Про погрішності вимірів витратомірів

Більшість існуючих механічних проточних витратомірів (турбінних, лопатевих, крильчастих, з обертовою шайбою і т.д.) мають заявлену паспортну точність біля + / – 0,5-2,5% вимірюваного значення. Точність + / -1% означає, що в даному діапазоні вимірювань (як правило, співвідношення мінімального і максимального потоків витратоміра складає 1:10-1:20) показання витратоміра можуть перебувати в діапазоні 0,99 Vізм-1,01 Vізм, де Vізм – фактичний об’єм рідини, що пройшов через витратомір (лічильник).
Даний обсяг є сумою «мініоб’емов», тобто тих об’ємів рідини, які проходять через лічильник за один оборот турбіни, шестерень, шайби і т.д.
Для його підрахунку використовують так званий «К-фактор» – коефіцієнт, що виражає співвідношення між одиницею об’єму рідини, що перекачується (як правило – один літр) до обсягу, що перекачується витратоміром за один оборот, інакше
VR = ΔVR x KR(1)
де VR – обсяг, що пройшов через витратомір,
ΔVR-обсяг палива (рідини), відмірюються за один оборот вимірювального вузла витратоміра,
KR – кількість оборотів, що припадає на 1 літр (1 м3 і т.д.)
Розглянемо ситуацію, коли при вирішенні стандартної задачі вимірювання витрати палива автомобіля МАЗ 6312А8 в паливну систему його двигуна включається два однотипних витратоміра (з паспортної точністю + / -1%) в прямій і зворотний трубопроводи відповідно.
Необхідно чітко уявляти, що обсяг споживання двигуном палива та обсяг палива, прокачує паливним насосом через двигун, можуть відрізнятися від трьох-чотирьох до десяти і більше разів. Наприклад, по двигунах МАЗ 6312А8 – при споживанні 30-39 л / год продуктивність паливного насоса – до 240-250 літрів на годину. Це до слова нашим колегам, що ставлять «каверзні» питання – мовляв, чому двигун сідельного тягача МАЗ працює при встановлених на нього лічильниках VZO 8 (максимальна продуктивність 200 літрів на годину) на холостому ходу, а рушити не може і глухне.
Розглянемо самий типовий і характерний варіант – коли у вимірюваному діапазоні величин витратомір у топливопроводе прямої подачі має похибку, близьку до максимальної зі знаком «+», а у зворотному – також близьку до максимально дозволеної, але з протилежним знаком (-). Таким чином, при потоці 240 л / годину і споживанні 30 л / год маємо:
Показання витратоміра 1 V1 = 240 * 1,01 = 242,4 л / год
Показання витратоміра 2 V2 = (240-30) * 0,99 = 207,9 л / год
Витрата палива 34,5 л / год
Витрата палива фактичний 30,0 л / год
Похибка фактична до: (34,5-30,0) / 30,0 * 100% = + / – 15%
У загальному вигляді сумарна точність такої системи з двох витратомірів палива на прямому і зворотному потоці виражається формулою:
+ /-ΔRсістеми = + / – δR x (Vпрямой + Vобратний) / (Vпрямой – Vобратний), (2)
де ΔRсістеми – сумарна похибка системи,
δR – відносна (паспортна) точність витратомірів, що входять в систему (вважаємо її однаковою),
Vпрямой – прямий витрата палива,
Vобратний – зворотний потік палива.
З цієї формули очевидно, що при малих витратах і великих потоках без застосування додаткових заходів похибка такої системи буде прагнути до величезних значень, на порядок перевищуючи заявлену точність власне витратомірів.
Додаткова похибка, що вноситься зміною температури палива, складається з трьох типів похибок:
• Похибка, обумовлена ​​зміною температури палива при зміні зовнішніх умов (температури навколишнього середовища),
• Похибка зміни температури палива в паливному баці при підігріві його потоком прогрітого палива із зворотного трубопроводу,
• Похибка, обумовлена ​​різницею температур палива в прямому і зворотному топливопроводах.
Сумарна погрішність, що вноситься температурної складової може становити до 3-4% додатково до вищезгаданої. Таким чином, сумарна похибка може сягати кількох десятків відсотків при паспортної точності витратомірів в + / -1%.
Безумовно, насправді все не так похмуро. По-перше, умови максимального потоку і мінімальної витрати – це умови холостого ходу прогрітого двигуна, але навіть за цих умов потік, створюваний паливним насосом низького тиску, буде в кілька разів менше максимального. По-друге, реально точність системи можна значно поліпшити досить простими і ефективними методами – як апаратними, так і програмними.
Апаратно, наприклад, підбором пар витратомірів з близькими за знаком і величиною значеннями граничних відхилень, або установкою одного витратоміра за схемою «з закольцовку» (реалізовується не для всіх типів двигунів і, у свою чергу, має ряд істотних недоліків).
Програмно дана проблема вирішується лінеаризацією характеристик системи і додатково – введенням фіксованих поправочних коефіцієнтів, в тому числі і температурних, для різних значень потоків або (якщо ви досить багаті) установкою апаратно-програмного забезпечення, що враховує в тому числі і температурні коливання рідини. Комплексне застосування вищезазначених рішень дозволяє звести погрішність системи до мінімуму.
Чому витратоміри серіі Дарконт?
Витратоміри серіі Дарконт з овальними шестернями мають, на відміну від більшості інших типів витратомірів індивідуальні паспорта калібрування для кожного витратоміра з конкретними значеннями К-фактора, тобто ми стверджуємо, що для даного витратоміра
Vфактіческій = δVДарконт x К,
де δVДарконт – обсяг рідини, що перекачується витратоміром серіі Дарконт за один оборот,
К – «К-фактор» конкретного витратоміра.
замість того, щоб стверджувати, що:
0,99 Vфактіческій ≤ δVДарконт x K ≤ 1,01 Vфактіческій
Таким чином, ми різко зменшуємо негативний вплив точності витратоміра на точність системи.
Завдяки високій повторюваності показань витратомірів серіі Дарконт (+ / -0,03%) при використанні їх у складі комплексів АСУ ТП або GPS-моніторингу транспорту після проведення декількох вимірів і зіставлення реальних значень витраченого палива на холостому ходу (або при малих значеннях витрат) та заміряних датчиками, можна додатково поліпшити точність диференціального обліку шляхом введення поправочних коефіцієнтів в програмне забезпечення.
Якщо Ви вважаєте, що дана точність недостатня, ми виготовимо для Вас систему, що складається з двох витратомірів і суматора-диференціатора RT12, з багатоточкової калібруванням на всьому діапазоні вимірювань. Точність такої системи лежить в межах + / -0,2%.
Гідродинамічний опір витратомірів на овальних шестернях.
Гідродинамічний опір витратомірів, заснованих на різних принципах вимірювання, безумовно, різна. Найменшим володіють витратоміри, засновані на ультразвуковому, електромагнітній, масовому (коріолісовим) принципах, при яких практично не створюється перешкод потоку рідини. Що стосується механічних проточних витратомірів – це лопатеві і турбінні витратоміри. По ряду обмежень вони можуть застосовуватися не у всіх областях промисловості, і непридатні для точного визначення витрати палива на транспорті (реальна точність для них – від + / -5-7%), що дає відповідно до (2) до 60-80% похибки в заснованих на них диференціальних вимірювальних системах.
Практика показала, що реально працездатні в системах вимірювання витрати палива датчики двох-трьох типів – з обертовою шайбою (поршнем), що хитається шайбою і шестерні – на звичайних або на овальних шестернях.
Витратоміри, призначені для вимірювання невеликих (до 200 – 500 л / год) витрат рідини в тривалому режимі, виготовляються тільки у виконань з обертовою шайбою і з овальними шестернями.
Порівняємо ці два типи витратомірів з точки зору гідродинамічного опору, який вони створюють у паливній системі двигуна.
Витратоміри з обертовою шайбою створюють опір потоку дизельного палива (в залежності від його величини) в межах 10-100 mbar. Значення для витратомірів на овальних шестернях трохи вище – від 10 до 450 mbar. Це означає, що для витратомірів на обертається шайбі для дизпалива мінімальна висота для надходження палива «самопливом» складає близько 10 см, а для витратомірів на овальних шестернях 40-50см. Наскільки це багато? Для порівняння – стандартний тиск, що створюється паливним насосом підкачки (ТННД) складає 2,5-7,0 bar, що необхідно, у тому числі і для компенсації гідравлічного опору створюваного фільтром тонкого очищення палива в міру його забруднення (до 1,5 bar) . Таким чином, тиску створюваного насосом топлівоподкачкі більш ніж достатньо для включення у систему одного або двох витратомірів (при диференціальній системі вимірювання витрати палива).
Більш високе значення гідродинамічного опору витратомірів на овальних шестернях пояснюється, в тому числі і дуже точним виготовленням вимірювальних елементів (шестерень і камер), що виключає т.зв. ефект «витоку», характерний для витратомірів на обертається шайбі, коли при малих значеннях потоків шайба залишається нерухомою (підрахунок не ведеться), а паливо проходить через витратомір неврахованим. Витратоміри на овальних шестернях фіксують будь-який мінімальний витрата рідини при трохи більшому коефіцієнті відносної точності. Це є їх безперечною гідністю.