"МИ 2634-2001. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Расход и количество жидкостей и газов. Методика определения допускаемого диапазона измерений и метрологических характеристик измерительных комплексов с сужающими устройствами"
(утв. ВНИИМС)

Разработана Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (ВНИИМС) Госстандарта России.

Исполнители: Беляев Б.М., к.т.н.; Патрикеев В.Г., д.т.н. (рук. темы); Шенброт И.М., д.т.н.; Шаронов А.М., инж.

Утверждена ВНИИМС 2001 г.

Зарегистрирована ВНИИМС 2001 г.

Введена впервые.

Настоящая рекомендация в дополнение к ГОСТ 8.563.1/3-97 и МИ 2588-2000 устанавливает методику определения допускаемого диапазона измерений расхода и количества жидкостей и газов и метрологических характеристик (относительной и абсолютной погрешностей) измерительных комплексов со стандартными сужающими устройствами (ИК).

Метрологические характеристики ИК, установленные в настоящей рекомендации, характеризуют ИК на межповерочный интервал.

При сведении балансов с использованием вычислителей по МИ 2578-2000 необходима информация о значениях погрешности ИК в реальном времени. Эти данные включают в паспорт на узел учета в табличной форме. Настоящая рекомендация позволяет использовать значения абсолютных погрешностей в зависимости от значения перепада давления в течение отчетного периода (сутки, месяц, квартал и т.д.) и определяет как величину, так и погрешность измерений количества жидкостей и газов за отчетный период, что позволяет сводить балансы в реальном масштабе времени.

Алгоритмы функционирования вычислителей предусматривают использование паспортных данных по абсолютной погрешности ИК.

В настоящей рекомендации использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 8.563.1-97. ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения. Технические условия.

ГОСТ 8.563.2-97. ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств.

ПР 50.2.022-99. ГСИ. Порядок осуществления Государственного метрологического контроля и надзора за применением и состоянием измерительных комплексов с сужающими устройствами.

МИ 2578-2000. ГСИ. Методика выполнения измерений количества природного газа в Московской области измерительными комплексами на базе сужающих устройств с регистрацией результатов измерений на диаграммах самопишущих приборов и использования этих результатов при распределении небаланса между поставщиком и потребителями.

МИ 2588-2000. ГСИ. Методика выполнения измерений с помощью измерительных комплексов с сужающими устройствами для значения эквивалентной шероховатости измерительных трубопроводов R_ш * 10⁴ / D свыше 30.

Определение терминов, применяемых в данной рекомендации, с учетом РМГ 29-99:

Погрешность средств измерений - разность между показанием средств измерений и действительным значением измеряемой величины.

Абсолютная погрешность - погрешность средств измерений, выраженная в единицах измеряемой величины x.

Относительная погрешность - погрешность средств измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к результату измерений.

Приведенная погрешность , % - относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений.

Условно принятое значение величины называют нормирующим значением. За нормирующее значение принимают верхний предел измерения (для расхода q_в) или допускаемый диапазон изменения измеряемой величины (для расхода Nq).

Предел допускаемой погрешности - наибольшее значение погрешности средств измерений, установленное нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором его признают годным к применению.

Допускаемый диапазон измерений - диапазон измерений, в котором допускаемая погрешность не превышает установленного предела (по модулю).

3.1. Общие требования к средствам измерений

Измерения расхода и количества жидкостей и газов выполняют с помощью ИК, в состав которых входят основные узлы, перечисленные в разделе 1 ГОСТ 8.563.2-97 и разделе 3 МИ 2588-2000.

3.2. Сужающие устройства

3.2.1. Конструкция диафрагм соответствует требованиям п. 8.1 ГОСТ 8.563.1-97, сопел ИСА 1932 - пп. 9.1, 9.2, 9.3 и 9.4 ГОСТ 8.563.1-97.

3.2.2. Конструкция камер отбора давлений и выполнение отверстий для отбора давлений соответствуют требованиям п. 8.2 ГОСТ 8.563.1-97 для диафрагм и п. 9.5 ГОСТ 8.563.1-97 для сопел ИСА 1932.

Измерения внутреннего диаметра диафрагмы и горловины сопло ИСА 1932 выполняют в соответствии с требованиями п. 8.1.7 и п. 9.2.5 ГОСТ 8.563.1-97.

3.2.3. Сужающие устройства устанавливают в трубопровод в соответствии с требованиями раздела 7 ГОСТ 8.563.1-97.

3.3. Измерительный трубопровод

3.3.1. Измерительный трубопровод соответствует требованиям п. 7.5 ГОСТ 8.563.1-97.

3.3.2. Измерения внутреннего диаметра выполняют в соответствии с требованиями п. 7.5.1.2 ГОСТ 8.563.1-97.

3.4. Средства измерений параметров потока

Требования к характеристикам средств измерений параметров потока, их монтажу и эксплуатации соответствуют разделам 4 и 6 ГОСТ 8.563.2-97.

4.1. Метод измерений расхода и количества жидкостей и газов с помощью ИК изложен в разделе 5 ГОСТ 8.563.1-97 и разделах 6 и 7 МИ 2588-2000.

4.2. Уравнения для вычисления расхода жидкостей и газов представлены в п. 5.1 ГОСТ 8.563.2-97 и п. 6 МИ 2588-2000, уравнения для расчета количества среды приведены в п. 5.2 ГОСТ 8.563.2-97 и в п. 7 МИ 2588-2000.

4.3. В разделе 5 настоящей рекомендации изложены алгоритмы вычисления допускаемых диапазонов измерений. При этом учтены следующие положения:

4.3.1. Уравнения для вычисления коэффициента истечения, поправочных коэффициентов на влияние шероховатости и притупления входной кромки диафрагмы используют в виде, изложенном в разделе 5.2 ГОСТ 8.563.1-97 и разделе 4 МИ 2588-2000, а порядок вычисления погрешности измерений расхода и количества однофазных сред изложен в разделе 9 ГОСТ 8.563.2-97 и разделе 8 МИ 2588-2000.

4.3.2. Значения плотности (в рабочих или стандартных условиях), коэффициент динамической вязкости и показатель адиабаты определяют по методикам, установленным в ГОСТ 30319.0..3-96, по данным Государственной службы стандартных справочных данных (ГСССД) или на основании данных лабораторных анализов, выполненных в соответствии с действующими нормативными документами.

4.3.3. Измерения расхода и суточного количества проводят на основании данных информационных каналов по средним значениям за период осреднения по разности давления на сужающем устройстве , по абсолютному давлению на входе в сужающее устройство (p) и по температуре среды (t), которые поступают на вход вычислителя в реальном масштабе времени или находятся по планиметрическим числам и по методикам, установленным в п. 5.2.3 и приложении Г ГОСТ 8.563.2-97.

4.3.4. Перед измерениями разрабатывают комплект технической документации на ИК в соответствии с ПР 50.2.022-97. При этом определяют допускаемый диапазон измерений.

4.3.5. При разработке комплекта технической документации на ИК следует учитывать возможность последовательной установки двух дифманометров или параллельной установки двух дифманометров при одновременном использовании углового и трехрадиусного способа отбора разности давлений на сужающем устройстве, установленных в ГОСТ 8.563.1-97.

5.1. Перед определением допускаемого диапазона измерений необходимо выбрать один из критериев, на основании которых задают нижнюю границу допускаемого диапазона измерений. Нижнюю границу определяют по равенству максимального значения абсолютной погрешности и предела допустимого значения в допускаемом диапазоне измерений.

Допускаемое значение абсолютной погрешности в диапазоне измерения может быть получено исходя из четырех различных подходов:

5.1.1. Допускаемое значение на нижней границе диапазона измерений задают систематической составляющей допускаемой относительной погрешности измерений расхода , которую назначают исходя либо из норм точности, либо из иных соображений.

5.1.2. Допускаемое значение нижней границы диапазона измерений задают систематической составляющей абсолютной погрешности , равной систематической составляющей абсолютной погрешности при верхнем пределе измерений .

5.1.3. Допускаемое значение нижней границы диапазона измерений задают систематической составляющей допускаемой приведенной погрешности, отнесенной к верхнему пределу измерений расхода , которую назначают исходя либо из норм точности, либо из иных соображений.

При использовании этого критерия нижнее значение систематической составляющей абсолютной погрешности расхода вычисляют по допускаемой приведенной погрешности по формуле

5.1.4. Допускаемое значение нижней границы диапазона измерений задают величиной систематической составляющей приведенной допускаемой погрешности измерений расхода, отнесенной к диапазону измерений расхода , которую назначают исходя из норм точности или иных соображений.

При использовании этого критерия нижнее значение систематической составляющей абсолютной погрешности измерения расхода вычисляют из допускаемой приведенной погрешности по формуле

где N_qн = q_н / q_в - нижнее значение относительного расхода.

5.1.5. Абсолютная погрешность измерений количества связана с абсолютной погрешностью измерений расхода соотношениями по ГОСТ 8.563.2-97. При этом учитывают, что из абсолютной погрешности измерений расхода исключают ее случайную составляющую.

При выполнении расчетов метрологических характеристик ИК с промышленными преобразователями и с использованием такой их характеристики как "класс точности" всю погрешность принимают равной систематической.

Разделение погрешности на систематическую и случайную проводят при градуировке.

5.2. Порядок расчета технических и метрологических характеристик ИК в зависимости от выбранного критерия следующий:

5.2.1. По заданному диапазону изменения параметров ИК, при котором его эксплуатируют в течение межповерочного интервала (максимальные и минимальные значения температуры, абсолютного давления, плотности в стандартных условиях, компонентного состава среды и др.) выполняют расчеты верхнего и нижнего значения расхода в диапазоне изменения перепадов давления от верхнего предела измерений дифманометра до значения разности давлений, соответствующего минимальному допускаемому числу Рейнольдса для данного типа сужающего устройства и данного типа отбора разности давлений.

5.2.2. При этом выполняют расчеты систематической составляющей относительной и абсолютной погрешностей измерений параметра x (расхода q, количества массы m или объема V) и перепада давления на сужающем устройстве , при каждом i-ом значении разности давлений.

5.2.3. В зависимости от выбранного критерия отмечают границу допускаемого значения нижнего предела измерения расхода.

При использовании двух дифманометров верхний предел измерений второго дифманометра выбирают как минимальный верхний предел измерений в диапазоне измерений с одним дифманометром.

5.2.4. В паспорт заносят окончательные результаты расчета технических и метрологических характеристик ИК с одним или двумя дифманометрами, установленными последовательно.

В качестве погрешности ИК принимают максимальные значения относительной и абсолютной погрешностей при всех возможных сочетаниях параметров в соответствии с п. 5.1.1.3 ПР 50.2.022-99.

5.2.5. При установке двух дифманометров параллельно разрабатывают два комплекта технической документации и две таблицы технических и метрологических характеристик, сформированных отдельно для каждого канала с угловым и трехрадиусным отбором перепада давления на одном сужающем устройстве, но при возможных двух различных значениях внутреннего диаметра измерительного трубопровода, лежащих в допускаемых пределах 0,3%.

Результирующую техническую и метрологическую характеристики ИК формируют из условия равенства массовых расходов в обоих каналах.

Оценкой значения расхода и количества при одновременных его измерениях по каналу с угловым и трехрадиусным отборами перепада давления принимают среднее арифметическое значение.

Оценку погрешности среднего арифметического значения расхода или количества принимают с учетом уменьшения относительной погрешности ИК в (2)^0,5 ~= 1,4 раза, так как в этом случае систематическая погрешность преобразуется в случайную, благодаря использованию двух измерительных каналов на одном сужающем устройстве.

5.3. Примеры расчета технической и метрологической характеристик ИК с одним и двумя дифманометрами приведены в таблицах 2, 3, 4, 5, 6 и 7 Приложения. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1 Приложения.

В таблице 2 и 3 приведены технические и метрологические характеристики, соответствующие условиям эксплуатации при параметрах, обеспечивающих минимальное и максимальное значение расходов. Здесь указаны границы допускаемых диапазонов измерений, определенных по различным критериям.

Таблица 4 содержит паспортные технические и метрологические характеристики, полученные при максимальной погрешности измерений в соответствии с ПР 50.2.022-99. Здесь указаны границы допускаемых диапазонов измерений, определенных для двух дифманометров, соединенных последовательно с угловым отбором перепада давления и критерием, рекомендованным в п. 5.1.3 настоящей рекомендации.

Таблица 5 содержит технические и метрологические характеристики с допускаемым диапазоном измерений при одном дифманометре, полученные по критерию, рекомендованному в п. 5.1.3 настоящей рекомендации и соответствующему ПР 50.2.022-99.

Таблица 6 содержит технические и метрологические характеристики с допускаемым диапазоном измерений при одном дифманометре, полученные по критерию, изложенному в п. 5.1.4 настоящей рекомендации.

Таблица 7 содержит технические и метрологические характеристики с допускаемым диапазоном измерений при двух дифманометрах, расположенных параллельно при условии, что внутренние диаметры измерительного трубопровода при трехрадиусном и угловом отборах равны.

Примечание. Допускаемое значение абсолютной погрешности объема за 1 час при заданной приведенной погрешности в 5% равно 0,05 * q_max * 1 = 0,05 * 1883,42 * 1 = 94,42 м³.

Примечание. Допускаемое значение абсолютной погрешности объема за 1 час при заданной приведенной погрешности в 5% равно 0,05 * q_max * 1 = 0,05 * 2104,88 * 1 = 105,4 м³.

Примечание. # - символ верхнего предела измерений дифманометра; > - нижняя граница диапазона измерений расхода; - граница, где число Рейнольдса достигает минимального допускаемого значения.

Примечание. При параметрах, соответствующих минимальному объему за 1 час, имеем

, , N_qн = 13,11, q_max = 1883,42, , а при параметрах, соответствующих максимальному расходу, имеем , ,

N_qн = 13,1, q_max = 2104,88, .

Примечание. # - символ верхнего предела измерений дифманометра; - граница, где число Рейнольдса достигает минимального допускаемого значения для трехрадиусного отбора.

Графическая интерпретация принципа равенства максимального значения абсолютной погрешности и предела допустимого значения в допускаемом диапазоне измерений (принцип РАД) при определении нижней границы допускаемого диапазона измерения расхода и количества

Относительная погрешность ИК по расходу монотонно возрастает в основном благодаря увеличению погрешности канала по измерениям разности давлений на сужающем устройстве.

Абсолютная погрешность ИК по расходу имеет ярко выраженный минимум, связанный с тем, что изменение расхода происходит быстрее, чем изменение перепада давления (связь между ними имеет квадратичный характер).

При верхнем пределе измерений перепада давления расход и разность давлений на сужающем устройстве имеют максимальное значение, поэтому относительная погрешность минимальна, а абсолютная максимальна (точка "a"). По мере уменьшения расхода перепад давления уменьшается. По рекомендациям п. 5.1.1 (точка "b") в качестве нижней границы допускаемой погрешности выбирают значение допускаемой относительной погрешности. Абсолютная погрешность в точке "c" в точности равна абсолютной погрешности в точке "a". В диапазоне измерения "a - c" абсолютная погрешность не превысит величины, соответствующей верхнему пределу измерений (п. 5.1.2), хотя относительная погрешность в точке "c" может быть значительно больше допускаемого значения (табл. 4, 5, 6 и 7).

Допускаемый диапазон измерений расхода станет еще больше, если погрешность в точке "a" меньше допускаемого значения абсолютной погрешности, полученной по приведенной погрешности, отнесенной к верхнему пределу измерений расхода (точка "g"), в соответствии с п. 5.1.3 (таблица 5), или допускаемого значения абсолютной погрешности, полученной по приведенной погрешности, отнесенной к допускаемому диапазону измерений (точка "d"), что соответствует рекомендации п. 5.1.4 (таблица 6). Если допускаемые приведенные погрешности приведут к абсолютной погрешности меньше, чем абсолютная погрешность в точке "a", то в этом случае использовать ИК для коммерческих учетов нельзя, как и в случае, если относительная погрешность в точке "a" будет больше допускаемого значения.