Geum.ru

Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9

Вид материалаДоклад

Содержание


Нормирование метрологических характеристикавтоматизированных поверочных установоксредств измерений расхода жидкости и её количес
Милейковский Ю.С.
Подобный материал:
1   ...   14   15   16   17   18   19   20   21   ...   34

Нормирование метрологических характеристик
автоматизированных поверочных установок
средств измерений расхода жидкости и её количества


Практически 70 % всех измерений, выполняемых в научных исследованиях, промышленности, энергетике, сельском хозяйстве, при добыче и транспортировке природных энергоносителей, связаны с измерениями расхода, количества, давления и уровня веществ.

В настоящее время доля этих измерений возрастает за счёт применения средств измерений расхода жидкости и её количества (объёма и массы) в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) для целей коммерческого учёта энергоносителей.

Проблема метрологического обеспечения испытаний расходомеров, счётчиков жидкости [1] является не новой и активно обсуждалась и решалась ещё 20-25 лет назад. Проблема совершенствования поверочной базы расходометрии также затрагивалась ранее и постоянно рассматривается в последние годы на ряде конференций и семинаров, в публикациях [2–4], Internet. Несмотря на то, что с 1 января 2005 г. введён ГОСТ Р 8.608 [5], проблема стандартизации требований к поверочным расходомерным установкам и нормированию их метрологических характеристик (МХ) остаётся актуальной.

Современная поверочная установка, как правило, автоматизированная, представляет собой сложную техническую систему (рис. 1), обеспечивающую воспроизведение расхода с определёнными характеристиками в указанном диапазоне и измерение расхода (объёма или массы) с нормированными МХ, имеющую программное обеспечение и является измерительной системой по ГОСТ Р 8.596 [6]. В то же время такая система является соответствующим “звеном” в поверочной схеме, применяется в сферах Государственного метрологического контроля и надзора и поэтому процессу нормирования МХ необходимо уделять особое внимание.

Поскольку нормированные характеристики используются для их сравнения с оценками, получаемыми в результате последующих испытаний и сравнения между собой различных типов установок, то процесс нормирования должен быть унифицирован.

Унификация нормирования МХ установок предполагает создание “перечня-ограничителя” нормируемых характеристик с указанием их точного и единственного наименования, разработку оптимальных способов нормирования с учётом специфики расходомерных поверочных установок, а также установление единых форм представления характеристик.



На наш взгляд в настоящий момент такой унификации в полном смысле ещё нет. Так, например, зачастую имеет место смешение смыслового содержания понятий “расход” и “количество”. Указывается абстрактная “погрешность установок” (непонятно – измерений чего? каким методом? каким измерительным каналом?) или сообщается “погрешность по весам – 0,08”, “погрешность сличения – 0,25”, “установка класса 0,08”, “погрешность по расходомерам – 0,66” (ОКБ “Гидродинамика”), а характеристики, определяющие условия проведения измерений причисляются к метрологическим.

В некоторых случаях указываются отдельные составляющие (например, малогабаритный проливной стенд поверочный МПСП, МИ 2452-97) [7]:

– неисключённая систематическая погрешность эталонного тепловодосчётчика;

– флуктуации расхода на стенде;

– погрешность от изменения местоположения первичных преобразователей в рабочей зоне стенда,

а суммарное воздействие этих влияющих факторов на результат измерений не оценено.

В редких случаях приводятся данные о доверительной вероятности.

Более полная методика оценивания погрешности измерений поверочной установки приведена в долгожданном ГОСТ Р 8.608 [4], использующая вероятностно-статистический подход. Но и этот случай оказался частным. Во-первых, не каждый разработчик-изготовитель (да и потребитель) могут позволить себе смонтировать последовательно не менее чем два преобразователя (счётчика) расхода или объёма воды высокой точности (из-за дороговизны); во-вторых, традиционно используются установки с измерением расхода (объёма) не только эталонным расходомером/счётчиком, но и весовым способом, в том числе комбинированные.

В Государственной системе обеспечения единства измерений (ГСИ) процедуры “унифицированного” нормирования МХ средств измерений (СИ) сформулированы в ГОСТ 8.009 [8]и РД 590-453 [9]. Однако эти процедуры нуждаются в конкретизации применительно к определённым классификационным группам поверочных установок СИ расхода жидкости и её количества (также “расходомерных установок”).

Первую конкретизацию мы увидели в вышеупомянутом стандарте на установки для поверки средств измерений расхода и объёма воды сличением с преобразователями (счётчиками) расхода и (или) объёма воды [5]. Судя по выступлениям на Internet-форумах [10], осталось много недовольных. Учитывая тот факт, что поверочные проливные установки практически в 100 % случаев являются единичными СИ, создаваемые на конкретных объектах, возникают вопрос: “Возможна ли унификация нормирования МХ таких установок? Возможно ли принятие одного нормативного документа (НД), что называется, на все случаи жизни?”

Выше упоминалось, что поверочные установки СИ расхода жидкости и её количества являются “звеном” в государственной поверочной схеме, а значит – унификация нормирования МХ обязана быть. Тогда каким образом?

На самом деле в ГСИ существует огромный арсенал НД по основополагающим вопросам метрологии, по нормированию МХ СИ, по оцениванию погрешностей и обработке результатов измерений, по метрологическому обеспечению измерительных систем и т.д. Вероятно, следует выработать единые методические подходы к нормированию МХ поверочных установок СИ расхода жидкости и её количества.

Процедуры нормирования МХ любых СИ включают:

– анализ основных факторов, влияющих на процесс измерений;

– выбор объекта метрологического исследования;

– установление комплекса нормируемых МХ, в том числе планирование эксперимента и разработка алгоритма оценивания МХ.

Во всех расходомерных установках расход Q моделируется по единому принципу:

,

где Y – количество жидкости (в единицах объёма или массы), пропущенное через испытываемый расходомер и измеренное средствами, входящими в состав установки;  – интервал осреднения расхода, также измеряемый на установке.

Основные факторы, влияющие на процесс измерений расхода (объёма) жидкости, определяются выбранным методом измерений: косвенным (так называемым “весовым” или “массовым”) или прямым (так называемым методом “сличения” или “по расходомерам” с использованием эталонных расходомеров или счётчиков объёма воды), а также современными техническими решениями при его аппаратно-программной реализации. При этом необходимо чётко разделять эксплуатационные характеристики установки (в т.ч. технологические; характеристики, определяющие условия проведения испытаний; характеристики структуры потока; параметры пульсации расхода; характеристика частотного регулятора; энергопотребление; конструктивные характеристики) [1] и метрологические, которые должны быть связаны с нормируемыми комплексами по ГОСТ 8.009 [8].

Важнейшие метрологические характеристики автоматизированных поверочных установок СИ расхода (объёма) жидкости приведены в таблице 1.

Таблица 1

Метрологическая характеристика
Группа МХ по ГОСТ 8.009

1 Диапазон воспроизведения и измерения расхода Qmin – Qmax
1 – характеристики, предназначенные для определения результатов измерений

2 Функция преобразования Q(Y, )



3 Погрешность единичного воспроизведения и измерения расхода Q
2 – характеристика погрешности СИ

4 Функции влияния 
3 – характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам

В отечественной научно-технической литературе известны работы ряда авторов (например, Бирюков Б.В., Данилов М.А., Кивилис С.С. и др.), в которых подробнейшим образом описаны процедуры нормирования МХ поверочных расходомерных установок различных классификационных групп, описаны их метрологические модели, проведён анализ влияющих факторов на процесс измерений. Выбор той или иной метрологической модели и переход к пределам погрешности единичного воспроизведения и измерения расхода зависит от типа установки, выбранного метода, положенного в основу измерений, программно-аппаратной реализации, степени автоматизации. Данные методические наработки вполне могут быть адаптированы и для современных установок.

Следует отметить, что опыт нормирования МХ автоматизированных расходомерных установок наработан в настоящее время в ряде ГНМЦ Госстандарта России (Ростехрегулирования), ГЦИ СИ при испытаниях для целей утверждения типа, но вопрос унификации нормирования остаётся открытым.

Некоторые наработки имеются и у нас в ФГУ “Томский ЦСМ”. Так для установки поверочной проливной типа УП-45 (рис. 2, 3), расположенной на предприятии ООО “КОНТО” г. Томск, реализующей “весо-




Рис. 2. Общий вид установки УП-45



Рис. 3. Рабочее место оператора



вой” метод нами была проведена систематизация исходных данных с целью выбора объекта исследований, установления комплекса нормируемых МХ и способа оценивания погрешности измерений (таблица 2). Данный методический подход позволил определить метрологические модели измерительных каналов установки, оптимизировать план эксперимента и разработать программу испытаний для целей утверждения типа СИ. Тип СИ утверждён. Для обработки результатов измерений использованы известные методические рекомендации – МИ 1552 [11], МИ 2083 [12].

При испытаниях поверочной установки МП “Томсктеплосеть”, реализующей метод “сличения”, обработка результатов проводилась по ГОСТ 8.207 [13].

Несмотря на то, что в практической метрологии расходомерные проливные установки утверждаются как тип, используются в поверочной схеме, а для нормирования МХ существует немалый арсенал методических средств, проблемы нормирования МХ автоматизированных поверочных установок остаются. На наш взгляд разработка нормативного документа, определяющего общие технические требования к поверочным установкам, способы нормирования МХ, аттестацию их программного обеспечения, при необходимости аттестацию методики выполнения измерений, является необходимой.

Литература

1. Бирюков Б.В., Данилов М.А., Кивилис С.С. Испытания расходомеров. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 240 с.

2. Кузник И.В., Брюханов В.А. Стандартизация требований к поверочным расходомерным установкам // Законодательная и прикладная метрология, 2003, №6. – С. 32–36.

3. Мусин И.А., Косолапов А.В. Автоматизированные поверочные установки: решения и проблемы / Доклады Всерос. симп. “Мир измерений и учёта”, Санкт-Петербург, 2004. – С. 240–257.

4. Степанов О.С., Данилов М.А., Кудеяров Ю.А. Экспериментальные исследования методов контроля метрологических характеристик расходомеров и счётчиков воды при их эксплуатации // Законодательная и прикладная метрология, 2003, №3. – С. 20–26.

5. ГОСТ Р 8.608-2004. ГСИ. Установки для поверки средств измерений расхода и объёма воды сличением с преобразователями (счётчиками) расхода и (или) объёма воды. Основные метрологические и технические требования

6. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения

7. МИ 2452-97. ГСИ. Малогабаритный проливной стенд поверочный МПСП. Методика поверки.

8. ГОСТ 8.009-84. ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

9. РД 50-453-84. Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84.

10. Web-site: ссылка скрыта

11. МИ 1552-86. ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей результатов измерений.

12. МИ 2083-90. ГСИ. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешности.

13. ГОСТ 8.207-76. ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

Автор

Чухланцева Марина Михайловна – зам. директора по метрологии, руководитель органа ГМС, руководитель ГЦИ СИ ФГУ “Томский ЦСМ”

Россия, 634012, г. Томск, ул. Косарева, д. 17-а

Тел. (382-2) 55-82-44

E-mail: chuhlantseva@tcsms.tomsk.ru

Милейковский Ю.С.