izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-7-30-40izmertech-1969Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSВлияние изменяемой геометрии среза сопла переключателя потока на метрологические характеристики поверочной установки с весовыми устройствамиInf uence of the variable geometry of the diverter nozzle on the metrological characteristics of a calibration unit with weighing devicesКорнеевА. А.KorneevA. A.

Андрей Александрович Корнеев

Санкт-Петербург

Казань

Andrey A. Korneev

St. Petersburg

Kazan

yak02@mail.ruЩелчковА. В.ShchelchkovA. V.

Алексей Валентинович Щелчков

Казань

Alexey V. Shchelchkov

Kazan

avschelchkov@kai.ruКорнеевР. А.KorneevR. A.

Роман Александрович Корнеев

Казань

Roman A. Korneev

Kazan

rak_1985@mail.ruООО «АКТЕК»; Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИРоссияLimited Liability Company ”AKTEK”; Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAIRussian FederationКазанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИРоссияKazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI; VNIIR – Affiliated branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт расходометрии – филиал ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияVNIIR – Affiliated branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202331082023073040Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1969

Рассмотрены вопросы улучшения метрологических характеристик, массогабаритных и технико-экономических показателей установок поверочных с весовыми устройствами в результате внедрения в их конструкцию переключателя потока с изменяемой геометрией среза сопла. Предполагается, что использование данной конструкции переключателя потока позволит решить проблему заполнения среза сопла водой, уменьшить габаритные размеры гидравлического тракта, упростить процедуру технического обслуживания, снизить стоимость установок. Описаны конструкция, принципы работы и временна́ я диаграмма переключателя потока с изменяемой геометрией среза сопла. С помощью трубки Пито исследованы локальные гидродинамические характеристики потока воды при изменениях ширины среза сопла и массового расхода в диапазоне 25–550 т/ч. Для каждого исследованного значения массового расхода воды экспериментально определена оптимальная ширина среза сопла, при которой обеспечивается его полное заполнение водой. С помощью эталона сравнения методом сличения в широком диапазоне массового расхода жидкости исследованы метрологические характеристики поверочной установки с весовыми устройствами, в состав которой входит переключатель потока с изменяемой геометрией среза сопла. Установлено влияние на метрологические характеристики поверочной установки с весовыми устройствами ширины среза сопла в исследованном диапазоне расхода жидкости. Представлены графические зависимости расширенной неопределённости измерений при воспроизведении единицы массового расхода жидкости от интервала времени измерений и массового расхода жидкости. По результатам исследований определены оптимальные ширины среза сопла и интервалы времени измерений в зависимости от массового расхода жидкости при использовании переключателя потока с изменяемой геометрией среза сопла. Обосновано расширение диапазона работы весовых устройств, входящих в состав поверочных установок с весовыми устройствами. Предложенная конструкция переключателя потока с изменяемой геометрией среза сопла рекомендуется к применению при проектировании новых и модернизации находящихся в эксплуатации поверочных установок с весовыми устройствами переключателей потока.

This article discusses the issues of improving the metrological characteristics, weight-dimensional and technical and economic indicators of calibration installations with weighing devices due to the introduction of a fl ow switch with a variable nozzle exit geometry into their design. It is assumed that the use of this design of the fl ow switch will solve the problem of fi lling the nozzle exit with water, reduce the dimensions of the hydraulic path, simplify the maintenance procedure, and reduce the cost of installations. A description of the design, principles of operation and a timing diagram of a fl ow switch with a variable nozzle exit geometry are presented. The local hydrodynamic characteristics of the water fl ow by a Pitot tube in the nozzle exit are studied with a change in its width in the mass fl ow rate range from 25 to 550 t/h. The optimal values of the nozzle cut width are experimentally determined depending on the value of the mass fl ow rate of the liquid, at which it is completely fi lled with liquid. A study of the metrological characteristics of a calibration installation with weighing devices, which includes a fl ow switch with a variable nozzle exit geometry, methods of indirect measurements and comparisons using a comparison standard in a wide range of liquid mass fl ow rates, has been carried out. The impact on the metrological characteristics of a calibration installation with weighing devices of the nozzle cut width in the investigated range of liquid fl ow is established. Graphical dependences of the expanded measurement uncertainty of the installation when reproducing the unit of liquid mass fl ow rate on the measurement time interval and on the mass fl ow rate of the liquid are presented. Based on the research results, the optimal values of the nozzle cut width and measurement time intervals were determined depending on the mass fl ow rates of the liquid when using a fl ow switch with a variable nozzle cut geometry. The expansion of the range of operation of weighing devices, which are part of the verifi cation installations with weighing devices, is justifi ed. According to the results of the research, the proposed design of the fl ow switch with a variable geometry of the nozzle exit is recommended for use in the design of new and modernization of installations for calibration with weight devices of fl ow switches.

поверочная установкавесовое устройствопереключатель потокасрез соплаизменяемая геометрияпрофиль скорости потокавремя измеренийcalibration unitweighing devicediverternozzle exitvariable geometryflow velocity profilemeasurement timeReferencesYang W., Wang X., Chen Y., Shen Y. Jiliang Xuebao/Acta Metrologica Sinica, 2023, vol. 44, no. 4, pp. 598–603. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.04.16Yang W., Wang X., Chen Y., Shen Y. Jiliang Xuebao/Acta Metrologica Sinica, 2023, vol. 44, no. 4, pp. 598–603. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2023.04.16Haiyang L., Liang Z., Bian H., Xuejing L., Yuyang C. Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1865, 042135. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1865/4/042135Haiyang L., Liang Z., Bian H., Xuejing L., Yuyang C. Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1865, 042135. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1865/4/042135Jaiswal S. K., Yadav S., Bandyopadhyay A. K., Agarwal R. MAPAN – Journal of Metrology Society of India, 2012, vol. 27, no. 2, pp. 63–67. https://doi.org/10.1007/s12647-012-0017-xJaiswal S. K., Yadav S., Bandyopadhyay A. K., Agarwal R. MAPAN – Journal of Metrology Society of India, 2012, vol. 27, no. 2, pp. 63–67. https://doi.org/10.1007/s12647-012-0017-xChun S., Yoon B.-R. 18th Int. Conf. on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels, July 13–15, 2020, Virtual, Online, ASME, 2020, vol. 1, V001T02A013. https://doi.org/10.1115/FEDSM2020-20045Chun S., Yoon B.-R. 18th Int. Conf. on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels, July 13–15, 2020, Virtual, Online, ASME, 2020, vol. 1, V001T02A013. https://doi.org/10.1115/FEDSM2020-20045Shimada T., Oda S., Terao Y., Takamoto M, Flow Measurement and Instrumentation, 2003, vol. 14, pp. 89–96. https://doi.org/10.1016/S0955-5986(03)00016-5Shimada T., Oda S., Terao Y., Takamoto M, Flow Measurement and Instrumentation, 2003, vol. 14, pp. 89–96. https://doi.org/10.1016/S0955-5986(03)00016-5Engel R., Beyer K., and Baade H.-J, Measurement Science and Technology, 2012, vol. 23, no. 7, 074020. https://doi.org/10.1088/0957-0233/23/7/074020Engel R., Beyer K., and Baade H.-J, Measurement Science and Technology, 2012, vol. 23, no. 7, 074020. https://doi.org/10.1088/0957-0233/23/7/074020Корнеев Р. А., Тухватуллин А. Р., Фафурин В. А., Нигматуллин Р. Р., Щелчков А. В. Оптимизация процесса воспроизведения единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости поверочной установкой с весовыми устройствами // Измерительная техника. 2020. № 2. С. 60–64. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-2-60-64Korneev R. A., Tukhvatullin A. R., Fafurin V. A., Nigmatullin R. R., Shchelchkov A. V. Measurement Techniques, 2020, vol. 63, pp. 140–144. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01763-7Корнеев Р. А., Тухватуллин А. Р., Фафурин В. А., Щелчков А. В. Оценка влияния переключателя потока на метрологические характеристики поверочных установок единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости // Измерительная техника. 2019. № 4. С. 42–47. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-4-42-47Korneev R. A., Tukhvatullin A. R., Fafurin V. A., Shchelchkov A. V. Measurement Techniques, 2019, vol. 62, pp 347–353. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01628-8Korneev R. A., Tukhvatullin A. R., Fafurin V. A., Shchelchkov A. V., Ataeva A. I. Measurement Uncertainties Estimation Introduced by the Diverter Into the Budget of Standard Uncertainties, Proceedings of 18th International Flow Measurement Conference – FLOMEKO 2019, Lisbon, Portugal, 26–28 June, 2019, IMEKO, 161254.Korneev R. A., Tukhvatullin A. R., Fafurin V. A., Shchelchkov A. V., Ataeva A. I. Measurement Uncertainties Estimation Introduced by the Diverter Into the Budget of Standard Uncertainties, Proceedings of 18th International Flow Measurement Conference – FLOMEKO 2019, Lisbon, Portugal, 26–28 June, 2019, IMEKO, 161254.Переключатель напорного потока для установок поверочных: пат. RU 2781556 C1 / А. А. Корнеев, А. М. Корнеев, А. В. Щелчков, Д. В. Краев // Изобретения. Полезные модели. 2022. № 29.Korneev A. A, Korneev A. M., Shchelchkov A. V., Kraev D. V., Patent RU 2781556 C1, Inventions. Utility models, no. 29 (2022)Shchelchkov, A. V., Fafurin, V. A., Korneev, R. A., Tukhvatullin R. R. Flow Measurement and Instrumentation, 2022, 83, 102117. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2021.102117Shchelchkov, A. V., Fafurin, V. A., Korneev, R. A., Tukhvatullin R. R. Flow Measurement and Instrumentation, 2022, 83, 102117. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2021.102117Picard A., Davis R., Gläser M., Fujii K., Metrologia, 2008, vol. 45, pp. 149–155. https://doi.org/10.1088/0026-1394/45/2/004Picard A., Davis R., Gläser M., Fujii K., Metrologia, 2008, vol. 45, pp. 149–155. https://doi.org/10.1088/0026-1394/45/2/004Meng T., Wang С., Gao F, Xing C., Zhang L. Design and Experimental Analysis of Transfer Standard in Water Flow Compari son, 16th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2013, Paris, 24–26 September, 2013, IMECO, 2014, Curran Associates, Inc., pp. 50–60.Meng T., Wang С., Gao F, Xing C., Zhang L. Design and Experimental Analysis of Transfer Standard in Water Flow Compari son, 16th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2013, Paris, 24–26 September, 2013, IMECO, 2014, Curran Associates, Inc., pp. 50–60.Frahm E., Mickan B., Gulyuk V., Reut G., Zigmantas G., Benkova M., Kayumov M., Metrologia, 2020, vol. 57, no. 1A, pp. 07023. https://doi.org/10.1088/0026-1394/57/1A/07023Frahm E., Mickan B., Gulyuk V., Reut G., Zigmantas G., Benkova M., Kayumov M., Metrologia, 2020, vol. 57, no. 1A, pp. 07023. https://doi.org/10.1088/0026-1394/57/1A/07023Albaina I., Esteban G. A., Bidaguren I., Izquierdo U. Flow Measurement and Instrumentation, 2023, vol. 93, 102425. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2023.102425Albaina I., Esteban G. A., Bidaguren I., Izquierdo U. Flow Measurement and Instrumentation, 2023, vol. 93, 102425. https://doi.org/10.1016/j.fl owmeasinst.2023.102425

The authors declare that there are no conflicts of interest present.