Измерение расхода воды ультразвуком

[ВалерийC]

Какой измерительный участок должен быть при диаметре трубопровода 700 мм

[Артём Александрович]

Простой ответ - 700 мм, того же диаметра.
Нельзя ли больше исходных данных?

[ВалерийC]

С диаметром понятно,а конструктивно? Т.е. как устанавливать датчики?По диаметру или 2 пары по диаметру?По хорде или несколько пар по хорде?

[Артём Александрович]

Смотря что вы хотите получить на выходе. Это вам решать.
При однолучевом зондировании погрешность = +-(0,95+0,1/v)
двухлучевом зондировании погрешность = +-(0,45+0,1v)
При двухлучевом зондировании сокращаются длины прямолинейных участков.
При установке датчиков по хорде нет нужды корректировки по вязкости.
Вообщем вам решать.

В зависимости от расхода, может быть будет необходимо уменьшить диаметр измерительного участка, для локального повышения скорости жидкости и соответственно уменьшения погрешности измерения.

[ВалерийC]

Спасибо,Артём Александрович! А вы сталкивались с проблемой расхода в прямой и обратной теплосети при закрытой системе теплоснабжения?

[Артём Александрович]

С какой проблемой? Небаланс?
Я выполнял и продолжаю выполнять монтаж и наладку большого количества узлов учета теплоносителя на источниках(ну и у потребителей). Диаметры от Ду10 до Ду2200. По документам они тоже закрытые. Реально - нет.

Опишите свою проблему.

[ВалерийC]

Здравствуйте, да небаланс.Действительно по документам система закрытая.Это теплоснабжение небольшого города(прямая,обратка и подпитка-всего 3 трубопровода, казалось бы-что проще?)Но при расходе прямой около 1900 м3/ч возврат-1820 м3/ч, подпитка -  15 м3/ч.Причём при изменении температуры изменяется и разность расходов.В настоящий момент расходомерные участки на прямой 500 мм,обратка-400 мм.В след.году планируется замена трубопроводов на 700 мм оба. Заказаны расходомерные участки на "Взлёте".Может есть какие-то факторы влияющие на расход в обратке,про которые я не знаю?Система работает довольно долго уже -около 10 лет.Планируется также замена грязевика, который в принципе дросселирует обратку, но довольно далеко от датчиков -3 местное сопротивление.Может в нём проблема?

[Артём Александрович]

Ну я бы сказал что у вас практически нет небаланса. Вы указали цифры в м3/ч. А нужно смотреть в тоннах. Ну или если теплоноситель в подаче и обратке имеет одинаковые параметры по температуре и давлению, то можно и в кубах. Но этого быть не может:)

Расходомеры настроены? Введены поправки по dT0 и доп.задержки УЗС? Геометрия измерительных участков введена верно, в соответствии с паспортами на ИУ?

По какой причине вы решились на увеличение диаметра? Ведь это ухудшение метрологических характеристик прибора(помните что я вам говорил выше?)

[Sefko]

Ну я бы сказал что у вас практически нет небаланса. Вы указали цифры в м3/ч. А нужно смотреть в тоннах. Ну или если теплоноситель в подаче и обратке имеет одинаковые параметры по температуре и давлению, то можно и в кубах. Но этого быть не может:

Вот именно! Если грубо прикинуть (подпитка 10°C, подача 90°C, обратка 60°C) и не принимать во внимание разницу давлений, то относительная величина дисбаланса получается всего около 1.2%. Если учитывать изменчивость давлений, то дисбаланс вообще-то возрастет: где-то около 1.6%. Но нужно же принимать во внимание еще одно обстоятельство, ради напоминания которого я и пишу это сообщение:
В подсчете баланса участвует три прибора. Допустимая величина дисбаланса получается взвешенной суммой допустимых погрешностей приборов.

Вкладом подпитки можно пренебречь. Веса подачи и обратки практически одинаковы. Судя по всему и приборы на подаче и обратке стоят одного класса. Стало быть, допустимый относительный дисбаланс в данном случае равен удвоенной относительной погрешности одного прибора.
Вряд ли эти приборы имеют погрешность менее. чем 0.8%.

[ВалерийC]

Здравствуйте,был в отъезде. Я согласен,что небаланс укладывается в погрешность, но эта разность расходов получается как постоянная составляющая погрешности в плюс, а не гуляет вокруг 15-и.Ведь с таким же успехом обратка может превышать прямую-так может и получиться при замене участков(очень бы не хотелось). В тоннах тоже не получается.Участки меняем вслед за городской теплосетью, в связи с возрастающей нагрузкой и необходимостью увеличения общего расхода.Геометрия и параметры приборные введены корректно.А давлением до 20 кг,я думаю,надо пренебрегать.

[ВалерийC]

А,вообще,я на форуме новичок.Не очень привык к такому общению,случайно получилось.Смешно,наверное,но каждый мой вход сопровождается надписью,что такого пользователя не существует и приходится заново регистрироваться под другим паролем.Может кто знает в чём проблема?

[Sefko]

По поводу Ваших проблем с сайтом. Вероятно, Вы что-то делаете не так. Кнопка «Помощь» открывает инструкцию по пользованию форумом. В частности, вот здесь есть какие-то пояснения, как правильно регистрироваться на форумах этого типа. Проверьте, все ли Вы делаете так, как надо?
Еще можно создать ветку в разделе Замечания и предложения по работе форума и сайта и поделиться там своей проблемой. За этим разделом вроде как следят ответственные за сайт – вдруг помогут?

По поводу дисбаланса, погрешностей, etc..
Есть впечатление, что имеется некое непонимание относительно простых, но важных моментов. Возможно, я ошибаюсь. Может быть, я просто неправильно понял суть проблемы. Но судить-то я могу только со своего уровня восприятия. Поэтому рискну кое-что разъяснить, раз уж считаю эти моменты важными.
Для удобства чтения разобью текст на несколько сообщений.

Есть и оправдание за много букв: никто не обязан все это читать!

[Sefko]

1. Абсолютная и относительная погрешности.

Ошибка 0.5 л/мин это плохо для расхода 5 л/мин, но очень хорошо для расхода 500 л/мин. Это довод в пользу ориентации на относительную погрешность, а не на абсолютную. Довод этот не единственный.

Нам, как правило, интересен не только мгновенный расход, но и накопленный объем (или масса) за значительный промежуток времени. Как ведет себя сумма измерений, когда каждое слагаемое содержит случайную ошибку? Неверно думать, что сумма, по мере накопления слагаемых, будет колебаться вокруг истинного значения, не уходя от нее слишком далеко.
 
Не будем вдаваться в теорию вопроса, а сделаем для наглядности простенькую модель.
В нашей модели будет всего два параметра: расход Q (л/мин) и случайная относительная погрешность err (%). Два прибора, имеющих одну и ту же случайную относительную погрешность err на одной и той же трубе «измеряют» один и тот же постоянный расход Q, а мы будем смотреть, как будут накапливаться показания, фиксируя накопленную сумму каждый час в течение месяца.

Измерение за одну минуту мы будем моделировать по формуле:
    V_изм = V_ист*(1+e), где
    V_ист – истинный объем за минуту (численно равен параметру Q);
    V_изм – измеренный объем;
    e – случайная величина, равномерно распределенная на интервале [-err/100, err/100] (делим на 100, так как параметр err задаем в процентах).

Но выводить мы будем не минутные данные, а часовые.
Часовые данные будем получать простым суммированием 60-ти значений минутных данных.

Реализовать нашу модель нам поможет Excel. Для генерации последовательности случайных величин будем использовать встроенную в Excel функцию Rnd().

Продолжение следует.

[Sefko]

Продолжение

Открываем новую книгу Excel.
Нажимаем одновременно клавиши Alt и F11 (надежнее использовать левый Alt) – открывается VBA IDE (Visual Basic for Application Integrated Development Environment - программная среда, в которой можно сочинять макросы для Excel).
В верхнем меню нажимаем Insert и в выпадающем списке выбираем Module – будет вставлен новый модуль и появится чистая панель для его редактирования. Копируем туда весь текст из нижеследующего блока.

Код: (VBA)

 Function mQ(ByVal Q As Double, ByVal e As Double)
  Application.Volatile
  Dim i As Long, retv As Double, p As Double
  retv = 0
  p = 1 - e
  e = 2 * e
  For i = 1 To 60
    retv = retv + Q * (p + e * Rnd())
  Next i
  mQ = retv
End Function

Sub aga()
  Dim rng As Range, lpos As Single
  Const cntRow As Long = 24 * 30 ' 24 часа * 30 суток
  
  Set rng = ActiveSheet.Cells(1, 1)
  rng(1, 1) = "Q":  rng(1, 2) = 100
  rng(2, 1) = "err": rng(2, 2) = 5
  
  rng(4, 1) = "Время"
  rng(4, 2) = "Объем V"
  rng(4, 3) = "Изм. объем V1"
  rng(4, 4) = "Абс. погр. Ea1"
  rng(4, 5) = "Отн. погр. Er1"
  rng(4, 6) = "Изм. объем V2"
  rng(4, 7) = "Абс. погр. Ea2"
  rng(4, 8) = "Отн. погр. Er2"
  rng(4, 9) = "Разница V1-V2"
  rng(4, 10) = "(V1-V2)/V*100"
  
  Range(rng(4, 1), rng(4, 10)).Columns.AutoFit

  rng.Rows(5).RowHeight = 4
  rng(6, 1).FormulaR1C1 = "=R[-1]C+1"
  rng(6, 2).FormulaR1C1 = "=R[-1]C+R1C2*60"
  rng(6, 3).FormulaR1C1 = "=R[-1]C+mQ(R1C2,R2C2/100)"
  rng(6, 4).FormulaR1C1 = "=RC[-1]-RC2"
  rng(6, 5).FormulaR1C1 = "=RC[-1]/RC2*100"
  rng(6, 6).FormulaR1C1 = "=R[-1]C+mQ(R1C2,R2C2/100)"
  rng(6, 7).FormulaR1C1 = "=RC[-1]-RC2"
  rng(6, 8).FormulaR1C1 = "=RC[-1]/RC2*100"
  rng(6, 9).FormulaR1C1 = "=RC3-RC6"
  rng(6, 10).FormulaR1C1 = "=RC[-1]/RC2*100"
  Set rng = Range(rng(6, 1), rng(cntRow + 5, 10))
  Range(rng(1, 1), rng(1, 10)).AutoFill Destination:=rng
  
  Charts.Add
  ActiveChart.ChartType = xlXYScatterLinesNoMarkers
  ActiveChart.SetSourceData Source:=Union(rng.Columns(1), _
                                          rng.Columns(4), _
                                          rng.Columns(7), _
                                          rng.Columns(9)), _
                            PlotBy:=xlColumns
  ActiveChart.Location Where:=xlLocationAsObject, _
                       Name:=rng.Parent.Name
  ActiveChart.Legend.Position = xlBottom
  ActiveChart.Legend.Border.LineStyle = xlNone
  With ActiveChart.SeriesCollection(1)
    .Name = "Ea1"
    .Border.ColorIndex = 11:
    .Border.Weight = xlThick
  End With
  With ActiveChart.SeriesCollection(2)
    .Name = "Ea2"
    .Border.ColorIndex = 11:
    .Border.Weight = xlThick
  End With
  With ActiveChart.SeriesCollection(3)
    .Name = "V1-V2"
    .Border.ColorIndex = 4:
    .Border.Weight = xlThick
  End With
  ActiveChart.HasTitle = True
  ActiveChart.ChartTitle.Font.Size = 12
  ActiveChart.ChartTitle.Font.Bold = True
  ActiveChart.ChartTitle.Characters.Text = "Абсолютная погрешность"
  ActiveChart.PlotArea.Interior.ColorIndex = xlNone
  ActiveChart.Parent.Left = 10
  lpos = 20 + ActiveChart.Parent.Width
  
  Charts.Add
  ActiveChart.ChartType = xlXYScatterLinesNoMarkers
  ActiveChart.SetSourceData Source:=Union(rng.Columns(1), _
                                          rng.Columns(5), _
                                          rng.Columns(8), _
                                          rng.Columns(10)), _
                            PlotBy:=xlColumns
  ActiveChart.Location Where:=xlLocationAsObject, _
                       Name:=rng.Parent.Name
  ActiveChart.Legend.Position = xlBottom
  ActiveChart.Legend.Border.LineStyle = xlNone
  With ActiveChart.SeriesCollection(1)
    .Name = "Er1"
    .Border.ColorIndex = 11:
    .Border.Weight = xlThick
  End With
  With ActiveChart.SeriesCollection(2)
    .Name = "Er2"
    .Border.ColorIndex = 11:
    .Border.Weight = xlThick
  End With
  With ActiveChart.SeriesCollection(3)
    .Name = "(V1-V2)/V*100"
    .Border.ColorIndex = 4:
    .Border.Weight = xlThick
  End With
  ActiveChart.HasTitle = True
  ActiveChart.ChartTitle.Font.Size = 12
  ActiveChart.ChartTitle.Font.Bold = True
  ActiveChart.ChartTitle.Characters.Text = "Относительная погрешность"
  ActiveChart.PlotArea.Interior.ColorIndex = xlNone
  ActiveChart.Parent.Left = lpos
  ActiveChart.Deselect
  
  Set rng = Nothing
End Sub

Нажимаем F5. Если появится окно, предлагающее выбрать макрос для исполнения, то просто нажимаем Enter – у нас макрос один и именно он будет предложен по умолчанию для исполнения (это окно может и не появиться – зависит от положения курсора в модуле).
Снова нажимаем одновременно клавиши Alt и F11 – мы возвращаемся на лист Excel. Но теперь он не пустой.

Продолжение следует

[Sefko]

Продолжение

На листе у нас появилась таблица (смысл столбцов, надеюсь, понятен из их заголовков) и два графика: «Абсолютная погрешность»  и «Относительная погрешность»
Клавиша F9 заставляет пересчитать таблицу с другой последовательностью случайных чисел. Автоматический пересчет происходит и при изменении параметров модели (их значения записаны в ячейках B1 и B2).

Сначала обратим внимание на абсолютную погрешность.
При пересчете амплитуда колебаний меняется: 600, 1000, 1500, …
Мало это или много? Вопрос неправильный. Дело в том, что никаких ограничений на амплитуду колебаний нет: увеличивая длину ряда (число слагаемых в сумме) можно получить как угодно большие отклонения.
Другое дело, что рост величины абсолютного отклонения не очень быстрый. Он подчиняется закону повторного логарифма, который утверждает, что обсуждаемая скорость роста пропорциональна величине √(nln(ln(n))), где n – число слагаемых в сумме. Так, например, годовые отклонения в среднем в 3.6 раза больше месячных.

Мне кажется, что все изложенное в отношении абсолютной погрешности известно и психологически понятно. Когда дело касается воды. А вот когда дело доходит до денег…
Для обычного гражданина 100 тысяч рублей – большая сумма. Но гражданину, который связан с учетом расхода воды, личные ощущения о величине денежных сумм следует давить и ориентироваться на голую арифметику. А она нам подсказывает, что на фоне платежа в 10 миллионов рублей туда-сюда 300 тысяч рублей – нормально, если узел учета имеет 4% погрешности. А невязка в 100 тысяч рублей – это вообще чудеса передовой технологии.

Мораль: забыли об абсолютной погрешности и держим в голове только относительную погрешность. Даже тогда, когда дело касается денег.

А что же у нас с относительной погрешностью?
Занятно получается с относительной погрешностью.
Мы заложили в модель величину 5%. А на графике видим, что даже в самом его начале, где амплитуда большая, значения, как правило, меньше 1%. Более того, по мере накопления суммы относительная погрешность стремится к нулю.
Все верно. Относительная случайная погрешность обратно пропорциональна корню квадратному из числа слагаемых. Наши 5% относились к одной минуте. Стало быть, для часа должно быть меньше почти в 8 раз (не думаю, что здесь уместно приводить точный расчет). А за месяц почти в 200 раз меньше. Кстати, 5% случайной относительной погрешности за минуту – это очень много. По крайней мере, для расходомеров фирмы ВЗЛЁТ. Если при выпуске попадается прибор с такой характеристикой, то он едет не к заказчику, а в ремонт.

Хорошо. А откуда тогда берутся эти 2% относительной погрешности? И почему в заявлениях о точности прибора ничего не говорится о длине временного интервала, к которому относится заявляемая погрешность?

Все дело в том, что в этих заявлениях о точности прибора случайная относительная погрешность вообще не упоминается.
О ней нужно помнить при настройке и поверке, так как там дело имеют с небольшими интервалами. Для потребителя ее просто нет – все в ноль уходит уже в течение часа.
А остается систематическая погрешность. Если мы оперируем относительной погрешностью, то систематическая погрешность не зависит от длины интервала. Если же мы вспомним об абсолютной погрешности, то с нею все совсем плохо: систематическая абсолютная погрешность возрастает не в соответствии с законом повторного логарифма, а тупо  пропорционально длине интервала. За год в 12 раз больше, чем за месяц. И никаких колебаний. Поэтому опять забываем об абсолютной погрешности.

Систематическая погрешность не то же самое, что постоянная погрешность. Если бы она была постоянная, то от нее можно было бы избавиться.

Источники систематической погрешности разнообразны и здесь мы их обсуждать не будем. Отметим только, что если у нас стоит два расходомера на одной и той же трубе, то разница их показаний вообще-то будет воспроизводиться. Не следует ожидать, что за один час больше покажет один расходомер, зато за другой час больше покажет другой (речь о том, когда поток не меняется). Так как погрешность систематическая, то разбежка вообще-то будет воспроизводиться.

Окончание следует