Рабочий эталон нулевого разряда «КОНГ-Эталон»

Простота настройки, наглядность представления информации, а также предлагаемый на выбор пользователю ручной или автоматический режим калибровки измерителей серии «КОНГ-Прима» не требует привлечения высококвалифицированного персонала, и делают работу комплекса простой и удобной. Например, работа в автоматическом режиме вообще не требует привлечения обслуживающего персонала. Конструкция образцовой камеры и идеология воспроизведения величины влагосостояния позволяют работать с комплексом при давлении до 10 МПа.

Встроенный источник питания преобразует напряжение переменного тока 220В 50Гц в напряжение постоянного тока 24В, которое используется для питания согласующего электронного блока и поверяемого преобразователя «КОНГ−Прима».

Согласующий электронный блок комплекса, функциональная схема которого приведена ниже на Рис. 2, встроен в корпус поверочного комплекса и выполняет следующие функции:

- измерение сопротивлений терморезисторов корпуса образцовой камеры и конденсационного зеркала;

- измерение выходного токового сигнала 0−24 мА поверяемого преобразователя точки росы;

- питание термоэлектронных батарей (ТЭБ) комплекса стабилизированным током, величина которого задается внешним компьютером;

- передачу измеренных данных на внешний компьютер.

Рис. 2. Функциональная схема согласующего электронного блока

Остановимся более подробно на описании функций согласующего электронного блока.

Управляемый источник тока обеспечивает питание ТЭБ стабилизированным то­ком, величина которого задается внешним компьютером. В его состав входят инте­гральный ЦАП, преобразователь “напряжение - ток”, и усилитель мощности на транзисторах. Внешний компьютер, управляя выходным напряжением ЦАП, может изменять величину тока, питающего ТЭБ, в пределах от минус 600 мА до +2,6 А.

Измерение сопротивлений терморезисторов и токового сигнала 0−24 мА обеспе­чивает АЦП. В его состав входят 12-разрядный 8-ми канальный АЦП и интеграль­ный источник опорного напряжения. Переключение каналов измерений и съем ре­зультатов измерений осуществляется внешним компьютером.

Согласующий усилитель преобразует сопротивление терморезисторов в напря­жение, величина которого не превышает входной диапазон АЦП при изменении температуры от минус 50°С до +50°С. В его состав входят два генератора тока для питания терморезисторов и два усилителя напряжения.

Для управления комплексом разработано специальное программное обеспечение, которое выполняет следующие функции автоматического поддержания заданной точки росы, отображения на панели управления комплексом числовых значений контролируемых параметров, протоколирование работы как при калибровке влагомеров серии "КОНГ-Прима", так и при проведнии каких-либо других, например исследовательских работ. Программа для управления комплексом имеет низкие системные требования, очень удобна при установке и использовании, работает практически под всеми разновидностями операционной системы "Windows". Достаточно запустить программу установки, и она автоматически выполнит все действия, связанные с установкой программного обеспечения на компьютер типа "Notebook", входящий в комплект поставки, или на любой другой компьютер.

После запуска программы на экране управляющего компьютера появится панель управления поверочным комплексом "КОНГ". Внешний вид панели управления поверочным комплексом "КОНГ" приведен ниже, на рис. 3.

Рис. 3. Панель управления «Поверочным комплексом КОНГ»

Программа управления комплексом обеспечивает ручной и автоматический режимы работы как с приборами "КОНГ-Прима", так и при проведении каких-либо исследований с использованием комплекса. На рисунке 3 в окне "Протокол работы" существуют графы, на которых стоит остановиться более подробно. В графе «Время» фиксируется время записи строки протокола, в графе «Т1» указывается темература корпуса комплекса "КОНГ", в графе «Т2» - заданная на данный момент времени точка росы, в графе «Т3» - точка росы, измеренная прибором «КОНГ−Прима». Пока­зания снимаются с токового выхода прибора «КОНГ−Прима».

-

В графе «T3-T2» - значение отклонения величины точки росы, измеренной подключенным преобразователем «КОНГ−Прима», от величины, воспроизводимой комплексом. Все вышеописанное представлено на рис. 4.

Рис. 4. Вид заполненного окна "Протокол работы"

Автоматический режим работы очень удобен тем, что позволяет запрограммировать комплекс на долгий режим работы, в течении которого программа управления будет автоматически выполнять действия, заданные оператором комплекса, через указанный им же промежуток времени, ведя при этом протокол работы.

При работе в автоматическом режиме у пользователя есть возможность создать файл истории работы комплекса, который сохраняется на жестком диске компьютера и содержит копию данных панели «Протокол работы» в табличном и графическом виде, от начала автоматического режима до его завершения. (см. рис.5.)

Рис. 5. Внешний вид панели файла истории

По графику можно увидеть, что измеренная точка росы отличалась от заданной (красная и синяя линии) в диапазоне +20°С.

Заголовок файла истории по умолчанию состоит из даты и времени запуска автоматического режима, а также номера проверяемого прибора. Пользователю остается только дополнить заголовок своими комментариями в поле, чтобы облегчить впоследствии поиск интересующего файла. При желании можно сформировать отчет для вывода на печать, в котором указаны сведения о приборе и поверочном комплексе, результаты поверки и график погрешности (см. рис. 6).

Рис. 6. Отчет, формируемый программой хранения данных

Из данного отчета видно, что анализатор не прошел поверку, и его погрешность вышла за допустимые пределы.

В автоматическом режиме на панели управления комплексом отображается суммарное время работы в автоматическом режиме и оставшееся время выдержки текущей точки росы. По окончании времени, которое пользователь определил для работы в автоматическом режиме, комплекс сам переходит в ручной режим работы.

Если в течение какого-то времени надобность работы в автоматическом режиме отпала, или требуется вмешательство в работу комплекса, пользователь может остановить автоматический режим и продолжить работу по своему усмотрению.

Программным обеспечение предусмотрена возможность экспорта данных из файла истории в программу обработки электронных таблиц «Microsoft Excel». При экспорте программа автоматически запускает программу "Microsoft Excel", если она установлена на компьютере, и дальнейшая обработка данных производится уже сред­ствами этой программы. На Рис. 6 представлен пример отчета с графиком погрешности.

Для поверки комплекса не нужно иметь каких-то специальных средств. Вполне достаточно термокамеры, образцового термометра, вольтметра и магазина сопротивлений, встречающихся практически на любых производствах.

Дополнительные возможности «Поверочного комплекса КОНГ»

В виду своих функциональных особенностей использование «Поверочного комплекса КОНГ» не исчерпываются проверкой метрологических характеристик преобразователей семейства "КОНГ-Прима". Отсутствие расходных материалов и возможность с легкостью задавать температуру точки росы в широком диапазоне, позволило использовать поверочный комплекс "КОНГ" в научно-исследовательской работе. В исследовательской лаборатории НПФ "Вымпел" был поставлен ряд экспериментов, для проведения которых использовался вышеуказанный комплекс совместно с анализатором точки росы "КОНГ-Прима-4". Эксперименты охватывали ряд проблем, среди которых были затронуты такие важные вопросы как:

§ влияние присутствия солей на температуру точки росы (на зеркало проверочного комплекса наносилась пленка солевого раствора);

§ измерение точки росы по гидратам и отличие ее от точки росы по воде (в камеру поверочного комплекса закачивался природный газ под давлением, в этом случае на зеркале моделируется точка росы по гидратам);

§ Влияние на точку росы присутствия спирта (на зеркало поверочного комплекса наносилась пленка спирта);

§ Измерение температуры точки росы по воде и по углеводородам (камера термогигростата продувалась воздухом с точкой росы –20°С, после чего в нее заносился углеводород, например конденсат, перекрывались входные вентили, и комплексом моделировалась точка росы по углеводородам).

§ Измерение точек росы по льду и по воде и их отличия друг от друга в диапазоне -20 °С…-40°С.

Полученные результаты частично опубликованы (см. [ ]) и будут детально рассмотрены в последующих пубикациях.

Ниже приведена экспериментальная схема исследовательской установки на базе поверочного комплекса "КОНГ" и анализатора точки росы по влаге и углеводородам "КОНГ-Прима-4" (см. Рис. 7.). В данный момент установка успешно используется НПФ "Вымпел" для дальнейшего изучения проблем, так или иначе возникающих при измернии точки росы и контроле качества подготовки газа.

Рис.7. Схема установки для исследования гидратообразования

1. Анализатор точки росы по влаге и углеводородам "КОНГ-Прима-4";

2. Поверочный комплекс "Конг";

3. Баллон с воздухом (газом);

4. Манометр контроля давления в поверочном комплексе "КОНГ";

5. Манометр контроля давления в баллоне 3;

6. Редуктор;

7. Продувочный вентиль;

8. Вентиль подачи воздуха (газа);

9. Заправочный вентиль;

А – измерительная камера, В – вход и выход исследуемого газа, С – фторопластовый колпак и цилиндр, D – чувствительный элемент преобразователя точки росы “КОНГ-Прима”, Е – зеркало поверочного комплекса "Конг".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, научно-производственой фирмой "Вымпел" разработан переносной «Поверочный комплекс КОНГ», который является техническим средством широкого спектра применения. Комплекс имеет определенные достоинства по сравнению с имеющимися аналогами: малые габариты, возможность работы в полевых условиях, простота и удобство в обращении. Следует также отметить, что «Поверочный комплекс КОНГ» не требует каких-либо расходных материалов, т.е. является полностью автономным. В настоящее время комплекс серийно выпускается. Выпушено около 50 штук, основными потребителями являются организации, широко применяющие преобразователи температуры точки росы серии «КОНГ-Прима» (более 10 преобразователей). Генераторы нашли применение не только в нашей стране, но также пользуются спросом в странах Западной Европы. Выше была указана возможность использования комплекса не только в целях поверки средств измерения точек росы газа приборами КОНГ Прима 2 и 4, но и в научно-исследовательских целях. Всё это делает комплекс надежным и удобным инструментом для многих организаций, занимающихся научно – исследовательской работой и так или иначе связанных с проблемами контроля качества газа.

На следующем этапе разработки метрологического обеспечения для средств измерения качества газа серии «КОНГ-Прима» возникла потребность в создании эталонного средства, позволяющего оценить достоверность измерения точки росы по влаге и углеводородам природного газа при рабочих давлениях измеряемой среды до 10 МПа.

В результате был создан единственный в России рабочий эталон нулевого разряда единицы температуры точки росы при давлении до 10 МПа «КОНГ-Эталон», который воспроизводит единицу точки росы по влаге с точностью ±0,12ºС и точки росы по углеводородам с точностью ±0,5ºС при давлениях до 10 МПа и может работать с природным газом.

В настоящее время метрологическая аттестация всех приборов для измерения влажности газов производится на образцовом оборудовании, которое моделирует заданную влажность при атмосферном давлении парогазовой смеси. В качестве рабочего газа в нем применяются: азот по ГОСТ 9293-74, аргон по ГОСТ 10157-79, гелий по ТУ 51-940-80, воздух по ГОСТ 17433-80 и другие чистые нейтральные и инертные газы. Используемые же в газовой промышленности гигрометры предназначены для измерения точки росы природного газа при рабочем давлении в трубопроводе. Кроме того, наряду с контролем влажности в природном газе необходимо определять температуру конденсации тяжелых углеводородов и оценить влияние на рассмотриваемые параметры технологических примесей, содержащихся в газе.

Таким образом, возникает потребность в создании эталонного средства, позволяющего определить достоверность измерения точки росы по влаге и углеводородам природного газа не только при нормальных условиях, но и при рабочих давлениях (по крайней мере до 10 МПа, а на АГНКС, - до 25 МПа).

До последнего времени подобным средством поверки гигрометрических приборов оставался эталонный динамический генератор влажного газа «Родник-100» (установка высшей точности УВТ1-100, разработанный и изготовленный во ВС НИИФТРИ (Восточно-Сибирский НИИ физико-технических и радиотехнических измерений) г. Иркутск. Этот генератор позволяет воспроизводить температуру точки росы в диапазоне давлений от 0,1 до 10 МПа с погрешностью не более 0,1°С. Однако весьма существенным недостатком этого генератора является то, что диапазон воспроизведения точки росы ограничен только областью положительных по Цельсию температур. Этот диапазон температур совершенно не достаточен для целей газовой промышленности, т.к. в отраслевом стандарте ОСТ 51.40-93 по показателям качества товарного газа речь идет о температурах точки росы по крайней мере до минус 20 ^оС. В представленной в 2003 году ВНИИГазом обновленной версии отраслевого стандарта предполагаются измерения точек росы газа по термодинамически наиболее стабильной водной фазы (это фактически означает, что на экспериментальном стенде следует задавать влажность газа, обеспечивающую определенные точки росы газа по переохлажденной воде, газовым гидратам и водометанольному раствору). Что касается задания отрицательных по Цельсию температур точек росы газа, то это принципиально возможно на динамических генераторах влажности «Родник-2» и «Родник-3» (см. обсуждение в [1]), построенных по принципу двух давлений, но только при атмосферном давлении. Воспроизведение же точки росы при повышенных давлениях в измерительной камере (до 10 МПа) в широком диапазоне температур обеспечивает поверочный комплекс «КОНГ» [1, 2], разработанный и серийно выпускаемый в настоящее время научно-производственной фирмой «Вымпел» (г. Саратов). Достоинство поверочного комплекса «КОНГ» - возможность практического использования в промышленных условиях для оперативной поверки влагомеров в условиях производственного предприятия. Однако недостатком поверочного комплекса является то, что заданная точка росы воспроизводится в малом замкнутом объеме (в рамках этой технологии оперативной поверки гигрометров, по видимому, затруднительно достигнуть метрологическую точность воспроизведения точки росы на уровне 0,1 - 0,25 ^оС). Кроме того, чисто конструктивно использование поверочного комплекса «КОНГ» ограничено Анализаторами серии «КОНГ - Прима» и принципиально не пригодно для тестирования других типов приборов.

В связи с этим специалистами НПФ «Вымпел» разработан рабочий эталон для исследования в широком диапазоне температур и давлений точности измерения различными гигрометрами точек росы газа по влаге (а также льду, газовым гидратам) и тяжелым углеводородам. Кроме того, этот стенд позволяет изучить влияние различных технологических примесей в природных газах на показатели качества товарного газа.

.

Дата добавления: 2014-01-07