Створення державного еталона одиниці об’ємної витрати рідини: Звіт про науково-дослідну та дослідно-конструкторську роботу, страница 7

          Щодо способу вимірювання кількості рідини, що протікає, ВУ поділяються на статичні та динамічні. Статичні ВУ характеризуються вимірюванням кількості рідини, що збирається у приймальний резервуар, динамічні – визначенням кількості рідини, яка рухається по вимірювальній дільниці ВУ, за різницею двох її миттєвих значень, що вимірюються у фіксовані моменти часу в процесі випробувань.

          Щодо видів вимірювання кількості рідини ВУ поділяються на об’ємні та вагові. При цьому існує декілька способів вимірювання кількості рідини:

          в статичних вагових ВУ застосовується тільки безпосереднє зважування, а в статичних об’ємних – тільки вимірювання кількості рідини за різницею рівнів її у резервуарі у кінцевий та початковий моменти випробувань [6];

          динамічні об’ємні ВУ поділяються на установки, що вимірюють об’єм за різницею рівнів рідини у резервуарі (рівнемірні ВУ), та трубопоршневі, у яких вимірювальний резервуар відсутній, а кількість рідини, що протекла, визначається переміщенням поршня, який переміщує рідину у трубопроводі.

          Найбільше поширення у світовій гідрометричній практиці вимірювання масової витрати рідини до останнього часу набули статичні вагові та об’ємні ВУ. До основних переваг статичних вагових ВУ слід віднести, у першу чергу, можливість використання прецизійних вагів, зокрема вантажопоршневих, що дозволяють робити одиничне зважування з похибкою 0,02 % [6]. Це найбільш точні установки. Статичні об’ємні ВУ мають більш низькі метрологічні характеристики [8], що обумовлено більшою (у порівнянні з вагами) інструментальною похибкою ЗВТ об’єму та рівня рідини, а також значними додатковими похибками, породженими деформаціями резервуара при зміні температури і маси рідини, яка перебуває у ньому, і т.ін. [6].

          Динамічні вагові ВУ декілька поступаються по точності відтворення витрати перед статичними ваговими ВУ, проте вони знайшли широке застосування при градуюванні витратомірів на вуглеводневих паливах, кріогенних, токсичних та агресивних рідинах, які не допускають прямого контакту з атмосферою. Більш низький клас точності цих ВУ обумовлений тим, що тут можуть використовуватись тільки ваговимірювачі з безперервною шкалою (тензометричні та вібраційно-частотні), похибка яких знаходиться у межах (0,05 – 0,2) %; у цьому зв’язку відтворення та вимірювання витрати можливо, у кращому випадку, з похибкою (0,2 – 0,5) % [6].

          Загальний недолік ВУ з приймальним резервуаром – низька продуктивність, пов’язана з тривалим часом заповнення мірника. До серйозних недоліків цих ВУ слід віднести підвищений рівень шуму, пов’язаний з роботою перемикача потоку та шумом потоку води, яка падає в мірний або зливний баки, а також підвищений рівень вологості, яка виникає при випаровуванні вимірюваної рідини у процесі роботи установки [9,10]. Все це призводить до того, що умови роботи на цих ВУ є важкими та стомливими. Це негативно позначається на продуктивності праці повірників, а також на її якості, що при вимірюваннях призводить до помилок суб’єктивного характеру [11]. Разом з тим, ВУ з приймальним резервуаром мають й важливі позитивні якості – на них проводяться абсолютні вимірювання витрати і може бути досягнуто найвищу точність. Тому ці установки доцільно використовувати як еталонні.

          Проведений аналіз показав, що завданню створення сучасного еталона масової та об’ємної витрати рідини в найбільшій мірі відповідають статичні вагові установки з системою автоматичного регулювання (стабілізації) витрати, у котрих як вимірювальний орган застосований високоточний витратомір.

Відтворення одиниці масової витрати рідини у цьому випадку здійснюється за допомогою безпосереднього зважування кількості рідини, що пройшла через вимірювальну ділянку еталона при стабілізованій витраті за фіксований відрізок часу і визначається таким чином:

,                                                                 (1)

де       Q_М – масова витрата рідини, кг/с;

          V_М – кількість (масова) рідини, що зважується, – її маса, кг;

G – вага рідини, Н;

g – прискорення сили ваги, м/с²;

t – час вимірювання, с.

Одиниця об’ємної витрати рідини визначається за масовою (1)

,                                                        (2)

де       Q_V – об’ємна витрата рідини, м³/с;

          V_V – кількість (об’ємна) рідини, що зважується, – її об’єм, м³;

ρ – густина рідини, що зважується, кг/м³.

          Передача одиниць масової та об’ємної витрати рідини здійснюється методом звірення показів витратоміра, який розміщається на вимірювальній ділянці еталона і повіряється (атестується), з показами відповідного електронного блоку еталона, в якому реалізується розрахунок Q_М та Q_V (1-2) за результатами вимірювань G, g, ρ та t.

Сучасна статична вагова еталонна ВУ (ЕВУ) повинна складатися з таких основних вузлів:

1)  системи заправлення та зберігання води, яка являє собою резервуар з необхідним її запасом, оснащений покажчиком рівня води та арматурою для заправлення та зливу;

2)  системи створення, стабілізації, вимірювання та автоматичного регулювання витрати, що забезпечує її постійні наперед визначені значення у вимірювальній ділянці установки;

3)  системи відділення повітря з рідини та пристроїв демпфірування (згладжування) низькочастотних пульсацій витрати у проточному тракті установки, обумовлених роботою насосів;

4)  вимірювальної ділянки, яка являє собою ділянку трубопроводу, призначену для монтажу витратомірів, що повіряються, та оснащена пристроями підготовки і забезпечення нормальної кінематичної структури потоку на їх вході;

5)  системи збору та зважування кількості рідини, що пройшла через вимірювальну ділянку у фіксований відрізок часу;

6)  системи вимірювання цього фіксованого відрізку часу – часу вимірювання;