Корзина
160 отзывов
+7(800)555-26-23
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОВЕРОЧНЫХ УСТАНОВОК ТИПА УПГ
Контакты
АЛЬФАСНАБ оптовые системы
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или индивидуального предпринимателя.
+7343204-96-23многоканальный Екатеринбург
+7499705-26-23многоканальный Москва
+7812458-06-29многоканальный Санкт-Петербург
+7351734-96-23многоканальный Челябинск
+7345250-06-23многоканальный Тюмень
Звоните по многоканальным телефонам, skype или ICQ. Технический консультант ответит на Ваш вопрос.
РоссияСвердловская областьЕкатеринбургул. Новостроя д. 1А офис 106 (1этаж)
611-060-647domofenok
Карта

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОВЕРОЧНЫХ УСТАНОВОК ТИПА УПГ

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОВЕРОЧНЫХ УСТАНОВОК ТИПА УПГ

Вопросы выбора основного поверочного оборудования при метрологическом обеспечении лабораторий по поверке счетчиков газа

Одним из основных принципов организации метрологического обеспечения комплексного учета газа в единой системе газоснабжения, позволяющим решать поставленные задачи и минимизировать небаланс газа и возможные потери при поставках, является построение системы метрологического обеспечения комплексного учета газа на основе действующей нормативной базы, обоснованного выбора методов и средств измерений, существующего поверочного и эталонного оборудования.

С внедрением свежих нормативных документов, таких как: ГОСТ 8.618–2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расходов газа»; ГОСТ Р 8.740–2011 «Государственная система обеспечения единства измерений. Расход и количество газа. Методика измерений с помощью турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков»; ГОСТ Р 8.741–2011 «Государственная система обеспечения единства измерений. Ообъем природного газа. Общие требования к методикам измерений»; ГОСТ 8.611–2013 «Расход и количество. Методика (метод) измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода»; Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ» 2009 г. (с изменениями от 10.01.2014 г.), — происходит активизация деятельности метрологических подразделений предприятий по вопросам метрологического обеспечения. Государственные метрологические службы также стремятся к обновлению имеющегося оборудования. Это относится как к рабочим средствам измерения (СИ), так и к средствам поверки (эталонным СИ).

Однако если с рабочими СИ все просто, так как основные требования определены рядом вышеупомянутых и прочих общедоступных ГОСТов, то с выбором эталонного оборудования поверочной лаборатории у метрологов часто возникают затруднения. По причине отсутствия нормативной законодательной базы по эталонным поверочным стендам как таковой вопросы метрологического обеспечения поверки СИ газа решаются специалистами в основном исходя из профессионального опыта. Отсюда почти всегда выставленные требования к техническим характеристикам поверочного оборудования не соответствуют реальным потребностям организации в каждом конкретном случае.

Многолетний опыт автора по разработке эталонных поверочных стендов, технических заданий вместе с заказчиками, а также длительное плодотворное общение с эксплуатирующими данное оборудование организациями позволяют сделать анализ и выработать критерии выбора поверочных установок, обозначить подходы к определению технических требований к поверочным установкам для создания лаборатории по поверке СИ природного газа и решению вопроса о метрологическом обес­печении — создании поверочной базы предприятия вплоть до выбора поставщиков соответствующего оборудования.

Определенно, выбор поставщика поверочного оборудования и типов оборудования — задача не из легких. У заказчика стандартно имеется несколько основных причин для «головоломки»:

  • различные ценовые предложения производителей, зачастую отличающиеся в разы;
  • различие технических характеристик и разнообразие функциональных возможностей;
  • отличающиеся метрологические характеристики установок, определяемые типами применяемого эталонного оборудования по расходу, объему, давлению, температуре, времени.

А поскольку обновление оборудования лаборатории — процесс не каждодневный, то обязательно существуют риски получить несоответствие затраченных сил и средств желаемому результату и неполноценным новым возможностям.

Исходя из вышесказанного, автор предлагает разделить задачу выбора типа поверочной установки и требования к ней на две части.

Во-первых, нужно определить, приборы какого типа необходимо будет поверять, то есть какие счетчики имеются в эксплуатации.

Во-вторых, определить, какие необходимые и достаточные функциональные возможности должны быть у поверочной установки.

Первая часть задачи может быть разложена на следующие составляющие:

  • диапазон необходимых расходов при проведении поверки в соответствии с нормативными документами на поверяемые счетчики;
  • погрешности измерения объема (расхода) рабочих СИ;
  • диаметры условного прохода поверяемых счетчиков;
  • типы исполнения (с фланцевым присоединением, бесфланцевым, резьбовым);
  • требования к условиям поверки (давление, допустимые отклонения температуры измеряемой среды и колебания воспроизводимого расхода в процессе измерения);
  • общее количество приборов, которые должны поверяться.

Вопрос определения минимального и максимального расхода, воспроизводимого поверочной установкой, неразрывно связан с величиной перепада давления на поверяемом счетчике, которое необходимо создать при поверке. Таким образом, для корректных формулировок в технических заданиях на проектирование установок заказчику необходимо указывать не просто величины расходов, а еще и величину падения давления, создаваемого поверяемым счетчиком на максимальном реализуемом расходе. Это требование неразрывно связано с мощностью узлов задания расхода — воздуходувок, с их энергопотреблением, габаритными размерами, реализацией электротехнических решений по помехозащищенности измерительного тракта установок и в итоге со стоимостью оборудования и установок в целом.

Например, установки, предназначенные для поверки счетчиков-расходомеров турбинного, ротационного, ультразвукового типов, при одинаковом максимальном расходе установок смогут обеспечить поверку счетчиков вихревого типа, но на меньших расходах по причине больших величин перепадов давлений на вихревых счетчиках.

Погрешность установки выбирается исходя из существующего парка подлежащих поверке приборов. Общеизвестно, хотя нигде не регламентировано, что относительная погрешность поверочной установки должна быть не менее чем в три раза меньше относительной погрешности поверяемых рабочих СИ.

Поэтому если основной парк приборов имеет погрешность (1–2)%, то при поверке методом сличения с эталонными счетчиками-расходомерами достаточно иметь установку с погрешностью не более 0,3%. Если же в ближайшей перспективе предполагается использование приборов с пределом допустимой относительной погрешности порядка (0,5–0,7)%, а такая тенденция прослеживается, например, в отношении приборов ультразвукового типа, то и требования к поверочной установке должны быть жестче. Это значит, что установка должна будет иметь в своем составе эталонные счетчики-расходомеры с меньшей погрешностью, а сама иметь не более (0,15–0,2)% погрешности.

Анализ имеющихся вариантов СИ по диаметрам условного прохода и типам исполнения (с фланцевым присоединением, бесфланцевым, резьбовым) позволяет правильно определить набор монтажных элементов и трубных диаметральных переходов установки для монтажа СИ с учетом требований к прямым участкам трубопроводов до и после СИ, а также их количества, если учитывать, что при большом парке приборов для увеличения производительности и сокращения времени поверки целесообразно монтировать на установку по несколько счетчиков последовательно.

Что касается требований к условиям поверки, необходимо выяснить, есть ли в мето­диках поверки имеющихся счетчиков требования к условиям поверки. Действительно, в методиках, как в общих для ряда счетчиков газа, например ГОСТ 8.324–2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Счетчики газа. Методика поверки», так и для конкретных типов СИ, имеются требования к условиям поверки: допускаемые отклонения по температуре измеряемой среды за время поверки, допускаемые отклонения по задаваемому расходу и объему. Эти требования также должны быть указаны в техническом задании заказчика. В общих случаях можно руководствоваться ГОСТ 8.395–80 «Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования». Так, например, требование по допускаемому отклонению температуры измеряемой среды за время поверки не означает необходимость постоянного поддержания температуры в установленных пределах. Просто результаты поверки признаются действительными, если изменение температуры не превысило допустимого значения, в противном случае поверка повторяется.

В технические требования к поверочным установкам часто включают характеристику стабильности воспроизводимого расхода. Необходимо указать, что данная характеристика является количественным показателем качества воспроизводимого расхода. Отметим также, что конкретные значения стабильности или нестабильности в нормативных документах государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) не встречаются. Однако такие требования имеют право быть в утвержденных методиках поверки на конкретные типы счетчиков. Например, для турбинного счетчика газа типа TRZ величины стабильности воспроизводимого расхода определены в методике поверки в качестве допусков ±5% на номиналы расходов, на которых производится поверка.

В подавляющем большинстве случаев задание показателя нестабильности со значением не более ±5% вполне оправданно как с точки зрения обеспечения необходимых условий по поверке рабочих приборов, так и с точки зрения технической реализуемости обеспечения на конкретной поверочной установке. Если же в методике поверки счетчиков указаны другие значения нестабильности расхода, то эти значения следует указывать в техническом задании. Обязательно необходимо уделить повышенное внимание этому показателю и в том случае, если предполагается проведение на установке поверки ротаметров.

При наличии разногласий между заказчиком и изготовителем установки по этому показателю целесообразно предварительно согласовать методику определения нестабильности воспроизводимого поверочной установкой расхода. Кроме того, зачастую эту величину (±5%) нестабильности расхода специалисты-метрологи различного уровня склонны путать с погрешностью по расходу самой установки.

Если при решении первой части поставленной задачи по выбору поверочной установки в большей степени приходится отталкиваться от вполне конкретных моментов (технические и метрологические характеристики имеющихся поверяемых счетчиков), то во второй части определения необходимого функционала установки поиск приходится вести в широкой области от легко реализуемого до невозможного — на грани фантазии и реальности, от самых простых до самых сложных функциональных возможностей, к чему склонны фактически все заказчики.

Как следствие, с расширением набора функциональных возможностей неизбежно возрастает и стоимость поверочной установки. Чтобы этого избежать, предлагается функциональные возможности установок разделить на две группы: обязательные и сервисные. К обязательным функциональным возможностям необходимо отнести возможности, позволяющие обеспечить поверку рабочих приборов в соответствии с методикой их поверки.

В соответствии со своим назначением установка должна иметь:

  • технические средства для воспроизведения, поддержания и регулирования расхода в заданном диапазоне;
  • эталонные средства измерения объема, времени;
  • эталонные средства измерения температуры, давления;
  • средства измерения и регистрации выходных параметров рабочих СИ.

Указанные технические устройства могут быть различных типов, однако их выбор будет определяться способом управления этими средствами. Если предполагается, что управление будет осуществляться вручную, то и технические требования к этим средствам будут более простыми. Если же в составе установки будет персональный компьютер, то большинство используемых средств должны иметь возможность программного управления. В составе современных поверочных установок компьютер присутствует как обязательный элемент. Если заказчик ставит для себя цель максимального снижения доли ручного труда за счет автоматизации, то здесь важно найти оптимальную границу раздела функций между оператором и средствами автоматического управления. В выборе технических средств для воспроизведения, поддержания и регулирования расхода в заданном диапазоне наметились определенные тенденции, когда в качестве средства воспроизведения расхода используются вихревые воздуходувки. Установка расхода в этом случае может быть произведена как вручную с помощью запорной арматуры, так и с помощью программно-управляемого частотного преобразователя для регулирования режимов работы и электропитания воздуходувки, а также и с применением запорной арматуры с регулируемым электроприводом.

В качестве эталонных средств также могут применяться различные СИ, которые обеспечивают необходимые метрологические характеристики самой установки. Это могут быть и колокольные мерники, и установки поршневого типа, и калиброванные и критические сопла, и современные высокоточные эталонные счетчики-расходомеры.

В последнее время все чаще выбор делается в пользу эталонных счетчиков. Здесь следует отметить главный момент, на который не все специалисты обращают внимание. Какие бы средства измерений ни использовались в качестве эталонных, они требуют первичной и периодической поверки с целью подтверждения их заявленных метрологических характеристик — передачи размеров единиц величин в соответствии с поверочной схемой по виду измерений. Так, эталонные CИ объемного расхода должны поверяться на государственном первичном эталоне измерения объемного и массового расхода газа ГЭТ118—2013 в соответствии с ГОСТ8.618—2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расходов газа».

Например, если поверочная установка работает на базе эталонных счетчиков-расходомеров, тогда для поверки их необходимо демонтировать и установить на государственный эталон с соответствующими метрологическими характеристиками.

Однако практика показывает, что монтаж/демонтаж эталонных счетчиков-расходомеров приводит к тому, что погрешность измерения эталонным счетчиком-расходомером при его поверке на государственном эталоне и погрешность измерения после монтажа его в установку на штатное рабочее место могут существенно отличаться. Поэтому целесообразно иметь в составе установки собственные средства поверки, например эталонные счетчики-компараторы или критические сопла, которые, с одной стороны, позволяют проводить поверку эталонных счетчиков-расходомеров, а с другой — проводить более точную поверку рабочих СИ, имеющих меньшие значения относительной погрешности. Например, если в составе установки имеются критические сопла с пределом относительной погрешности ±0,1%, то на установке можно провести поверку рабочих СИ, имеющих погрешность ±0,3%.

Дополнительные средства измерений могут быть выбраны как из стандартных рабочих СИ (термометры, частотомеры, измерители давления), так и из специализированных эталонных СИ, которые имеют в составе первичные преобразователи утвержденного типа, контроллеры и лицензированное программное обеспечение. Первый подход является на сегодняшний день общепринятым, так как по сути в установке реализуются измерительные каналы для соответствующих величин. Однако специалисты-метрологи всех уровней по-разному оценивают допустимость применения данного решения. Общее количество измерительных каналов по объемному расходу определяет возможность подключения рабочих приборов с различными видами выходных сигналов (импульсные выходы, аналоговые выходы, оптические считыватели) и, соответственно, их количество.

Сервисные функциональные возможности установок в основном определяются программным обеспечением. При разработке программного обеспечения установок может быть предусмотрено:

  • создание и ведение базы данных по поверяемым приборам с сохранением множества данных о поверке, таких как: адрес предприятия-заказчика, его наименования, наименования структурного подразделения, серийного номера прибора, типа прибора, результатов его поверки в виде графика и протокола поверки;
  • тестирование установки — проверка работоспособности средств управления: затворов (дисковых заслонок) с электро- и пневмоприводом, частотных преобразователей, средств измерений;
  • индикация в главном окне программы показаний всех средств измерений и состояния средств контроля, входящих в состав установки;
  • выбор способа поверки приборов: с частотным выходом, с аналоговым выходом, визуальным сличением, поверка в ручном режиме «старт-стоп»;
  • задание измерительной процедуры: количество точек по расходу, значения расхода в каждой точке, «проливаемый» объем или время поверки, количество измерений в точке;
  • обработка результатов и вывод на печать протоколов и графиков поверки;
  • проведение градуировки эталонных счетчиков-расходомеров, аналоговых каналов, затворов (дисковых заслонок) с электро- и пневмоприводом с сохранением результатов;
  • настройка пневматического тракта установки: распределение диапазонов работы эталонных счетчиков-расходомеров, установка пределов их измерений, установка защиты от несанкционированного вмешательства и прочие операции, необходимые для работы установки.

Немаловажным, а зачастую и главным для заказчика вопросом при подборе поверочной установки и проектировании поверочной лаборатории являются площади, требующиеся для размещения установки. В некоторых случаях производители установок могут сделать проект, привязанный к уже имеющимся ограниченным площадям заказчика, и тем самым исключить дополнительные затраты на капитальное строительство. В качестве примера на рис. 1 приведен общий вид поверочной установки УПГ, расположенной на минимально возможных площадях лаборатории Арзамасского филиала ФБУ «Нижегородский ЦСМ». Установка предназначена для поверки различных типов счетчиков: турбинных, ротационных, вихревых.

Таким образом, чем больше у заказчика исходной информации при определении технических требований к поверочной установке и разработке технического задания на ее проектирование совместно с изготовителем, тем более удачным и эффективным будет решение вопроса по выбору типа поверочной установки и техническому обеспечению поверочной лаборатории предприятия.

Установка поверочная УПГ производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» Рис. 1. Установка поверочная УПГ производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника». Эксплуатирующая организация — Арзамасский филиал ФБУ «Нижегородский ЦСМ»

Аттестация эталонов единиц величин (ЭЕВ)

Тема аттестации эталонов тревожит метрологическое сообщество как своими противоречиями в российских стандартах, так и разночтениями с международными. Поскольку вопросы аттестации, которые приходится решать держателям эталонов, связаны с документацией, проблемы касаются и производителей самих эталонов. Предлагается справедливо-критически подойти к освещению данной проблематики. Отметим, что существенные изменения произошли в части обеспечения единства измерений именно в нашем отечественном законодательстве. Изменения абсолютно не связаны с международными нововведениями, так как основополагающий международный стандарт ГОСТ ИСО/МЭК 17025 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» остался без изменений.

В России, однако, изменился подход к образцовым приборам, передающим размер единицы физической величины. Ранее это были «образцовые средства измерений», потом стали «эталонные средства измерений», а теперь они уже получили статус «эталонов», причем эталоном стало не просто бывшее образцовое СИ, а совокупность приборов, используемых при поверке. Надо заметить, что раньше только государственные первичные эталоны и государственные вторичные рабочие эталоны, принадлежащие НИИ и ЦСМ, были удостоены чести называться «эталонами» и включать в себя комплекс оборудования. Теперь даже простой образцовый ртутный термометр в комплекте с водяным термостатом должны составлять «эталон». В доказательство можно привести цитату из Постановления правительства РФ от 23 сентября 2010 г. № 734: «В состав эталонов единиц величин могут входить основные технические средства, в том числе средства измерений, которые применяются при воспроизведении, хранении и передаче единиц величин, контроле за соблюдением требований к условиям их содержания и применения, а также вспомогательные технические средства, в том числе информационно-вычислительные комплексы, сооружения, специальные платформы и фундаменты, специальные здания и помещения, обеспечивающие выполнение установленных требований к эталонам единиц величин, условиям их содержания и применения». Практическое применение данного положения вызывает значительные трудности у метрологов также из-за неточности и противоречивости формулировок. Разработанные в его развитие «Рекомендации по проведению первичной и периодической аттестации и подготовке и утверждению ЭЕВ, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений (утверждены приказом Росстандарта 22 января 2014 г. № 36)» не являются обязательным нормативным документом, устанавливающим и регулирующим порядок аттестации и утверждения ЭЕВ в РФ, и по ряду формулировок не соответствуют Положению и Федеральному закону Российской Федерации от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».

Рассчитать суммарную и расширенную неопределенность измерений (или границы доверительной погрешности) для эталонного комплекса средств измерений рекомендуется в соответствии с ГОСТ 8.381–2009 «ГСИ. Эталоны. Способы выражения точности».

С одной стороны, это, казалось бы, позитивные изменения. Действительно, при поверке необходимо знать суммарную погрешность измерений. Это должно быть записано в методиках поверки, что полностью соответствует ГОСТ ИСО/МЭК 17025. Однако в международном стандарте нет понятий «эталон» и «аттестация эталона» для всего комплекса СИ.

Для аккредитации лаборатории на право поверки по ИСО/МЭК 17025 требуются (из области метрологических требований) только:

  1. Наличие методик калибровки: «п. 5.4.2. Лаборатория должна использовать методики испытаний и/или калибровки, включая методы отбора образцов, которые отвечают потребностям заказчиков и пригодны для предпринимаемых испытаний и/или калибровки. Преимущественно следует использовать методики, приведенные в международных, региональных (межгосударственных) или национальных стандартах».
  2. Расчет неопределенности измерений: «п. 5.4.6. Калибровочная или испытательная лаборатория, проводящая калибровку самостоятельно, должна иметь и применять процедуру оценки неопределенности измерений для всех калибровок и всех видов калибровки».
  3. Наличие необходимого оборудования: «п. 5.5. Оборудование и его программное обеспечение, используемые для проведения испытаний, калибровки и отбора образцов, должны обеспечивать требуемую точность и соответствовать техническим требованиям, предъявляемым к данным испытаниям и/или калибровке».
  4. Метрологическая прослеживаемость: «п. 5.6. Для калибровочных лабораторий должна быть создана функционирующая программа калибровки оборудования для того, чтобы обеспечивать прослеживаемость калибровки и измерений, проведенных лабораторией, к Международной системе единиц (СИ)».

Также в ГОСТ ИСО/МЭК 17025 записано: «Калибровочные лаборатории, соответствующие требованиям настоящего стандарта, рассматриваются как компетентные. Сертификат о калибровке с логотипом органа по аккредитации, выданный калибровочной лабораторией, аккредитованной на соответствие настоящему стандарту в отно­шении проведения данного вида калибровки, является достаточным свидетельством прослеживаемости указанных калибровочных данных».

Наше законодательство расширило международные стандарты. Введено понятие «Эталона» для поверочного комплекса даже самого низшего звена, решено закрепить все средства измерений в эталоне с помощью обязательной аттестации эталонов — довольно сложной, волокитной процедуры с массой документов, регистраторов, проверяющих и прочего. Такая аттестация не предусмотрена ни в одном международном стандарте. Это чисто российский подход. А главное, это противоречит основополагающему стандарту, по которому проводится аккредитация лабораторий на право поверки и калибровки — ГОСТ ИСО/МЭК 17025. По сути, аттестация вводится в дополнение к аккредитации, что усложняет работу поверочной лаборатории и делает поверку дороже.

А повысилась ли точность поверки? Если посмотреть в реестре аттестованных эталонов сведения об их метрологических характеристиках, то никаких суммарных погрешностей и неопределенностей там нет. Чаще всего указана просто «погрешность» и дано утверждение о соответствии поверочной схеме по какому-либо разряду. Аттестация в принципе не может повлиять на точность и единство измерений. Оценка суммарной погрешности важна, но она должна быть реализована путем разработки грамотных методик поверки с оценкой суммарной неопределенности измерений. При аккредитации должно проверяться наличие методик и оборудования, которое поверено компетентными лабораториями.

Стандарт ИСО/МЭК 17025 разработан международными метрологическими организациями для того, чтобы ввести единый подход к обеспечению точности при передаче размера единиц физических величин. Его выполнение — это обязательное условие договора о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов калибровки (MRA — Mutual Recognition Arrangement — Соглашение о взаимном признании), который Россия подписала одной из первых стран. Кроме того, в законе РФ об обеспечении единства измерений (статья 4) говорится, что «если международным договором Российской Федерации установлены иные правила, чем те, которые предусмотрены законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений, то применяются правила международного договора». Таким образом, единственно верно — работать по международному стандарту ИСО/МЭК 17025.

Кроме того, применение в Рекомендациях поверки или калибровки ЭЕВ до их аттестации нарушает статью 13 Федерального закона Российской Федерации от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», где поверка предусмотрена только для СИ, и статью 18 этого закона, где калибровка предусмотрена только для СИ, применяемых вне сферы государственного регулирования обес­печения единства измерений (СГР ОЕИ), а не для эталонов, применяемых в СГР ОЕИ, а также и п. 12 Положения, утвержденного постановлением Правительства РФ № 734 в 2010 г., где сказано, что «для СИ утвержденного типа, применяемых в качестве ЭЕВ, вместо процедуры поверки СИ применяются процедуры их первичной и периодической аттестации».

Что касается практического применения Положения, утвержденного постановлением Правительства РФ № 734 в 2010 г., то в случае распространения процедур утверждения на все рабочие эталоны (далее — РЭ) 2–4 разрядов, большинство из которых представляет из себя средства измерений утвержденного типа, и нужно будет утверждать не просто каждый тип СИ, а каждый экземпляр эталона (тысячи, десятки и даже сотни тысяч единиц эталонов каждого типа), значительно и неоправданно возрастут затраты времени и средств на выполнение этих процедур. Разработка владельцами эталонов индивидуальных Правил содержания и применения каждого экземпляра (а не типа) РЭ и методик их периодической аттестации может привести к потере единства измерений в звене рабочих эталонов, что недопустимо в условиях государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Таким образом, учитывая вышеизложенное, остается надеяться на грамотную корректировку всех нормативных документов по теме, выверенную временем и учитывающую их взаимосвязь.

Вопросы и проблемы стандартизации поверки счетчиков газа

Одним из «китов», на котором стоит поверочная установка, — это универсальность, т.е. возможность произвести поверку любого счетчика газа. Этот вопрос неразрывно связан с проблемой общей стандартизации поверки счетчиков газа. Идеальной была бы ситуация, когда поверка всех типов счетчиков производилась бы по одной методике. Но это уже область не метрологии, а фантастики. И все же основным нормативным документом, регламентирующим проведение поверки счетчиков газа в РФ, является ГОСТ 8.324–2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Счетчики газа. Методика поверки». Этот документ принят Евразийским советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 22 от 06.11.2002 г.) для внедрения в качестве межгосударственного стандарта в странах СНГ. Однако практическое применение данного ГОСТа осложняется несколькими вопросами. Во-первых, формула расчета основной относительной погрешности поверяемого счетчика газа не учитывает разницу температур измеряемой среды в поверяемом счетчике и в поверочной установке. А ее влияние на результат определения погрешности поверяемого счетчика на практике оказывается даже более значительным, чем учитываемая формулой разница давлений.

Формулы расчета основной относительной погрешности поверяемого счетчика газа в ГОСТ 8.324–2002 (п. 9.3.5):

(1)

где Vсч — объем воздуха, измеренный поверяемым счетчиком, м3;

Vо — объем воздуха, заданный (измеренный) поверочной установкой, м3;

Δ — поправка, определяемая разницей давления в поверяемом счетчике и в поверочной установке, %.

(2)

где Δp — разность значений абсолютных давлений в поверочной установке и поверяемом счетчике, Па; Δp принимают со знаком минус, если давление в поверяемом счетчике более давления в эталонной поверочной установке;

p — абсолютное давление в поверяемом счетчике, Па.

Приведенные формулы не соответствуют точной формуле для расчета погрешности счетчиков, приведенной в действующих международных стандартах, где обязательно учитывается влияние и давления, и температуры. Правильная же формула вытекает из определения относительной погрешности измерительного прибора в соответствии с базовым российским документом по метрологии РМГ-29 «Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения»: «Относительная погрешность — это отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеренной величины».

Таким образом, погрешность поверяемого счетчика должна рассчитываться в процентах по формуле:

(3)

где Vсч — показание счетчика;

V — действительное значение объема, прошедшего через счетчик.

С учетом уравнения газового состояния действительное значение объема определяется так:

(4)

где Vo — объем, измеренный установкой;

Po, Pсч — абсолютные давления в поверочной установке и в счетчике;

To, Tсч — абсолютные температуры в поверочной установке и в счетчике.

Подставив (4) в (3), получим полную, единственно верную формулу определения погрешности поверяемого счетчика:

(5)

Исходя все из того же уравнения газового состояния, можно легко оценить степень влияния допускаемой разности температур величиной в 1° по ГОСТ 8.324 между измеряемой средой в счетчике и в поверочной установке на результат расчета погрешности поверяемого счетчика. При расчете по формулам (1) и (2) без учета разности температур возникает дополнительная методическая погрешность:

(6)

где Tн — нормальная абсолютная температура 293 К;

To, Tсч — абсолютные температуры в поверочной установке и в счетчике.

Отсюда следует, что при допускаемой разности температур величиной в 1° по ГОСТ 8.324 между Ti и To методическая погрешность будет равна ±0,34%. Такая величина недопустима для поверки промышленных счетчиков газа с пределами относительной погрешности ±1%.

Кроме приведенного анализа, следует отметить, что ГОСТ 8.324, несмотря на свое назначение для поверки расходомеров-счетчиков как по объему газа, так и по расходу, не имеет каких-либо указаний или формул для поверки расходомеров, тем самым не только создавая противоречия, но и ограничивая свое практическое применение.

Рекомендации

В качестве рекомендаций здесь необходимо отметить следующее. На основании изложенного выше можно сделать вывод, что всецело руководствоваться ГОСТ 8.324 как при поверке счетчиков, так и при проектировании поверочных установок не представляется возможным, так как формулы, приведенные в ГОСТ, являются неполными, и нужно производить вычисления с учетом давления и температуры. Кроме того, необходимо учитывать требуемые условия по допустимой динамике температуры и давления измеряемой и окружающей среды, указанной в документации на поверяемые счетчики и на применяемую поверочную установку. Также необходимо при поверке руководствоваться утвержденными методиками поверки на счетчики, если таковые имеются, и брать во внимание действующие международные стандарты. Таким образом, вопрос отсутствия четких российских стандартов, которыми мог бы руководствоваться производитель, разрабатывая поверочные установки, стоит достаточно остро.

Метрология поверочных установок, их место и роль в государственной поверочной схеме

ГОСТ Р 8.618–2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расходов газа» распространяется на государственную поверочную схему для средств измерений объемного и массового расходов газа и устанавливает назначение государственного первичного эталона единиц объемного и массового расходов газа, его метрологические характеристики и состав, основные метрологические характеристики рабочих эталонов и порядок передачи размеров единиц расходов газа от государственного первичного эталона с помощью рабочих эталонов рабочим средствам измерений.

Обновленный ГОСТ Р 8.618 претерпел некоторые изменения, но, как и прежде, поверочные установки — рабочие эталоны 1-го разряда занимают ключевое место в государственной поверочной схеме, выполняя роль передачи размеров единиц величин от государственного эталона рабочим СИ в целях обеспечения единства измерений.

Рассмотрим основные пункты стандарта, определяющие качественные характеристики поверочных установок.

Во-первых, диапазон воспроизводимых расходов установок расширен снизу в два раза. Это дает возможность проектировать теперь установки на базе эталонных счетчиков начиная с минимального расхода 1 м3/час. Но, как и прежде, расходы менее 1 м3/час должны быть реализованы с применением в качестве эталонов наборов критических сопел.

При создании современной метрологической лаборатории вопрос выбора типа поверочной установки является весьма важным. На рынке сегодня представлены установки двух основных типов:

  • с эталонными соплами;
  • с эталонными счетчиками.

Рассмотрим основные отличия этих двух типов поверочных установок друг от друга, а также преимущества гибридных установок.

Поверочные установки с критическим перепадом давления на соплах являются вполне рациональным решением для поверки счетчиков газа бытового и коммунального секторов в диапазоне низких расходов от 0,003 до 6–16 м3/ч. Каждое сопло дает только одно, строго определенное значение расхода. Основными преимуществами эталонов на критических соплах являются:

  • высокая точность;
  • простота конструкции и, следовательно, невысокая стоимость;
  • возможность проведения длительных испытаний;
  • высокая метрологическая надежность, так как основной элемент — сопло не имеет движущихся частей и острых кромок и поэтому не изнашивается;
  • отсутствие различных регулировок и настроек, следовательно, простота обслуживания и низкие требования к квалификации персонала;
  • возможность проведения испытаний счетчиков как при атмосферном, так и при повышенном давлении, причем каждое сопло дает одно и то же значение расхода независимо от величины давления.

Недостатком поверочных установок с критическими соплами является значительное энергопотребление, так как для создания критического перепада требуется большая мощность насосов-воздуходувок. Поэтому установки для поверки промышленных счетчиков газа на высоких расходах в диапазоне до 16000 м3/ч проектируются на базе эталонных счетчиков газа. При этом такие установки значительно менее энергоемки, чем сопловые. Кроме того, неоспоримым преимуществом установок на базе эталонных счетчиков газа является возможность поверки и испытаний счетчиков на любом расходе измеряемой среды, в то время как величины расходов через сопла являются дискретными. Это значительно усложняет эксплуатацию установок, реализованных полностью на сопловых эталонах. Необходимо отдельно приобретать сопла на дополнительные величины поверочных расходов при появлении новых поверяемых счетчиков с различными диапазонами измерения.

Оптимальным решением являются комбинированные установки. Нижний диапазон расхода охватывается критическими соплами, а верхний — эталонными счетчиками газа.

Конструкция таких гибридных поверочных установок гибкая и позволяет собирать их из критических сопел, эталонных счетчиков газа и их комбинации. Главной отличительной особенностью таких гибридных установок является их широкий диапазон измерений — от 0,003 до 16000 м3/ч. Параллельно критическим соплам, начиная законодательно по ГОСТ Р 8.618–2014 с расходов в 1 м3/ч (а на практике — с 5—10 м3/ч), используются эталонные счетчики. Основными преимуществами таких установок являются точность, долговременная стабильность, воспроизводимость показаний, экономия времени.

Кроме того, благодаря в том числе и новому ГОСТ Р 8.618–2014 производителям установок на базе даже самых высокоточных эталонных счетчиков не удастся в ближайшее время вытеснить установки с применением критических сопел.

Во-вторых, ГОСТ Р 8.618–2014 лишился заимствованных из других поверочных схем эталонов по давлению и по температуре. Как излагалось выше в разделе «Вопросы стандартизации поверки счетчиков газа», измерять и учитывать давление и температуру при вычислении погрешности поверяемого счетчика необходимо. В отличие от ГОСТ Р 8.618–2006, отсутствие в новом ГОСТ Р 8.618–2014 требований к эталонам по давлению и температуре дает разработчикам установок свободу выбирать применяемые в установках датчики исходя из общих технических и метрологических соображений. Зачастую этот выбор падает на датчики общепромышленного типа, так как никаких особых требований к их эксплуатации в лабораторных условиях не предъявляется. Таким образом, применяются датчики давления и температуры с основной относительной погрешностью порядка ±0,1% как самые широко распространенные и недорогие.

Попытаемся выяснить, какие величины погрешностей при этом должны быть у остальных — основных — СИ, входящих в установки. В составе установок, как правило, несколько измерительных каналов — обычно пять, в том числе: канал измерения объема газа эталонным счетчиком, канал измерения давления в эталонном счетчике, канал измерения давления в поверяемом счетчике, канал измерения температуры в эталонном счетчике, канал измерения температуры в поверяемом счетчике.

По классической формуле неисключенной систематической погрешности (РМГ-29 «Метрология. Основные термины и определения») установки, состоящей из нескольких каналов, при числе неисключенных систематических погрешностей N  > 4 величина общей погрешности установки определяется выражением:

(7)

где

K — коэффициент зависимости отдельных неисключенных систематических погрешностей от выбранной доверительной вероятности P при их равномерном распределении (при P = 0,99, K = 1,4).

Отсюда формула общей погрешности стандартной установки будет такой:

(8)

где Θустан. — погрешность установки;

Θэт.сч. — погрешность эталонного счетчика;

ΘРэт.сч. — погрешность измерения давления в эталонном счетчике газа;

ΘТэт.сч. — погрешность измерения температуры в эталонном счетчике газа;

ΘРповер.сч. — погрешность измерения давления в поверяемом счетчике газа;

ΘТповер.сч. — погрешность измерения температуры в поверяемом счетчике газа.

Математически несложно вычислить необходимые пределы допускаемой погрешности эталонного счетчика, если учесть, что по ГОСТ Р 8.618–2014 для установок требуется погрешность ±0,3%, а все погрешности измерения давлений и температур, как описано выше, принимаются равными ±0,1%. При таких исходных данных на эталонный счетчик остается «доля» в ±0,077%. Кроме того, если установка предназначена для поверки расходомеров, то она должна иметь еще и каналы измерения времени, наличие которых приведет к еще большему уменьшению этой «доли» погрешности эталонного счетчика.

Любому рядовому метрологу абсолютно ясно, что подобные величины порядка ±0,077% недостижимы технически. Наилучшая погрешность современных счетчиков на сегодняшний день не менее ±0,5%. И это далеко не рядовые стандартные СИ, а единичные экземпляры самых перспективных и дорогих ультразвуковых счетчиков газа.

Поэтому здесь возможны два варианта решения задачи достижения величины ±0,3% общей погрешности установки: либо уменьшение допустимой величины погрешности датчиков давления и температуры, либо применение дополнительной калибровки эталонных счетчиков как метода увеличения их точностных параметров. В первом случае даже теоретически просматриваемая возможность использования датчиков с погрешностями ±0,05% (в пять раз меньшими, чем общего применения) не дает общей погрешности установки лучше ±0,7%. Во втором случае проблема возникает в правомерности применения самой процедуры калибровки и ее признания метрологическими службами различного уровня и лицензирующими органами в соответствующих НИИ, а также в технической возможности реализации такой калибровки на государственном первичном эталоне измерения объемного и массового расхода газа ГЭТ118—2013 (рис. 2, 3) в соответствии с ГОСТ 8.618–2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расходов газа».

Государственный эталон ГЭТ 118–2013 – установки ЭУ-1 и ЭУ-2 Рис. 2. Государственный эталон ГЭТ 118–2013 — установки ЭУ-1 и ЭУ-2 Государственный эталон ГЭТ 118–2013 – установки ЭУ-3 и ЭУ-4 Рис. 3. Государственный эталон ГЭТ 118–2013 — установки ЭУ-3 и ЭУ-4

Кроме того, при процедурах сертификации, лицензирования и даже просто первичных и периодических поверках установок всегда остро стоит вопрос об отсутствии внесения эталонных счетчиков, изготовленных из серийных счетчиков, в Госреестр с заявленными улучшенными характеристиками точности, с калибровкой или без нее и, соответственно, об отсутствии надлежащих сертификатов на них.

Правомерность же применения калибровки можно было бы возложить на Постановление правительства Российской Федерации от 2 апреля 2015 г. № 311 «Об утверждении положения о признании результатов калибровки при поверке средств измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений». Однако данный законодательный акт распространяется на признание калибровки, произведенной в большинстве случаев неотечественным заводом-изготовителем, при ввозе СИ в Россию и при его первичной поверке.

В базовом метрологическом стандарте РМГ-29 дается следующее определение калибровки:

«Калибровка (calibration) средств измерений — совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона, с целью определения метрологических характеристик этого средства измерений. Примечания:

  1. Примером метрологической характеристики является диаграмма калибровки, несущая информацию об инструментальной неопределенности измерений. При калибровке могут быть определены и другие метрологические характеристики средств измерений.
  2. Результаты калибровки позволяют определить значения измеряемой величины по показаниям средства измерений, или поправки к его показаниям, или оценить погрешность этих средств.
  3. В VIM3 [International vocabulary of metrology — Международный словарь по метрологии] термин „калибровка“ определен как операция, в ходе которой при заданных условиях на первом этапе устанавливают соотношение между значениями величин с неопределенностями измерений, которые обеспечивают эталоны, и соответствующими показаниями с присущими им неопределенностями, а на втором этапе на основе этой информации устанавливают соотношение, позволяющее получать результат измерения, исходя из показания».

Итак, в российских нормативных документах даны лишь общие понятия о калибровке, поэтому вопрос о правомерности ее применения с целью именно улучшения точностных характеристик эталонных счетчиков газа открыт.

Кроме того, на практике применяются разнообразные методы реализации калибровки и учета калибровочных коэффициентов или поправок при вычислении полученных результатов измерений, например, с помощью линейной аппроксимации, методом полиномов и другими.

Это говорит об отсутствии четких подходов в метрологии к калибровке СИ с целью уменьшения погрешностей СИ, а следовательно, и о недопустимости ее применения в целом при определении погрешности эталонных счетчиков газа, входящих в состав эталонных поверочных установок 1-го разряда.

В целом, вопросы допустимости, правомерности, законности использования тех или иных методов измерений в современной расходометрии и метрологии вообще окружают специалистов повсеместно. Предлагается в связи с этим ввести новое понятие — «метрологическая легитимность» — термин, лежащий на стыке допустимости, правомерности, законности применения каких-либо методов определения метрологических характеристик и в целом определяющий легальность использования определенных методик выполнения измерений и вычислений в государственной системе обеспечения единства измерений.

Вывод: ни тот, ни другой вариант решения задачи не представляется возможным. Первый — по причине технической нереализуемости, а второй — как не имеющий под собой твердых законных оснований.

В-третьих, ГОСТ Р 8.618–2014 по-прежнему разрешает применение метода косвенного сличения с помощью компаратора. И для производителей установок, и для эксплуатирующих служб остро стоит вопрос о применении эталона сличения — компаратора при передаче единиц величин. Это объясняется тем, что поверочная установка стандартно имеет достаточно большие массогабаритные характеристики и, как следствие, отсутствует возможность транспортировать ее целиком на государственный эталон для первичной поверки. Кроме того, эксплуатирующими организациями установок все чаще становятся не только региональные ЦСМ, но и подразделения газовых и нефтяных компаний, географически расположенные в местах, где цикличес­кая транспортировка оборудования для периодической поверки невозможна в принципе, например на северных месторождениях. Из этого следует, что целесообразно иметь на местах компараторы — эталоны-переносчики единицы расхода и объема газа в необходимом количестве с расходами, перекрывающими весь диапазон установки. Компараторы должны иметь улучшенные параметры точности и стабильности. При этом только компараторы поверяются непосредственным сличением на ГЭТ, а не вся установка в сборе, и далее с помощью компараторов идет поверка установки. Но пока на сегодняшний день не существует каких-либо технических характеристик или хотя бы требований к созданию компараторов. Кроме того, официально подобного эталона также не существует. Создание и метрологическое обеспечение эталона-переносчика единицы расхода и объема газа, входящего в состав государственного первичного эталона единицы объемного и массового расходов газа ГЭТ 118–2013, является в настоящее время одним из направлений научной деятельности Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» (ФГУП ВНИИР). А подобный компаратор разработан пока только для жидкости.

По этой причине разработчики поверочных установок выдумывают разнообразные удобные ухищрения для поверки производимых ими установок. Например, поверка по отдельности всех СИ, входящих в установки, с последующей сборкой установки и запуском ее в работу. При этом обыкновенные рабочие счетчики служат для проверки стабильности и «правильности» показаний установки в момент ввода ее в эксплуатацию. Необходимо отдавать себе отчет в том, что здесь как раз необходимо применять те самые эталонные переносчики — компараторы, которых нет. И подобные подходы без применения аттестованного на государственном эталоне компаратора сличения недопустимы.

В качестве итога необходимо обратить внимание на то, что в эталонной расходометрии газа в России назрела в настоящее время острая необходимость создания комплексной законодательной базы, дающей четкое регулирование вопросов и проблем проектирования и эксплуатации эталонного поверочного оборудования и установок, а кроме того, вопросов проведения испытаний установок, определения стабильности показаний установок при измерениях объема и расхода, вопросов сертификации аппаратной части установок, содержащей метрологические средства определения объема газа, расхода и времени, а также вопросов проверки, поверки и лицензирования программного обеспечения установок, содержащего метрологически значимую часть, являющуюся ядром всей вычислительной системы установки, определяющей ее эталонность.

Литература

  1. Периодический сборник научно-технических статей.. Арзамас, 2014. Вып. 13.
  2. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
  3. М.В. Руденко, Ю.В. Никифоров. Проблемы стандартизации поверки счетчиков газа // Мир измерений. 2010. № 11 (117).
  4. МИ 3082–2007. Выбор методов и средств измерений расхода и количества потреб­ляемого природного газа в зависимости от условий эксплуатации на узлах учета. Рекомендации по выбору рабочих эталонов для их поверки.
  5. ГОСТ Р 8.740–2011. Расход и количество газа. Методика выполнения измерений с помощью турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков.
  6. ГОСТ Р 8.741–011. Объем природного газа. Общие требования к методикам измерений.
  7. ГОСТ 8.611–2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Расход и количество газа. Методика (метод) измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода.
  8. ГОСТ 2939–63. Газы. Условия для определения объема.
  9. ГОСТ 8.563. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений.
  10. ГОСТ Р 50818–95. Счетчики газа объемные диафрагменные. Общие технические требования и методы испытаний.
  11. Gas meters. Diaphragm gas meters. BS EN 1359:1998.
  12. Gas meters. Diaphragm meters. German version EN 1359:1998 + A1:2006.
Источник: http://gaselectro.ru/stati/metrologicheskie-aspekty-proizvodstva-poverochnyh-ustanovok-tipa-upg.html
 
vkontakte facebook twitter
Предыдущие статьи
social-icon
social-icon
social-icon
Loading...