцессоров.

2) по типу измер-й среды:

- жидкость (гор или хол вода, стоки, нефть и ёё продукты – любые плотные текучие среды);

- пар(сухой насыщ,перегрет);

- газ (прир газ,технич газ, сжат воздух);

Для каждой среды исп-ся разные модели, так как различ физ пар-ры.

3) по измеряемым пар-рам:

- объёмные;

- массовые;

- объёмно-массовые (сначала измеряют либо V, либо m – затем пересчёт);

4) по принципу действия:

- перепада давления (с перем-й площадью сечения – ротаметры, пост-го перепада Р, ударноструйные,переменного перепада Р,на наборе трубок Пито);

- вихревые;

- ультразвуковые;

- тепловые (косвенное измер-е V и прямое измерения m газа – используется принцип охл-го в потоке газа конкретного тела);

- тахометрические (расход среды изм-ся по скорости движ-я мех преобр-го эл-та - шариковые, крыльчатые, турбинные-подвержены износу мех подв узлов→уменьшение точности измерения,чувствит и агресс к абразивным средам );

- кориолисовые

- электромагнитные

5) по отображаемым выходным сигналам:

- прямопоказывающие (отображают текущие показания расхода и кол-ва среды – ЖКИ табло, СД табло, эл дисплей);

- регистрирующие процесс энергоучёта с опр-й дискретностью на всём его протяжении (магнитный носитель, бумага, твердый тельный носитель);

- расходомеры с эл выходом сигналом для дистанционной передачи данных (аналоговые (по току, по напряжению), импульсные, цифровые (RS232,RS485,HART,ИРПР, ИРПС));

РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМ ПЕРЕПАДА Р.

Принцип дейст РППД основ на измерении в соотв-ии с ур-ем Бернулли перепада статич или полного давл потока среды на установл в т/п неподвижн первичн преобраз и вычислении по этому переп ср скорости движ среды и ее расх. РППД измер объемн или массов расход движ среды на основе ее квадратичного зав-ти от перепада Р: G=k√∆Р, k-расчет коэф, учит-ий плотность среды,калибруется на заводе и прописывается в паспорте. В кач-ве первичн преобразователей (ПП), РППД при измер G по перепаду статич Р примен стандарт сужающ устрой-ва такие как диафрагма трубы вентури, сопла, а при измер переп полного Р- многоходов трубки Пито и усредн напорн трубки. Измер расх ж, г или п с полностью сужающ устройств реглам ГОСТ 8.563-97. РППД представл собой комбинир расходомер, в комплект котор вх: суж устр-во, соед или импульсн трубки для отбора Р, вентил блок, разделит мембраны и уравнит сосуды, диф монометры, самопишущий прибор. Наиб широко использ р\м на диафрагме. Расчетн погрешн измер расх на диафр завис от хар-ра среды 0.5-1.0 %.

ИПД-измеритель преобр-я Р

ДД-давление дифференциальное

ДИ-давление избыточное

ТСП-термопреобразователь сопротивления

Принц действ РППД на диафрагме заключ в сжатии движения среды проходным отверстием диафрагмы, что ит в увеличению за ее кромками скорости и кин.эн.↓ статич Р. По краям диаф созд перепад ∆Р=Р1-Р2, котор отвод импульсн трубками и диаф монометр, после прохожд диафр поток расширяется, снижая скорость и восстанавливая статич Р, кото не достиг прежн знач из-за вихрев потерь на диафрагме из-загидравл сопрот. Рн завис от относит плотности сечения m=d²\D²- модуля сужающ устр-ва => чем < m тем > Р и выше точность измер.

УЛЬТРОЗВУКОВЫЕ Р\М.

Принц действ основ на передачи в измер в среду зондирующего луча ультрозвуков колеб частотой > 20кГц, в приеме отраженного луча и вычисления ср скорости движ потока на основ ее матем зав-ти от скорост или частот в движ среде зондир луча. По измеряемой скор УЗР вычисляют объемн либо массов расх сред. Широк примен в наст врем получ 2 вида р\м: 1-времяпролетные. В этих видах р\м в кач-ве отраж пов-ти для зонд луча УЗК использ естеств внутр пов-ти т/п или спец экран в пространстве среды. Ср скор среды Uc опред на основе эф-та сноса и удлинения траектор луча УЗК - как векторн разность между скоростью УЗ в движ среде и в неподвижн сред. Для вычисл ср скор среды использ 1 из 3-х методов основ на зав-ти скорост либо от раз-ти ∆t=t2-t1- времяимпульсн метод, либо от раз-ти фаз-фазов метод ∆φ= φ₁- φ₂, раз-ти частот ∆f-частотный метод.

ДОПЛЕРОВСКИЕ Р\М.

В качестве отраж пов-ти исп-т внутр естеств неоднородность среды:газовые пузырьки,тв включения,жид включения. Ср скор опред на основе эф-та Доплера-измеряется частота УЗК,отражен в среде не от неподвижной пов-ти, а от движ частиц. УЗР сост из первичн преобраз (ПП) и электр преобраз (ЭП) , кот конструктивно соед с каналами связи. Различ: портативн, стационарные. Для р\м времяпролетн вида использ 3 способа установки датчиков на т/п: Z-образн самая коротк трасса, v-удлен тр, w-многоходовая.

П1-передатчик луча УЗК, П2-приемник отраж луча.

Времяпролетные р/меры исп для измер чистых сред,т.е. сод-ие в кот не превышает 3-5%объема среды инородных включений.

При ↑ числа включ происходит отклон луча от трассы аккустич канала,что приводит к ↑ погрешности и даже к потере сигнала. Для сохранения норм реж дв-я среды устан ПП для соблюдения длины прямых участков.Длина прямого участка зависит от констр ПП и от схемы размещения датчиков.Длина прямого участка 10D до и 3-5D после места устан датчика-если 1 колено.Если 2 колена-то расст 15-20D.Если есть насос или неполностью откр задвижка-30-40D.При невозможности прямого участка исп ПП струевыпрямитель.

К онстр U колено использ для прям измерения скорости лам потоков. Т/п 10-80 мм

Констр катушк примен для т\п ø 80-200 мм. С ↑ø, ↑ масса первичн преобраз и его стоимость.

Достоинства:

-отсутствие подв изнашив частей, непосредств контакта с измеряемой средой

-отсутствие потерь Р

-возм измерения многокомпонентных сред с различными включниями

-возм измер хим агресс сред

-возм имитационной поверки прибора без демонтажа

-возм монтажа и демонтажа без остановки техн процесса

1.Старорусь прибор завод ДРК-1 УЗ времяпролетный датчик катушечн типа с 4-мя приобразов эл акустич, для измер водопровода, речной и техн воды.

2.Пир-2 Доплеровс прибор расх с накладн преобраз с Эл\ак ПА технолог назнач для суспензий, кип жидк.

3.Взлет. Времяпролетн, времяимпульсный типа для измер расх с помощью врезных у колена или накладн преобразов.

4. «Панометрикс» для измер факельного или топливного газа.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ Р\М

Действ основ на откр Фарадея в 1831 принципа эл\магн индукции т.е возник эл тока в проводящем контуре при измен магн потока, прониз этот контур. Причиной возникн тока в контуре яв-ся сила, вызыв разделение заряж частиц электронов или ионов и наз силой Лоренса или ε. Первый-в 1939,распространение-в 60х. Э\м расх позвол измер расход жидк Ме и проводящие жидк среды, такие как водопров, теплофикац, морск воды, растворы щелочей, кислот с уд теплопроводн не менее 1-5 мкСм\см2. Данные р/меры не пригодны для измер расх пара, газа.

П ринцип действия.

При движ жид э\проводн среды со скор-ю U м\у полюсами, котор созд в трубе с вн ø D магн поле с магн индукц В действ сила Лоренса Fq^- и Fq⁺ ,разделяя эти заряды Q на положит и отриц.В рез-те на электродах созд-ся ЭДС, кот опред-ся как произв магн индукции на скорость и на внутр диаметр: ε=BUD. Для округл полн сеч тр полн запол сред ε=BUG\Dπ или пропорц объему расх среды. Эл магн расх м\о классиф по роду магн поля (пост или переем поля), по виду поля (однородн и весового поля), по типу поля (синусоид и импульсн поля), по частоте (промышл и низк частотн), по виду электродов (точечные,пластинчатые),по виду сечен измер канала (с кругл или прямоуг сечен). Эл\м р\м пост магн поля или поля, у кот напряженность не меняется во врем направл и своего знач т.е. В(t)=const примен для измер р\м жидк сред с эл проводим-ю (для измерения расплавов металлов).

«+»: простота магн сист, возможность измер быстроменяющиеся расходы , измер расходы с низк электропров, отсутсв эл\м помех.

«-»: нельзя использ длит время, возник поляриз электродов. Э/м расходомеры с перем магн полем - котор измен во врем по знач и направл, широко использ для измерения расходов в ж с ионной проводим. Высок зав-ть показ вариант исп-я т/п не с кругл, а с прямоуг сечен канала с исп-ем электродов из прямоуг пластин, равных по высоте боковым стенкам канала. Любая деформ потока не искаж показания расх в силу усредн действ прямоугольных пластин, но исп-ие т/п с прямоуг сечением созд опред потерю Р с т/п кругл сечен.

Достоинства:1)отсут подвиж изнаш частиц 2)отсутсв потерь Р 3)незав показаний от вязкости или плотн 4)возможн измер агрессивн сред 5)использ в труб разл ø 6) минимизация прям уч-ков и их полн отсутсв 7) широк динамич диапазон 8)высок точность 9) мин шкалы 10) простота устан и монтажа.

Недостатки: с течением времени пов-ть электродов загрязн. Для ↓ отлож в каналах рекомен растан расх на вертик уч-ах т\п. Характ особенностью использ первичн преобраз прямоуг сечен позвол получ до 1.25 погрешн фактич при полн отсутв прям уч-ов.

Производители:НИИ «Молния»,»Данфас»-Дания, «Honeywell»-США

ВИХРЕВЫЕ Р\М

П ринц действ основ на опред частоты следования вихрей «дорожки Кармана», отраж за стержнев телом обтекания спец оптек формы –трапециидальн или дельтовидн, неподвижно распол поперек контролир потока среды в центре сечен прибора.

Образ-ие вихрей за телом обтекания вызвано рез изменением кривизны его пов-ти, кот приводит к измен скорост и Р среды. а с др разн-ю скорост сосед слоев струи в близи этой пов-ти. В рез-те тормоз и ускор действий среды возникает сдвиговое напряжение, кот приводит к образованию самосвертыв вихрей и обеспечив их постоянный срыв с острых кромок тела обтекания .Вихрь - локальн элемент среды, в кот полн энергия потока преоб-ся в кинет, что привод к ↓ статич Р. Это местное снижен Р м/б зафиксировано сенсором Р или пьезоэлементом. Функция пьезодатчика- преобр чередующ перепадов Р в эл импульс,частота кот линейно зависит от скорости потока. f=SrU\в, Sr-число Струхаля, в-ширина тела обтекания. Объемный расх среды опред V=f\к, к-колибров коэф, опред кол-во импульсов на ед V среды. Данные парам опред по парам обтекан тела и т\п калибров индивид для кажд р\м. Теплов констр вихрев р\м содерж как в рассмотр выше р\м ПП и ЭП котор м\т выполн в виде един блока либо в 2-х раздельн блоках, соед кабельн связью. Первичн преобраз предст собой измер канал с фланцами, внутри котор устан обтек тело с сенсором. Питание сенсора, прием и обраб данных, накопленных измер инф., связь с АСКУЭ осущ эл преобразовать. Вихр расх особенно широко использ вместо диафрагменных

«+» больш измер диапозон при высок точности погрешности 1%.

«+»вихрев р\м 1) отсутсв в потоке подвиж изнаш частиц 2)меньш потери Р 3)независимость показаний от t,P,ρ,вязкости 4)широк динам диапозон 5) высок точность 6) стаб высок хар-ки во врем 7)возможн градуировки 8)относ небольш габариты 9) простота устан.

Производители: «Армстронг»,завод «Старорусь прибор».

МАССОВЫЕ КАРИОЛИСОВЫЕ Р\М

Принцип д-я основан на инерц силе Кариолиса,действ на движ тело в системах отсчета, кот в свою очередь движется с ускорением. Движ происх по криволин траектор относ др систем отсчета, условно приним за неподвижн. В 1-ой сист неинерцион вращ с углов cкорост Fу.с=mw²r, центробежн силы Fц.б=-mw²r, дейст по рад r на покоющ сист тела масса m добавл сила Кориолиса Fк=2mU\w котор противоздейств измен ветора скорости тела относит не инерцион сист-мы.

Р \м содерж 2 упругие титанов трубки оптич сенсоры котор отслеж колеб в кажд трубке в 2-х опред местах на вх и вых и эл сист возбужден. При отсутсв среды, расх=0. при течен ж кариолис сила противодейств силе возбужден замедл перемещ вх участ трубки что привод к запозд S1 относ сигнал S. В рез-те наблюд сдвиг по фазе S1 и S2. ∆φ=S1-S2>0. Массов расх среды прямопропорц данному сдвигу расх среды =к∆φ, к-коэф пропорц завис от констр р\м.Подразд по форме мерного уч-ка на питлевые: U-обр,S,I,W, лабиринтные, прямотрубные, а по кол-ву измер труб(однотрубн, двухтрубные, сдвоенные). Петлевые р\м сменили вращающ достоинство связ с ↓ габарит и ↑ чувствит при минимализации различн влияющ эксплуатац фактор.У массов р\м на рез-т измер не влияют t,P,плотность,вязкость.