Расход – это количество вещества, проходящего через данное сечение в единицу времени. Количество вещества измеряется или в единицах объема (литрах, кубических метрах), или в единицах массы (килограммах, тоннах). ГОСТ 15528-86 дает более точное определение данной физической величине: «Физическая величина, равная пределу отношения приращения массы или объема, или количества жидкости (газа), протекающих в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к интервалу времени, за который это приращение произошло, при неограниченном уменьшении интервала времени» [1]. Измерительный прибор или совокупность приборов, предназначенных для измерения расхода жидкости (газа) согласно нормативно-технической документации, носит название расходомер жидкости.
Значение расходомеров в экономической сфере жизнедеятельности человека достаточно велико. Расходомеры необходимы для обеспечения заданного или оптимального режима технологических процессов в энергетике (тепловые и атомные электростанции), металлургии, в химической, нефтегазовой и многих других отраслях промышленности [2].
Развитие экономики и непрерывный процесс научно-технического прогресса предъявляет все большие требования к необходимости точного учета сырьевых и продуктовых потоков, что обуславливает рост объемов продаж приборов для измерения расхода. Для многих отраслей экономики, машиностроения, металлургии, на транспорте, коммунальном хозяйстве и особенно нефтегазовой промышленности информация о расходе вещества требуется в единицах массы [3].
Для измерения массового расхода с последующим накоплением его в результат измерения – массу – применяются массовые расходомеры. В последние десятилетия положено начало широкому распространению кориолисовых массовых расходомеров. Выпуск фирмой Micro Motion Inc. и последующая успешная эксплуатация вибрационного преобразователя с двумя U-образными трубками показали такие высокие качества данного типа расходомеров, как простота конструкции, высокая точность и независимость показаний от физических свойств измеряемой среды [4, с. 47-53].
Согласно ГОСТ Р 8.1025 «кориолисовый массовый преобразователь расхода – это силовой преобразователь расхода, в котором в процессе сообщения потоку ускорения Кориолиса создается сигнал измерительной информации, зависящий от массового расхода» [5].
Однако, данные расходомеры имеют ряд недостатков, что выражается в зависимости точности измерения данных приборов от факторов внешней среды. Такими факторами выступают: температура и давление потока среды и вибрации, возникающие на месте эксплуатации кориолисового массового преобразователя расхода. В текущей работе будет рассмотрен температурный фактор и представлены зависимости формы колебаний измерительной трубки и затухания колебаний при нагреве.
Далее представлены наиболее распространенные потенциальные влияния на измерения фактора температуры потока среды:
- Изменение упругости (жёсткости) трубок. Эластичность металлических трубок зависит от температуры: при нагревании они становятся более эластичными, что может изменить частоту колебаний и амплитуду вибрации, что в свою очередь, влияет на измерение силы Кориолиса, что показано на рисунке 1 и 2.
Рис. 1. Температурная зависимость модуля упругости стали
Рис. 2. Изменение формы колебаний трубки при нагреве
- Влияние на плотность среды. Температура рабочей среды может изменять её плотность, что сказывается на измерениях;
- Влияние на «ноль» массового расхода. Температура может вызывать смещение «нулевого» значения (показаний при отсутствии потока);
- Изменение демпфирования. Температура окружающей среды и текущей жидкости или газа влияет на величину демпфирования (затухания колебаний трубок). Асимметричное демпфирование может привести к смещению нуля расходомера, и, если оно изменяется под воздействием температуры, это вызывает неконтролируемые погрешности. Данная зависимость отображена на рисунках 3 и 4.
Рис. 3. Зависимость термоупругих напряжений в стенке трубки от температуры
Рис. 4. Изменение затухания и добротности при нагреве
