Wzrost dokładności pomiarów rozliczeniowych w gazownictwie, w kontekście nowych wymagań stawianych przetwornikom temperatury i ciśnienia

Transkrypt

1 NAFA-GAZ liic 11 ROK LXVII Monika yszownicka Insy Nafy i Gaz, Kraków Wzros dokładności omiarów rozliczniowych w gazownicwi, w konkści nowych wymagań sawianych rzwornikom mrary i ciśninia Wrowadzni Jdnym z owodów zwiększnia wymagań sawianych rządzniom omiarowym było sanowini dyrkywy 4//WE Parlamn Erojskigo i Rady z dnia 1..4 r. w srawi rzyrządów omiarowych, zwanj dyrkywą MID (Masring Insrmns Dirciv) [1]. Dyrkywa MID [1] zosała wdrożona do olskigo rawodawswa m.in. orzz sawę z dnia.8. r. o sysmi ocny zgodności [9] oraz Rozorządzni Minisra Gosodarki z dnia r. w srawi zasadniczych wymagań dla rzyrządów omiarowych [7]. Aby wyłnić osanowinia dyrkywy MID [1], rządzni omiarow msi ozyywni rzjść ocnę zgodności [,, 8] z jj zasadniczymi wymaganiami. Przliczniki y 1, y oraz rzworniki Możliwym sosobm wykazania, iż wyrób słnia wymagania zasadnicz ję w danj dyrkywi js wykazani jgo zgodności z normą zharmonizowaną z ą dyrkywą. W rzyadk rzworników ciśninia i mrary wszlki wymagania, jaki rządznia owinny słnić zosały oisan w normi PN-EN A:1 Gazomirz Przliczniki. Część 1: Przliczani objęości [6], zharmonizowanj z dyrkywą MID [1]. Załącznik normaywny B ww. normy doyczy rzworników ciśninia, a załącznik normaywny D rzworników mrary. Norma PN-EN A:1 [6] dokonj odział na rzliczniki y 1 (dawn rzliczniki baryjn) i rzliczniki y (dawn rzliczniki siciow). Przlicznik y 1 o rządzni rzliczając z okrślonymi yami rzworników ciśninia i mrary lb ylko mrary, naomias rzlicznik y o rządzni rzliczając z zwnęrznymi oddzilnymi rzwornikami ciśninia i mrary lb ylko mrary, kór mogą być zawirdzan oddzilni. Nalży aj odkrślić, iż obcni rzdmiom konroli js zarówno kalklaor, jak i rzworniki, a akż dobór lmnów worzących rzlicznik y odczas gdy doąd (w myśl obowiązjącgo w Polsc sargo odjścia) rawnj konroli mrologicznj odlgał jdyni kalklaor. Doszczaln błędy omiarow Wysoki wymagania sawian rzlicznikom odczas ocny zgodności objmją wyznaczani charakrysyk mrologicznych w rakci sosowania czynników wływających oraz zabrzń. W rakyc oznacza o nizakłóconą racę i błędy miszcząc się w granicach MPE (Maximm Prmissibl Error), w warnkach m.in. zminnj mrary i wilgoności oocznia lb wyładowań lkrosaycznych oraz zakłócń lkromagnycznych [4]. ablic 1 487

2 NAFA-GAZ i rzdsawiają maksymaln błędy doszczaln (MPE) odowidnio: dla rzliczników y 1 i y w warnkach odnisinia i znamionowych warnkach żykowania. Nalży zwrócić wagę na wymagan niski warości MPE doycząc rzworników; ich doszczaln błędy omiarow odnision są do warości mirzonj (doychczas częso odnoszono j do zakrs omiarowgo FS zw. klasa, co mogło rowadzić do błędnych inrracji). ablica 1. Maksymaln doszczaln błędy dla rzliczników y 1 Wskazani Warnki odnisinia Znamionow warnki żykowania Wskazani główn dla rzlicznia P i PZ,5% 1,% Wskazani główn dla rzlicznia,5%,7% P ciśnini; mrara; Z wsółczynnik ściśliwości gaz. ablica. Maksymaln doszczaln błędy dla rzliczników y Wskazani lb lmn Warnki odnisinia Znamionow warnki żykowania Wskazani główn,5% 1,% Kalklaor,%,% Przwornik mrary,1%,% Przwornik ciśninia,%,5% Porównani właściwości mrologicznych rzworników słniających wymagania srzd i o wrowadzni sysm ocny zgodności W ninijszj części oracowania orównano dokładność omiar wilkości wjściowj (odowidnio mrary lb ciśninia) rzwornikami słniającymi wymagania mrologiczn obowiązjąc rzd i o wjści w życi sysm ocny zgodności. Na dokładność omiar rzwornika składa się główni: jgo błąd odsawowy, błąd związany z sabilnością roczną oraz błąd mrarowy, będący wynikim wływ mrary oocznia na kład omiarowy rzwornika. W dalszj części oracowania oszacowano składow niwności omiar wilkości wjściowj rzworników (związan z ww. błędami) oraz na odsawi rawa roagacji niwności obliczona zosała niwność złożona omiar wilkości wjściowj. Informacj o aramrach mrologicznych rzworników (zakrsy omiarow, dklarowan błędy) zosały zaczrnię z scyfikacji rodcnów rządzń, lb ż w rzyadk, gdy brak było adkwanych danych rzyjęo j na odsawi własngo doświadcznia (n. świadcw srawdzń/wzorcowań). Wykaz żyych oznaczń P1 rzwornik słniający kryria mrologiczn obowiązjąc rzd wrowadznim sysm ocny zgodności, P rzwornik słniający kryria mrologiczn wrowadzon rzz sysm ocny zgodności, zakrs doyczy zakrs omiarowgo mrary/ciśninia, zro oznacza dolną granicę zakrs omiarowgo (Lowr Rang Limi LRL), góra oznacza górną granicę zakrs omiarowgo (r Rang Limi RL), FS oznacza szrokość zakrs omiarowgo, czyli różnicę omiędzy górą a zrm (Fll Scal), błąd maksymalny (klasa) rzwornika mrary, błąd maksymalny (klasa) rzwornika ciśninia, s sabilność roczna rzwornika mrary, s sabilność roczna (o il ni odano inngo okrs) rzwornika ciśninia, błąd mrarowy rzwornika mrary, błąd mrarowy rzwornika ciśninia, RFI błąd rzwornika ciśninia związany z inrfrncją ól lkromagnycznych o częsoliwości radiowj, amb mrara oocznia, modł różnicy omiędzy mrarą oocznia ( amb ) a mrarą odnisinia ( C). Paramry rzworników mrary Porównywan rzworniki P1 i P osiadają idnyczny zakrs omiarowy, odany w oniższj ablicy: Zakrs [ C] Zro Góra FS 6 9 a) aramry rzwornika mrary P1, wdłg danych rodcna oraz danych zyskanych odczas srawdzania (rglacji) rzwornika:,5% FS s,16%/rok 488 nr 7/11

3 arykły,% FS/1 C (co założono wdłg własngo doświadcznia, z względ na brak danych rodcna), b) aramry rzwornika mrary P, wdłg danych rodcna: ±(,1 C +,% FS) s,5%/rok lb s,5 C/rok większa z warości (,15 C +,1% FS)/1 C. Składow niwności omiar mrary Nasęni, z względninim danych rzyoczonych owyżj, oszacowan zosaną oszczgóln składow niwności omiar mrary rzz rzworniki P1 i P. ( ) niwność sandardowa omiar mrary związana z klasą rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i wynosi ona: dla rzwornika P1 ( ) ± ( n + FS) [K] (1),5 1% ( ) ± (7,15 + 9) [K] Niwność względna: ( ) ±,54 [K] ( ) niwność sandardowa omiar mrary związana z maksymalnym błędm omiarowym rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i wynosi ona: dla rzwornika P,%,1 + ( n + FS) ( ) ± 1% [ K] (),%,1 + (7,15 + 9) ( ) ± 1% [ K] Niwność względna: ( ) ±,98 [K] ( ) (4) ( ) ± 1% [%] 9,8 ± ( ) [%] Jak widać z równania (), mimo iż norma [8] okrśla warości MPE jako rocn warości mirzonj, nikórzy rodcnci ni odają j informacji wros, lcz w innj formi, kóra doiro o rzliczni moż być orównana z warością doszczalną. ( ) () ( ) ± 1% [%] 5,4 ± ( ) [%] Rys.. Niwność sandardowa względna omiar mrary, związana z maksymalnym błędm omiarowym rzwornika Rys. 1. Niwność sandardowa względna omiar mrary, związana z klasą rzwornika ( s ) niwność sandardowa omiar mrary związana z sabilnością roczną wskazań rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i wynosi ona odowidnio: nr 7/11 489

4 NAFA-GAZ dla rzwornika P1 s ( s) ± [K] (5),16% ( s ) ± [K] ( s ) ±9,8 1-4 [K] Niwność względna: ( ) s (6) s ( ) ± 1% [%] ( s ) ±,98 [K] dla rzwornika P s ( s) ± [K] (7),5% ( s ) ± [K] ( s ) ±, [K] Niwność względna: ( ) (8) s s ( ) ± 1% [%] doświadcznia (z względ na brak danych rodcna), rzy założni rozkład rosokąngo i wynosi ona: n (9) ( ) ± ( + FS) [K] C (1) amb W zakrsi mrar oocznia od 5 C do +55 C, w najgorszym rzyadk: 5 C C 45[ C], wówczas niwność ( ) js największa i wynosi:,% ( ) ± (7,15 + 9) 45[K] ( ) ±1,887 [K] dla rzwornika P niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i wynosi:,1%,15 + ( n + FS) (11) ( ) ± 1% [K] amb C ( s ) ±,887 [%] Rys. 4. Wływ mrary oocznia na niwność omiar mrary rzz rzwornik Rys.. Niwność sandardowa omiar mrary związana z sabilnością roczną wskazań rzwornika ( ) niwność sandardowa omiar mrary związana z wływm mrary oocznia na wskazania rzwornika Dla rzwornika P1 niwność a szacowana js na odsawi danych założonych wdłg własngo W zakrsi mrar oocznia od 5 C do +55 C, w najgorszym rzyadk: 5 C C 45[ C], wdy niwność ( ) js największa i wynosi:,15 +,1% 1% ( ) ± (7,15 + 9) 45[K] 49 nr 7/11

5 arykły ( ) ±,1 [K] Obliczni () złożonj niwności bzwzględnj omiar mrary Nasęni, z zasosowanim rawa roagacji niwności oraz korzysając z warości oszczgólnych składowych wyliczonych w orzdnich nkach, obliczona zosani złożona niwność bzwzględna omiar mrary. ( ) ( ) + ( ) + ( )[K] (1) dla rzwornika P1 ( ) dla rzwornika P ( ) s, ,411 9, ,51 s +,561[K] +,177[K] Obliczni () złożonj niwności względnj omiar mrary ( ) ( ) ± 1% [%] (1) Niwność rozszrzona rzy oziomi fności 95% i wsółczynnik rozszrznia k : dla rzwornika P1 ( ) ( )[%] (14), ,411 +,561 ( ) 1%[%], ,411 +,561 ( ) 1%[%] dla rzwornika P 9, ,5 1 +,177 ( ) 1%[%] 9, ,5 1 +,177 ( ) 1%[%] Jak widać na rysnk 5, złożona niwność omiar mrary rzy życi rzwornika słniającgo wymagania wrowadzon rzz sysm ocny zgodności js kilkkroni mnijsza niż w rzyadk życia rzwornika słniającgo wymagania obowiązjąc rzd wjścim w życi go sysm. Rys. 5. Niwność rozszrzona względna omiar mrary rzz rzwornik Paramry rzworników ciśninia Dwi oniższ ablic rzdsawiają zakrsy omiarow rzworników ciśninia względngo, odowidnio P1 i P. a) Paramry rzwornika ciśninia P1, wdłg danych rodcna: Zakrs Zro Góra FS RL 18,1% FS s,% RL/ laa,18%/1 C (w ym błąd zra) b) Paramry rzwornika ciśninia P, wdłg danych rodcna: Zakrs Zro Góra FS RL 18 5 Maksymalny błąd omiarowy w odnisini do warości mirzonj: w warnkach odnisinia ( C ± C),odn,% w znamionowym zakrsi mrar ( 5 C 55 C),znam,5%, a w wykonani scjalnym,znam,%. Sabilność dłgorminowa s,5%/5 la. Składow niwności omiar ciśninia Nasęni, z względninim owyższych danych, możmy oszacować oszczgóln składow niwności omiar ciśninia rzz rzworniki P1 i P. nr 7/11 491

6 NAFA-GAZ ( ) niwność sandardowa omiar ciśninia związana z klasą rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i dla rzwornika P1 wynosi ona: ( ) ± (15) Niwność względna: (,odn) (, odn) 1%[%] (18) (,odn ) ±,1155 [%] ( Niwność względna:,1% 18 ) ± ( ) ±,1 ( ) ( ) ± 1%[%] (16) 1 ( ) ± [%] Rys. 7. Niwność sandardowa względna omiar ciśninia, związana z maksymalnym błędm omiarowym rzwornika, w warnkach odnisinia w znamionowych warnkach żykowania,znam (,znam) ± (19) (, znam,5% ) ± 1% (,znam ) ±,9 Rys. 6. Niwność sandardowa względna omiar ciśninia, związana z klasą rzwornika w znamionowych warnkach żykowania, w wykonani scjalnym (,znam ) ± 1%,znam (,odn ) niwność sandardowa omiar ciśninia związana z maksymalnym błędm omiarowym rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i dla rzwornika P wynosi ona: w warnkach odnisinia,odn (,odn) ± (17) (, odn,% ) ± 1% (,odn ) ±,1155 Rys. 8. Niwność sandardowa względna omiar ciśninia, związana z maksymalnym błędm omiarowym rzwornika, w warnkach znamionowych 49 nr 7/11

7 arykły (, znam,% ) ± 1% (,znam ) ±,17 ( s ) niwność sandardowa omiar ciśninia związana z sabilnością roczną wskazań rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i wynosi odowidnio: dla rzwornika P1 s / ( s) ± () Poniważ rodcn odaj dan s dla okrs dwlnigo, zam w clach orównawczych aby oszacować sabilność roczną warość a dzilona js rzz. ( s (,% ) / ) ± ( ) niwność sandardowa omiar ciśninia związana z wływm mrary oocznia na wskazania rzwornika Niwność a szacowana js na odsawi danych rodcna, rzy założni rozkład rosokąngo i dla rzwornika P1 wynosi ona: ) ± () ( amb C W zakrsi mrar oocznia od 5 C do +55 C, w najgorszym rzyadk: 5 C C 45[ºC], wówczas niwność ( ) js największa i wynosi:,18% ( ) ± 45 ( ) ±,47 dla rzwornika P ( s ) ±,17 s / 5 ( s) ± (1) Poniważ rodcn odaj dan s dla okrs ięciolnigo, zam w clach orównawczych aby oszacować sabilność roczną warość a dzilona js rzz 5. ( s (,5% ) / 5 ) ± ( s ) ±,58 Rys. 1. Wływ mrary oocznia na niwność omiar ciśninia rzz rzwornik Obliczni () złożonj niwności bzwzględnj omiar ciśninia Poniżj, z zasosowanim rawa roagacji niwności oraz korzysając z wyliczonych wczśnij warości oszczgólnych składowych, obliczona zosani złożona niwność bzwzględna omiar ciśninia. Obliczon warości (dla rzworników P1 i P) są rawdziw w zakrsi mrar oocznia od 5 C do +55 C. dla rzwornika P1 Rys. 9. Niwność sandardowa względna omiar ciśninia, związana z sabilnością roczną wskazań rzwornika ( ) ( ) + ( s) + ( ) () ( ) 1 +,89 1 +,5 1 5 nr 7/11 49

8 NAFA-GAZ dla rzwornika P ( ) ( ) + ( ) (4) ( ) W wykonani scjalnym:, znam s 8, () ±, ( ) (, znam) + ( ( ),1 6 s () ±, ) Obliczni () złożonj niwności względnj omiar ciśninia ( ) ( ) 1%[%] (5) Niwność rozszrzona rzy oziomi fności 95% i wsółczynnik rozszrznia k wynosi: dla rzwornika P1 () () [%] (6) 5 1 +,89 1 +,5 1 ( ) 1%[%] 5,89 1 +,5 1 ( ) 1%[%] (7) dla rzwornika P, ( ) 1%[%] W wykonani scjalnym: (), [%] (),6 [%], ( ) (), [%] (),4 [%] 1%[%] Jak widać na rysnk 11, złożona niwność omiar z zasosowanim rzwornika słniającgo wymagania sysm ocny zgodności js ni ylko mnijsza niż w rzyadk zasosowania rzwornika słniającgo wymagania mrologiczn rzd wrowadznim sysm ocny zgodności, al dodakowo js warością sałą w całym zakrsi omiarowym rzwornika. Sadk niwności omiar ciśninia mirzongo rzwornikim słniającym wymagania wrowadzon rzz sysm ocny zgodności owinin włynąć szczgólni na dokładność omiar ciśniń na sacjach rozliczniowych śrdnigo oraz śrdnigo odwyższongo ciśninia. Odorność rzworników na działani ól lkromagnycznych Złożona niwność omiar ciśninia rzwornikim P1, rzdsawiona równanim (7), zosała obliczona dla normalnych warnków racy rzwornika (w zakrsi mrar oocznia od 5 C do +55 C), ni względniając możliwgo wływ zabrzń akich jak inrfrncja ól lkromagnycznych o częsoliwości radiowj. Prodcn rzwornika P1 w jgo dokmnacji odaj maksymalny błąd RFI,% RL dla ola lk- Rys. 11. Rozszrzona niwność omiar ciśninia rzz rzwornik Rys. 1. Wływ zabrzń lkromagnycznych o częsoliwości radiowj na złożoną niwność omiar ciśninia 494 nr 7/11

9 arykły romagnyczngo o naężni V/m i o częsoliwości w zakrsi 1 MHz. Gdyby w złożonj niwności omiar ciśninia rzwornikim P1 względnić składową związaną z błędm RFI, wówczas niwność złożona wyniosłaby: 5 16,14 1 +,5 1 ( ) 1%[%] Wzros niwności omiar ciśninia rzy oddziaływani zabrzń lkromagnycznych zosał zilsrowany na rysnk 1. Przwornik P naomias, zgodni z wymaganiami dyrkywy MID [5] oraz normy PN-EN A:1 [8] i zalcń OIML R14:7 [9], msi być odorny na oddziaływani ól lkromagnycznych o naężni 1 V/m i częsoliwości w zakrsi: 8 96 MHz oraz 1,4 GHz dla zabrzń rominiowanych,,15 8 MHz dla zabrzń rzwodzonych. Oznacza o, ż akż w rzyadk rzwornika P od wływm owyższych zabrzń jgo maksymalny błąd omiarowy msi miścić się w granicach MPE, dla okrślonych rzz rodcna znamionowych warnków żykowania. Podsmowani Wynikim wrowadznia sysm ocny zgodności, w mijsc rzisów obowiązjących rzd wjścim w życi dyrkywy MID [5], js znacząca orawa jakości rzliczników i rzworników. Wskazj na o ogrom i wysoki oziom wymagań sawianych odczas ocny zgodności. Nalży zaważyć, iż w rzyadk rzliczników y ocni zgodności odlga ni ylko sam kalklaor, al cał rządzni, j. kalklaor wraz z zwnęrznymi rzwornikami omiarowymi (n. ciśninia i mrary). rządzni, kór ozyywni rzjdzi ocnę zgodności ni będzi mogło odlgać odczas żykowania żadnym modyfikacjom, rglacjom czy adisacjom mogącym włynąć na zmianę charakrysyk mrologicznych lb zgodność z wymaganiami zasadniczymi. Biorąc od wagę, iż ważnym źródłm niwności omiar objęości gaz js niwność omiar jgo mrary i ciśninia, zam ak isona orawa jakości rzworników omiarowych jak zosało o okazan w ninijszym arykl owinna w znaczący sosób włynąć na zwiększni dokładności omiarów rozliczniowych w gazownicwi. Przyczynić się do go owinny niski warości doszczalnych maksymalnych błędów omiarowych rzworników oraz niski warości niwności omiar ciśninia i mrary, związan z orawą nikórych aramrów rzworników: m.in. sabilności charakrysyk mrologicznych w czasi, czy ż odorności na działani mrary oocznia oraz różngo rodzaj zabrzń w ym lkromagnycznych. Arykł nadsłano do Rdakcji r. Przyjęo do drk r. Lirara [1] Dyrkywa 4//WE Parlamn Erojskigo i Rady z dnia 1..4 r. w srawi rzyrządów omiarowych (D.. E nr L15 z dnia.4.4 r.). [] Jaworski J.: Rola sysm cryfikacji w zawnini jakości wyrobów w gazownicwi. Gaz, Woda i chnika Saniarna nr 1, 9. [] Jaworski J.: Zmiany w rzisach mrologicznych doyczących gazomirzy. Mariały konfrncyjn, Poznań 8. [4] Kłaga P.: Wymagania oraz badania rzliczników objęości gaz w świl wymagań dyrkywy mrologicznj i norm zharmonizowanych. Gaz, Woda i chnika Saniarna nr 1, 1. [5] Międzynarodow zalcnia OIML R14:7, Masring sysms for gasos fl. [6] Norma PN-EN A:1 Gazomirz Przliczniki. Część 1: Przliczani objęości. [7] Rozorządzni Minisra Gosodarki z dnia r. Rcnzn: rof. dr inż. Andrzj Froński w srawi zasadniczych wymagań dla rzyrządów omiarowych (Dz.. z 7 r. nr, oz. 7). [8] yszownicka M., Jaworski J.: Now odjści do konroli mrologicznj rzliczników w świl wymagań dyrkywy MID. Nafa-Gaz nr 1, 1. [9] sawa z dnia.8. r. o sysmi ocny zgodności (Dz.. z 4 r. nr 4, oz. 87 wraz z óźnijszymi zmianami). Mgr inż. Monika yszownicka absolwnka Wydział Inżynirii Elkrycznj i Komrowj, Polichniki Krakowskij. Pracownik Zakład Mrologii Przływów INiG w Krakowi. Wsółwórca w łni zaomayzowango sanowiska do badań rzliczników objęości gaz oraz rzworników ciśninia i mrary. Zainrsowania: mrologia lkryczna wilkości nilkrycznych. nr 7/11 495