Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Федорович Н.Н. 1 Студеникина О.Д. 1

---

1 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»

В статье рассмотрены проблемы выбора средств калибровки путем оценки метрологических характеристик средств измерений и неопределенности результатов измерений, полученных при калибровке средств измерений расхода жидкости. Было проведено две серии измерений расхода воды калибруемым счетчиком СВК-15 в одинаковых условиях с использованием одинаковых средств калибровки и применением в одной серии опытов поверочной установки УПСЖ-50/В, в другой – поверочной установки ВПУ-Энерго ТС. Калибровка счётчика воды СВК-15 проводилась методом прямого измерения калибруемым измерительным прибором величины, воспроизводимой эталонной материальной мерой – соответствующей установкой поверочной расходомерной. Неопределённость результатов измерений рассчитывали по типам А и В, в соответствии с методами их оценки. Выполненные расчёты неопределённости результатов полученных измерений в обеих сериях опытов показали, что установка ВПУ-Энерго ТС позволяет получать более точные результаты калибровки приборов в заданных точках расхода, чем поверочная установка УПСЖ-50/В. Таким образом, установлено, что по результатам калибровки можно выбирать предпочтительные калибровочные эталонные средства измерений, обеспечивающие с наибольшей точностью определение метрологических характеристик калибруемых средств измерений, что важно при оценке прослеживаемости результатов измерений в лабораториях и на производстве.

Статья в формате PDF

327 KB

измерения

неопределенность результатов измерений

калибровка средств измерений

эталонные средства калибровки

счетчик расхода жидкостей

1. Чухарева Н.В. Определение количественных характеристик нефти и газа в системе магистральных трубопроводов: учеб. пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2015. 311 с.

2. Федорович Н.Н., Горшкова Н.В., Федорович А.Н. Проведение оценки состояния измерений в лаборатории для оценки её компетентности // Наука и бизнес: пути развития. 2020. № 12 (114). С. 116–119.

3. Федорович Н.Н., Федорович А.Н., Светловская А.Ю., Молчанова Я.М. Оптимизация внутрилабораторного контроля качества результатов испытаний // Фундаментальные исследования. 2015. № 11–3. С. 511–515.

4. ПР 50.2.016-94 ГСИ. Требования к выполнению калибровочных работ. М.: Стандартинформ, 1994. 8 с.

5. Захаров И.П. Методы, модели и бюджеты оценивания неопределённости измерений при проведении калибровок // Измерительная техника. 2015. № 4. С. 20–26.

6. ГОСТ 34100.3-2017 Неопределенность измерения. Ч. 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. М.: Стандартинформ, 2018. 112 с.

7. Вихревые расходомеры: принцип работы, применение // АО «Пергам-Инжиниринг». 2017. URL: https://www.pergam.ru/articles/vihrevye-rashodomery.htm (дата обращения: 20.01.2022).

8. РМГ 115-2019 ГСИ. Калибровка средств измерений. Алгоритмы обработки результатов измерений и оценивания неопределенности. М.: Стандартинформ, 2019. 36 с.

9. МОЗМ МР 49-1 Счетчики воды, предназначенные для измерения холодной питьевой и горячей воды. Ч. 1: Метрологические и технические требования. Перевод ВНИИМС, 2006. 56 с.

10. Федорович Н.Н. Контроль процесса испытаний для подтверждения компетентности лабораторий // Известия учебных вузов. Пищевая технология. 2010. № 1 (313). С. 66.

В связи с возрастающей необходимостью измерения быстроменяющихся расходов жидкостей, увеличением скорости протекания важнейших технологических процессов в различных отраслях промышленности и широким применением расходомеров в системах автоматического управления возникают требования к увеличению их быстродействия и точности [1]. Эти показатели средств измерений являются определяющими и при оценке состояния измерений в лабораториях [2, 3]. От точности показаний расходомеров зависит правильное определение значения измеряемой величины в процессе измерений, что должно подтверждаться их калибровкой.

Основной целью калибровки средств измерений является передача единицы величины, воспроизводимой и хранимой эталоном, менее точному средству измерений [4]. При калибровке определяют индивидуальные метрологические характеристики средств измерений различными методами измерений [5]. Результатом калибровки является выражение метрологической характеристики средств измерений в форме калибровочной характеристики с указанием соответствующей неопределённости [6]. Рекомендуется осуществлять ежегодную калибровку измерительного оборудования организации в компетентных специализированных организациях. При этом возрастает значение качества применяемых для калибровки измерительного оборудования и методик калибровки.

Целью исследования является выявление возможности использования неопределенностей результатов калибровки расходомеров для выбора средств измерений, обеспечивающих более точные результаты калибровки данных приборов, а также требуемую метрологическую прослеживаемость измерений.

Материалы и методы исследования

Из всех типов наиболее распространены и удобны в обращении вихревые расходомеры, они калибруются на заводе, отличаются простотой монтажа, требуют небольших затрат на техническое обслуживание [7]. Нами выполнены измерения и расчёты неопределённости результатов измерений при калибровке счётчика воды СВК-15 (крыльчатый счетчик тахометрического типа – внесен в Федеральный информационный фонд обеспечения единства измерения под номером 16078-05).

Было проведено две серии измерений расхода воды калибруемым счетчиком СВК-15 в одинаковых условиях с использованием одинаковых вспомогательных средств измерений. В одной серии измерений применяли поверочную установку УПСЖ-50/В, в другой – поверочную установку – ВПУ-Энерго ТС.

Установка поверочная типа УПСЖ-50/В предназначена для поверки/калибровки расходомеров-счетчиков жидкости класса точности 0,5 и ниже в диапазоне расходов от 0,02 до 50 м3/ч. Установка ВПУ-Энерго ТС может применяться для поверки, калибровки и определения погрешностей теплосчетчиков, преобразователей расхода-объема (массы), расходомеров и счетчиков жидкости различного типа с диапазоном воспроизводимых расходов от 0,01 до 4000 м3/ч и пределами допускаемой относительной погрешности установки при применении расходомеров-счетчиков объемных при измерении объемного расхода и объема, которые не должны превышать ±0,2 %.

Средства измерений, которые применялись в процессе калибровки счётчика воды СВК-15, в том числе вспомогательные средства измерений (термогигрометр; барометр; термометр лабораторный электронный), влияющие на точность и достоверность результатов, имели метрологические характеристики, подтвержденные свидетельствами о поверке или сертификатами калибровки. Условия калибровки: температура окружающего воздуха – 21,9 °С; барометрическое давление – 101,2 кПа; относительная влажность воздуха – 45 %; температура воды в счётчике – 22,0 °С.

Калибровка счётчика воды СВК-15 проводилась методом прямого измерения калибруемым измерительным прибором величины, воспроизводимой эталонной материальной мерой – соответствующей установкой поверочной расходомерной. Измерения объёмного расхода и объёма поверочной среды выполняли на проливной установке по трём точкам в применяемом диапазоне измерений расходомера. Число измерений в каждой точке составило не менее 10.

При оценке неопределенности измерения во время калибровки прибора, должны быть приняты во внимание все компоненты неопределенности, которые имеют существенное отношение к ситуации: эталоны и стандартные образцы; методы измерения; вспомогательное оборудование; окружающая среда; оператор и другие требования. Неопределённость измерений группируют в две категории А и В, в соответствии с методами их оценки. Суть оценки неопределённости по типу А заключается в том, что неопределённость оценивается путём проведения анализа данных, полученных при многократных измерениях величины. При оценке неопределённости по типу В происходит анализ данных, в том числе полученных из свидетельств о поверке или сертификатов о калибровке [5].

Порядок оценивания метрологических характеристик и вычисления неопределённости измерений при калибровке путем составления бюджета неопределённости изложен в [6]:

– составление модельного уравнения измерений, которое выражает зависимость между выходной величиной и входными величинами;

– оценивание входных величин и их неопределённостей;

– оценивание выходных величин и их неопределённостей;

– составление бюджета неопределённости;

– представление результатов калибровки.

Значения входных величин находят путём их измерения с однократными (единичными) или многократными (повторными) наблюдениями или берут из внешних источников.

Таблица 1

Бюджет неопределенности

Различают следующие выходные величины:

− калибровочный коэффициент измерительного прибора и его расширенная неопределённость с указанием коэффициента охвата;

− калибровочная функция и расширенная неопределённость в каждой точке диапазона измерений или параметры калибровочной функции и соответствующие им неопределённости;

− метрологические характеристики средств измерений; отклонение показаний измерительного прибора от номинальной метрологической характеристики;

− и др. характеристики [8].

Для расчета неопределенности результатов измерений счетчиком воды, составляли модельное уравнение

Δ = (Vc + Δс ) – Vs ,

где Vc – объем воды, измеренный калибруемым счетчиком, м3;

Δс – поправка на погрешность дискретности отсчета калибруемого счетчика;

Vs – объем воды, воспроизводимый эталонной установкой, м3.

Бюджет неопределённости по форме, представленной в табл. 1, составляют в соответствии с [6]. Входные величины рассматриваются как некоррелированные.

Результаты исследования и их обсуждение

При каждом i-м измерении на i-м расходе регистрировали:

− время измерения;

− объёмный расход, воспроизведённый эталоном;

− объёмный расход по показаниям расходомера на начало измерения;

− объёмный расход по показаниям расходомера на конец измерения.

Метрологические характеристики в виде относительной погрешности счетчика воды определили на трёх расходах: наименьшем (Qнаим), 1,1 от переходного (1,1·Qп) и номинальном (Qном). В каждой точке расхода воды измерения калибруемым счетчиком провели в соответствии с данными табл. 2.

Исходные данные для расчета основной относительной погрешности и неопределенности калибруемого счётчика представлены в табл. 3.

Рассчитали относительную погрешность измерений при каждом расходе воды на калибруемом счетчике:

δQнаим = 2,55 %; δ1,1·Qп = 2,24 %; δQном = 1,06 %

Расчёт бюджета неопределённости при калибровке счетчика воды СВК-15 с применением поверочной установки УПСЖ-50/В для точки Qном представлен в табл. 4.

Аналогичный расчёт бюджетов неопределённости для точки 1,1·Qп позволил определить расширенную неопределенность, равную 0,000088 м3/ч, для точки Qнаим – расширенную неопределенность, равную 0,000067 м3/ч. Результаты калибровки счётчика воды СВК-15 представлены в табл. 5.

Показания счетчика на начало калибровки составили 431,26 м3, показания счетчика на конец калибровки – 431,39 м3.

В соответствии с описанием типа калибруемого прибора предел допускаемой погрешности счётчика в диапазоне расхода (Qнаим) и в диапазоне расхода (1,1·Qп) составляет ±5,0 %, в номинальном диапазоне расхода (Qном) – ±2,0 %.

Сравнение расширенной неопределенности счётчика воды с одной четвёртой части максимально допустимой погрешности показывает, что 0,33 < ±0,5; 0,42 < ±1,2; 0,65 < ±1,2.

Следовательно, расширенная неопределенность при определении действительного объема, проходящего через счетчик воды, не превышает одной четвёртой соответствующей максимально допускаемой погрешности счётчика, что удовлетворяет требования пункта 7.1.1 [9].

Таблица 2

Значения минимального времени измерений в каждой точке расхода

Таблица 3

Исходные результаты измерения расхода воды

Таблица 4

Бюджет неопределённости для точки Qном

Таблица 5

Результаты калибровки счётчика воды СВК-15 с применением поверочной установки УПСЖ-50/В

Соответственно, калибровка счётчика воды СВК-15 с применением поверочной установки УПСЖ-50/В показала, что калибруемый прибор будет обеспечивать требуемую точность измерений при последующей его эксплуатации и в условиях прослеживаемости результатов испытаний.

Далее провели измерения и расчёт неопределённости результатов измерений при калибровке счетчика воды СВК-15 с применением поверочной установки ВПУ-Энерго ТС.

Результаты вычисления стандартной неопределённости по типу А приняли условно такими же, как и для установки УПСЖ-50/В. Вычисления стандартной неопределённости входных величин по типу В (нормальное распределение) и выходных величин выполнили в форме бюджета неопределенности, представленного в табл. 1. Результаты калибровки счётчика воды представлены в табл. 6.

По результатам табл. 6 видно, что счётчик воды СВК-15 также прошел калибровку с применением поверочной установки ВПУ-Энерго ТС с положительным результатом. Использование счётчика воды с установленной неопределенностью результатов измерений в лабораторном и производственном контроле обеспечивает достоверность полученных данных [10].

Таблица 6

Результаты калибровки счётчика воды СВК-15 с применением поверочной установки ВПУ-Энерго ТС

Проанализировав результаты калибровки счётчика воды СВК-15, представленные в табл. 5 и 6, можно сказать, что расширенная неопределённость результатов измерений, полученная при калибровке счётчика СВК-15 на установке ВПУ-Энерго ТС меньшая, чем расширенная неопределённость результатов измерений, рассчитанная при калибровке этого же счётчика воды на установке УПСЖ-50/В. Сравнение полученных результатов неопределенностей позволило сделать вывод, что с применением установки ВПУ-Энерго ТС получены более точные результаты калибровки приборов в заданных точках расхода, чем с применением поверочной установки УПСЖ-50/В.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод, что установка ВПУ-Энерго ТС позволяет получать более точные результаты калибровки приборов в заданных точках расхода, чем поверочная установка УПСЖ-50/В, из чего следует, что по результатам калибровки можно выбирать предпочтительные калибровочные средства измерений, обеспечивающие с наибольшей точностью определение метрологических характеристик калибруемых средств измерений, которые являются важными при оценке прослеживаемости результатов измерений.

Библиографическая ссылка