- •РАЗРАБОТАНЫ
- •1 Назначение и область применения
- •2 Нормативные ссылки
- •3.1 Термины и определения
- •3.2 Условные обозначения
- •3.3 Индексы условных обозначений величин
- •3.4 Сокращения
- •4 Требования к погрешности измерений
- •5 Метод измерений
- •5.1 Принцип измерений
- •5.3 Типы ультразвуковых преобразователей расхода
- •5.4. Объемный расход в рабочих условиях
- •5.6 Основные уравнения для определения количества среды
- •5.8 Энергосодержание газа
- •7 Условия проведения измерений
- •7.2 Измеряемая среда
- •7.3 Условия течения газа
- •8 Требования к измерительному трубопроводу
- •9 Средства измерений и требования к их монтажу
- •9.2. Требования к УЗПР и его монтажу
- •для УЗПР малой точности:
- •9.3 Средства измерений давления
- •9.4 Средства измерения температуры газа
- •9.6 Вычислительные устройства измерительного комплекса
- •10 Подготовка к измерениям и их проведение
- •11 Обработка результатов измерений
- •11.2 Расчет количества газа
- •11.3 Расчет энергосодержания газа
- •12 Контроль точности результатов измерений
- •13 Оценка погрешности результатов измерений
- •13.1. Общие положения
- •13.3 Составляющие погрешности
- •Теоретические основы метода измерений
- •Варианты расположения акустических путей
- •Рисунок Б.1 — Однолучевые УЗПР
- •Варианты монтажа ПЭА
- •Направление потока
- •Источники погрешностей УЗПР
- •Библиография
ПР 51-00159093-026-2004
ГОСТ 8.563.2-97 ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств
ГОСТ Р 8.577-2000 Государственная система обеспечения единства измерений. Теплота объемная (энергия) сгорания природного газа. Общие требования к методам определения
ГСССД МР 107-98 Определение плотности, объемного газосодержания, показателя изоэнтропии и вязкости газоконденсатных смесей в диапазоне температур 240…350 К при давлениях до 10 МПа
ПР 50.2.006-94 ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений ПР 50.2.009-94 ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа
средств измерений.
3 Термины, определения, условные обозначения, индексы, сокращения
3.1 Термины и определения
3.1.1Ультразвуковой преобразователь расхода – акустический преобразователь расхода, работающий в ультразвуковом диапазоне частот, в котором создается сигнал измерительной информации, основанный на зависимости акустического эффекта в потоке газа от ее расхода.
Ультразвуковой преобразователь расхода состоит из первичного ультразвукового преобразователя расхода и устройства обработки его сигналов.
3.1.2Первичный ультразвуковой преобразователь расхода - удовлетворяющий требованиям настоящих правил - специально изготовленный участок трубопровода, содержащий преобразователи электроакустические (ПЭА) – устройства, преобразующие электрическую энергию в акустическую (энергию упругих колебаний среды) и обратно. ПЭА, используемые в первичных ультразвуковых преобразователях расхода, являются передатчиками и приемниками ультразвуковых волн.
3.1.3Устройство обработки сигналов - устройство, осуществляющее генерацию сигналов, поступающих на ПЭА, обработку сигналов, поступающих с ПЭА и формирование стандартного выходного сигнала, пропорционального измеряемому расходу среды.
3.1.4Вычислитель расхода – устройство, принимающее данные от устройства обработки сигналов, а также показания датчиков температуры и давления, и вычисляющее расход и количество газа, приведенные к стандартным условиям.
7
ПР 51-00159093-026-2004
Вычислитель расхода может дополнительно принимать и учитывать показания хроматографа и плотномера.
3.1.5Акустический канал – совокупность измеряемой среды и пары ПЭА, передающих сигналы с помощью ультразвуковых колебаний.
3.1.6Акустический луч - линия, вдоль которой распространяется звуковая энергия, испущенная в определенном направлении.
3.1.7Одноканальный ультразвуковой преобразователь расхода – преобразователь расхода, в котором для измерения расхода используется один акустический канал.
Пр и м е ч а н и е 1 — Одноканальные ультразвуковые преобразователи часто в технической литературе называют однолучевыми или однопутевыми расходомерами.
Пр и м е ч а н и е 2 — Звуковая энергия в одноканальном первичном преобразователе расхода может передаваться между ПЭА в виде прямых или отраженных (однократно или многократно) от стенок измерительного трубопровода акустических лучей.
3.1.8 Многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода – преобразователь расхода, в котором для измерения расхода используется несколько акустических каналов.
П р и м е ч а н и е 1 — Многоканальные ультразвуковые преобразователи часто в технической литературе называют многолучевыми или многопутевыми преобразователями расхода.
П р и м е ч а н и е 2 — Звуковая энергия в многоканальном первичном преобразователе расхода может передаваться между ПЭА в виде прямых или отраженных (однократно или многократно) от стенок измерительного трубопровода акустических лучей.
3.1.9 Акустический путь – траектория движения акустического импульса между ПЭА в потоке газа.
Пр и м е ч а н и е — Кривизна акустического пути зависит от числа Re и Ma и возрастает
сувеличением числа Ма и кривизны распределения скоростей потока.
3.1.10Ультразвуковой импульс – сигнал (ультразвуковые колебания, волны в среде), генерируемый ПЭА при подаче на него возбуждающего электрического сигнала ограниченной продолжительности.
3.1.11Незатухающие ультразвуковые колебания в среде - сигналы, генерируемые ПЭА при подаче непрерывного возбуждающего электрического сигнала.
3.1.12Измерительный трубопровод - прямые участки трубопровода, между которыми установлен ультразвуковой преобразователь расхода.
8
ПР 51-00159093-026-2004
3.2 Условные обозначения
Основные условные обозначения приведены в таблице 1.
Т а б л и ц а 1 — Условные обозначения
Условное |
Величина |
Единица |
обозна- |
|
физической |
чение |
|
величины |
А |
Площадь поперечного сечения |
м2 |
α |
Расстояние между активными центрами ультразвуковых датчиков |
м |
с |
Скорость распространения ультразвукового импульса в потоке газа |
м/с |
|
относительно неподвижного наблюдателя |
|
cо |
Скорость распространения ультразвукового импульса в неподвижной |
м/с |
|
среде |
|
D |
Внутренний диаметр трубопровода |
м |
d |
Проекция длины акустического канала L на линию, параллельную оси |
м |
|
трубопровода (см. рис. 3.1) |
|
Е |
Модуль упругости материала корпуса ультразвукового преобразовате- |
МПа |
|
ля расхода |
|
Еэ |
Энергосодержание (количество энергии, которое может быть получено |
МДж |
|
при сгорании газа) |
|
f |
Частота |
1/c |
Hc |
Объемная удельная теплота сгорания газа |
МДж/м3 |
К |
Коэффициент сжимаемости газа |
Безразмерная |
|
|
величина |
ku |
Корректирующий коэффициент на распределения скоростей потока, |
Безразмерная |
|
равный отношению средней осевой скорости потока ua в сечении ульт- |
величина |
|
развукового преобразователя расхода к средней скорости потока вдоль |
|
|
акустического канала u |
|
L |
Длина части пути акустического импульса, ограниченная внутренней |
м |
|
поверхностью трубопровода в состоянии покоя газа (см. рис. 3.1) |
|
ℓ |
Длина прямого участка измерительного трубопровода |
м |
Lр |
Длина пути акустического импульса от излучающих поверхностей |
м |
|
обоих ПЭА в состоянии покоя газа (см. рис. 3.1) |
|
m |
Масса газа |
кг |
M |
Молекулярная масса газа |
кг/кмоль |
Ma |
Число Маха (Ма = ū /с0) |
Безразмерная |
|
|
величина |
Р |
Абсолютное давление газа |
Па |
Рб |
Атмосферное давление |
Па |
Рнп |
Давление насыщенного водяного пара во влажном газе при температу- |
Па |
|
ре t |
|
Ри |
Избыточное (статическое) давление газа |
Па |
qc |
Объемный расход, приведенный к стандартным условиям |
м3/с |
qm |
Массовый расход |
кг/с |
qо |
Объемный расход |
м3/с |
qt |
Объемный расход, при котором изменяется погрешность ультразвуко- |
м3/с |
9
ПР 51-00159093-026-2004
Условное |
Величина |
Единица |
обозна- |
|
физической |
чение |
|
величины |
|
вого преобразователя расхода |
|
R |
Универсальная газовая постоянная R=8,31451 |
кДж/кмоль К |
Re |
Число Рейнольдса |
Безразмерная |
|
|
величина |
t |
Температура среды |
ºС |
T |
Термодинамическая температура среды |
К |
u |
Локальная скорость потока |
м/с |
uа |
Средняя осевая скорость потока по сечению трубопровода, равная от- |
м/с |
|
ношению объемного расхода (q0) к площади поперечного сечения (А) |
|
ū |
Средняя скорость потока вдоль акустического пути |
м/с |
Vо |
Объем газа при рабочих условиях |
м3 |
Vс |
Объем газа, приведенный к стандартным условиям |
м3 |
wi |
Весовой коэффициент I- ой величины |
Безразмерная |
|
|
величина |
xi |
Молярная доля i- го компонента смеси |
Безразмерная |
|
|
величина |
Ni |
Объемная доля i- го компонента смеси |
Безразмерная |
|
|
величина |
Z |
Фактор сжимаемости газа |
Безразмерная |
|
|
величина |
α |
Коэффициент линейного теплового расширения материала |
ºС-1 |
δ |
Относительная погрешность |
% |
γ |
Приведенная погрешность |
% |
χ |
Фазовый угол |
рад |
λ |
Длина волны ультразвукового колебания |
м |
φ |
Угол между осями ультразвуковых преобразователей и осью трубо- |
град (рад) |
|
провода (см. рис. 3.1) |
|
ω |
Циклическая частота |
рад/с |
ϕ |
Относительная влажность газа |
Безразмерная |
|
|
величина |
µ |
Динамическая вязкость газа |
Па с |
ρ |
Плотность газа |
кг/м3 |
ρнп |
Плотность насыщенного водяного пара во влажном газе при темпера- |
кг/м3 |
|
туре t |
|
ρсг |
Плотность сухой части влажного газа |
кг/м3 |
τ |
Время прохождения ультразвукового импульса вдоль акустического |
с |
|
пути или интервал времени, за который определяется количество газа |
|
∆ |
Абсолютная погрешность |
Физическая |
|
|
величина |
|
|
параметра |
∆τ |
Разность между временами прохождения ультразвуковых импульсов |
с |
|
вдоль и против направления потока одного и того же акустического |
|
|
канала или интервал дискретизации при определении количества газа |
|
10