---

Измерение количества среды при нестационарном потоке

Ж.1 Назначение, область применения

Ж. 1.1 Настоящее приложение устанавливает основные правила, средства и порядок проведения работ, необходимые для:

• определения режима течения среды;

• определения составляющей неопределенности измерения количества среды, обусловленной нестацио- нарностью потока;

• учета составляющей неопределенности измерения количества среды, обусловленной нестационарностью потока.

Ж. 1.2 Настоящее приложение рекомендуется применять в случае, если допускаемая относительная расши­ренная неопределенность измерений расхода и количества среды менее 1,5 %.

Ж.2 Обозначения и сокращения

Ж.2.1 Обозначения

Дополнительные условные обозначения, используемые в настоящем приложении, приведены в табли­це Ж.1.

Т а б л и ц а Ж.1 —Условные обозначения величин

Ж.2.2 Индексы обозначений параметров

Дополнительные индексы, соответствующие обозначениям параметров, относят к величинам, характеризу­ющим данные параметры.

Следующие индексы относят к обозначениям: и — измеренное значение; min —минимальное значение; max — максимальное значение.

Ж.2.3 Сокращения

В настоящем приложении применены следующие дополнительные сокращения:

АЧС — амплитудно-частотный спектр;

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика;

ВБ — вентильный блок;

ВП — вторичный прибор;

ВУ — вычислительное устройство расхода и количества среды;

ИОР — испытания по определению режима течения;

ИОН — испытания по определению неопределенности измерения количества среды, обусловленной нестационарностью потока;

КИ — канал измерения параметра, измерительный канал;

МВИ — методика выполнения измерений;

СРП — способ определения количества среды с раздельным измерением параметров;

САП — способ определения количества среды с автоматизированным измерением параметров.

Ж.З Термины и определения

В настоящем приложении применены следующие дополнительные термины с соответствующими определе­ниями.

Ж.3.1 Характеристики нестационарного потока среды

Ж.3.1.1 мгновенное значение параметра: Значение параметра, соответствующее определенному момен­ту времени, моменту события.

Ж.3.1.2 нестационарность: Любое изменение мгновенного значения параметра во времени.

Ж.3.1.3 нестационарный поток среды: Поток среды, в котором значения его основных параметров являют­ся нестационарными.

Ж.З. 1.4 режим течения нестационарного потока: Разновидность течения среды, в котором характер ее движения определяется диапазоном изменения масштабных и временных параметров нестационарного потока.

Ж.З. 1.5 способ определения количества среды с раздельным измерением параметров: Способ, при котором определение количества среды осуществляют по результатам обработки данных регистрации параметров потока за отчетный период времени.

Ж.З.1.6 способ определения количества среды с автоматизированным измерением параметров: Способ, при котором для определения расхода и количества среды применяют ВУ или измерительные комп­лексы.

Ж.З. 1.7 основные параметры потока: Массовый и объемный расход, а также параметры среды, являю­щиеся определяющими при измерении расхода: перепад давления на СУ и плотность среды (давление и темпера­тура среды).

Ж.З.1.8 динамические параметры режима течения потока: Характеристики потока, используемые для анализа режимов течения нестационарного потока.

Примечание — К динамическим параметрам режима течения потока относят:

1. средние значения основных параметров за определенный интервал (цикл) времени;

2. временные параметры, такие как:

• частота пульсаций;

• время переходного процесса;

3. масштабные параметры, такие как:

• амплитуда (относительная амплитуда) пульсаций;

• среднеквадратическая амплитуда пульсаций;

• относительное отклонение параметра;

4. совокупные динамические параметры, такие как:

• вид функции изменения параметра во времени;

• амплитудно-частотный спектр пульсаций.

Ж.3.1.9 вид нестационарности потока: Характер изменения параметров потока во времени.

Примечание — В настоящем приложении приняты следующие виды неста ционарности потока:

1. низкочастотные пульсации потока — обобщенное определение вида нестационарности, подразумеваю­щее под собой характер изменения параметров потока, обусловленный технологическим режимом работы ИТ за отчетный период времени (в основном — разнообразные переходные процессы, связанные с режимом поступле­ния и потребления среды, в частности и пульсирующие процессы);

2. среднечастотные пульсации потока — пульсации основных параметров потока среды, обусловленные A4C(q_m) на входе в ИТ (зависит оттипа источника потока среды и АЧХ системы подачи среды до ИТ) и собственными динамическими свойствами ИТ;

3. высокочастотные пульсации — обобщенное определение пульсаций любых параметров в ИТ и КИ, свя­занные с акустическими эффектами, турбулентными пульсациями.

Ж.3.1.10 относительное отклонение параметра: Характеристика степени отклонения параметра от его среднего значения. Значение А определяют по формуле &

А_у=±^. (Ж.3.1)

У

Примечание — Данный масштабный параметр является определяющим для низкочастотных пульса­ций Др(т) при нахождении режима течения.

Ж.3.1.11 амплитуда (относительная амплитуда) пульсаций параметра: Масштабный параметр, харак­теризующий максимальное отклонение параметра или степень отклонения относительно его среднего значения в течение периода пульсаций.

Примечание — Значение амплитуды рассчитывают по формулам:

Д(у) =

Утах Утіп

2

А(У) =

АУ) _ Утах Утіп У Утах + Утіп

(Ж. 3.2)

(Ж. 3.3)

Ж.3.1.12 среднеквадратическая амплитуда пульсаций перепада давления: Среднеквадратическое отклонение значений Др(т) за интервал времени измерений (средневзвешенная амплитуда АЧС Др(т)).

Примечание — Среднеквадратическую амплитуду пульсаций перепада давления определяют по фор­муле

{¥ X 2

2^[Ар(т)/-Ар]

Ap_s = А , (Ж.3.4)

п

где і = 1 ...л — номер точки измерения;

п — число точек измерения за интервал времени измерения.

Ж.3.1.13 относительная среднеквадратическая амплитуда пульсаций перепада давления: Сред­невзвешенная относительная амплитуда части АЧС Др(т), относящейся к среднечастотным пульсациям. Зна­чение относительной среднеквадратической амплитуды пульсаций перепада давления рассчитывают по фор­муле:

~ Дрз

Ap_s= = ■ (Ж.3.5)

Др

Примечание — Данный масштабный параметр является определяющим для среднечастотных пульса­ций Др(т) при нахождении режима течения.

Ж.3.1.14 амплитудно-частотный спектр пульсаций параметра: Зависимость амплитуды или относитель­ной амплитуды пульсаций параметра от частоты его пульсаций.

Примечание — Характерный вид АЧС Др(т) приведен на рисунке Ж.1.

АЧС Др(т) содержит три части: низко-, средне- и высокочастотную, условно разделенные между собой значе­ниями граничных частот, соответственно f1, f2. Принято, что значения f 1, f2 соответствуют А1 =0,14.

Низко- и среднечастотные части относятся к действительной части спектра. Высокочастотная часть спектра может содержать мнимые области частот (отмечено на одном из графиков пунктирной линией), не отвечающих за реальное изменение расхода, соответственно и Др(т), во времени: последние могут возникать из-за резонансных явлений в камерах отбора давления и соединительных линиях до ППД.

о 0,1 1,0 10 100(0) 0,1 1,0 10 f, Гц

f2 f1 f2

Рисунок Ж.1 — Характерные виды АЧСЛр(т) на диафрагме при нестационарном потоке природного газа

Ж.3.1.15 амплитудно-частотная характеристика: Частотная динамическая характеристика, связываю­щая между собой амплитуды входных и выходных параметров системы КИ как функцию f.

Примечание — АЧХ рассчитывают по формулам:

G

(Ж.3.6)

(Ж.3.7)

y — Кду (/),

/X _ ^увых(0

^У Л_увх(0

где K^_y(f) — амплитудный коэффициент КИ параметра;

А_{у вх}(f) — амплитуда параметра на входе;

А _вых(f) — амплитуда параметра на выходе.

Ж.3.1.16 равномерная полоса пропускания частоты: Диапазон частот, в котором значение K^_y(f) = 1,0, т. е. система или КИ пропускает (измеряет) пульсации у(т) без искажений.

Ж.3.1.17 коэффициент коррекции: Коэффициент, учитывающий неопределенность (УД при определе­нии расхода и количества среды, рассчитываемый по формуле

К

(Ж.3.8)

_д=

^д 1 + 0.01U'

Ж.3.2 Измерительный канал и его компоненты

Ж.3.2.1 измерительный канал: Совокупность определенным образом связанных между собой СИ и других входящих в канал систем (компонентов измерительного канала), реализующих процесс измерения параметра и обеспечивающих получение результатов измерений параметра.

Ж.3.2.2 компоненты измерительного канала: Входящие в состав измерительного канала системы или технические устройства, выполняющие одну из функций, предусмотренную процессом измерения.

Примечание — Компоненты КИ подразделяют на измерительные, вычислительные и связующие.

Ж.3.2.3 измерительный компонент КИ: Средство измерений, измерительный прибор (например, дифма­нометр), первичный преобразователь параметра и ВП.

Ж.3.2.4 связующий компонент КИ: Техническое устройство, система и (или) часть среды, предназначен­ные или используемые для передачи сигналов от одного компонента КИ к другому.

Примечание — Связующими компонентами КИ являются технические устройства (разделительные сосуды, запорные, уравнительные и продувочные вентили, соединительные линии, газосборники, разделительная жидкость и др.), используемые в схемах установок разделительных сосудов (см. приложение В) и схемах присоеди­нения дифманометров (см. приложение Г).

Ж.3.2.5 вычислительный компонент КИ: ВУ (или его часть) совместно с программным обеспечением, выполняющее функцию обработки (вычисления) наблюдений (или прямых измерений) для получения результатов прямых (или косвенных, совместных) измерений параметра, выражаемых числовым значением или соответствую­щим ему кодом.

Ж.4 Метод определения количества среды

Ж.4.1 Основные положения

Ж.4.1.1 Метод определения количества среды основывается на следующих допущениях:

1. значение Ap_s(т) не превышает 0,5;

2. значение относительной среднеквадратической амплитуды пульсаций плотности (давления) рДт) или P_s(t) не превышает 0,025. В настоящем приложении принято, что данное предположение выполняется для мало сжимаемой среды (жидкость) и сжимаемой среды (газ) с абсолютным ее давлением в ИТ >1,0 МПа;

3. потоки в конкретных ИТ являются детерминированными относительно АЧС Др (т), относительной ампли­туды пульсаций перепада давления и, следовательно, для Ap_s и основных составляющих (УД;

4. неопределенность измерения количества среды (Уд в основном обусловлена наличием среднечастотных пульсаций потока;

5. при определении (Уд соблюдается условие квазистационарности уравнения мгновенного значения расхо­да. Данное допущение предполагает, что значения коэффициентов истечения и расширения равны своим значени­ям при стационарном (установившемся) режиме течения.