Каргапольцев Василий Петрович, заместитель директораОКБ “Гидродинамика”, © Косолапов Александр Васильевич, главный метролог ОКБ“Гидродинамика”
Общийпарк средств измерений расхода и количества жидкости в последние годысущественно увеличился за счет широкого применения расходомеров – счетчиков дляучета энергоресурсов и проведения коммерческих расчетов между поставщиками ипотребителями энергоресурсов.
Вусловиях возрастающего спроса свою активность проявляют и предприятия –производители, которые выпускают приборы учета самых разных типов и по принципудействия, и по метрологическим характеристикам, и по надежности, и пофункциональным возможностям, и по стоимости.
Однакокакими бы не были эти приборы, для них обязательной является первичная поверкапри выпуске из производства и периодическая поверка во время эксплуатации, еслиприборы используются в сферах распространения государственного метрологическогоконтроля и надзора.
Дляпроведения поверки в соответствии с нормативными документами государственнойсистемы обеспечения единства измерений необходимо выполнить такие существенныетребования, как получить в установленном порядке право проводить поверочныеработы (аттестат аккредитации) в области расходометрии и иметь необходимыетехнические средства – эталоны, поверочные установки и вспомогательноеоборудование.
Междутем, техническая база для проведения поверочных работ на сегодняшний день вомногих регионах либо отсутствует, либо морально устарела и требуетсовершенствования. Более того, потребность в подобных установках испытывают ипредприятия для проведения испытаний при разработке и выпуске расходомеров-счетчиковжидкости, Наконец, потребность в поверочных установках испытывают ипромышленные предприятия, использующие расходомеры-счетчики в своихтехнологических процессах.
Процедураповерки расходомеров — счетчиков включает в себя воспроизведение потокажидкости в широком диапазоне расходов, измерение параметров этого потокаэталонными средствами измерений, измерение рабочими средствами измерений,обработку результатов измерений и принятие решения о пригодности рабочихсредств измерений для использования в соответствии с их назначением.
Прибольшом объеме приборов поверка становится настолько трудоемкой, что неизбежновозникает вопрос о повышении эффективности поверочных работ и обеспечениидостоверности результатов поверки.
Однимиз путей разрешения таких вопросов является использование автоматизированныхповерочных установок. Опыт использования таких установок накапливался болеедвух десятков лет, однако на сегодняшний день конкретные требования, которымдолжна удовлетворять разрабатываемая автоматизированная поверочная установка,отсутствуют, если не считать, что в ряде государственных стандартов имеютсяобщие технические требования к конструкции поверочных установок, в том числе иавтоматизированных.
Отталкиваясьот этих достаточно общих требований, общество с ограниченной ответственностью“Опытно-конструкторское бюро “Гидродинамика” (г. Киров) несколько лет назадприступило к разработке и изготовлению автоматизированных поверочных установок,которые позволяют любым заинтересованным потребителям создать собственнуюсовременную техническую базу для проведения поверки, лабораторных иисследовательских работ, испытаний, контроля качества и первичной поверки привыпуске приборов из производства.
Сучетом требований потребителей ООО “ОКБ “Гидродинамика” разработало иизготовило ряд автоматизированных поверочных установок счетчиков жидкости(УПСЖ) с максимальным воспроизводимым расходом 30, 50, 100, 150, 200, 400, 600м3/ч (в перспективе до 2500 м3/ч) с использованием в качестве рабочей жидкостиводопроводной воды как с нормальной температурой (от плюс 15 ºС до плюс 28ºС), так и с температурой до плюс 60 ºС.
Погрешностьтаких установок при измерении расхода по весовым устройствам имеет диапазонзначений от 0,2 % до 0,05 % и менее, эталонным расходомерам – от 0,6% до 0,25%.
РазработанныеООО “ОКБ “Гидродинамика” установки отличаются от существующих аналогичных поназначению установок:
а)универсальностью, т.е. наличием возможности проводить поверку практически всегопарка счетчиков жидкости различных поколений: без выходных сигналов, имеющихвозможность считывания информации с помощью оптоэлектронного считывателя, саналоговыми или импульсными выходами, с собственными электроннымиизмерительными блоками и встроенным интерфейсом;
б)высокой степенью автоматизации при измерениях, управлении и контроле, за счетчего обеспечивается высокая эффективность выполнения поверки или испытаний и
существенноеснижение доли ручного труда при выполнении поверочных работ;
в)наличием возможности проведения поверки как с использованием весовых устройств,так и эталонных расходомеров, что позволяет проводить поверку последних вавтоматическом режиме непосредственно на установке без их демонтажа.
г)использованием проверенных технических решений в области механики иэлектроники, комплектующих европейского качества.
Предпочтениевыпускаемым автоматизированным поверочным установкам типа УПСЖ отдали уже болеетридцати предприятий из 19 регионов Российской Федерации, в т.ч. Москвы иСанкт-Петербурга, при этом более 30 % из них приходится на центрыстандартизации и метрологии.
Чтоже представляет собой современная автоматизированная установка?
Автоматизированнаяповерочная установка для поверки расходомеров-счетчиков жидкости в общем случаепредставляет собой достаточно сложное техническое устройство, обеспечивающеевоспроизведение потока жидкости с расходом от 10 – 20 до 600000 литров в час(0,01 – 600 м3/ч) и измерение объема (массы) эталонными расходомерами иливесовым устройством с необходимой для поверки точностью.
Всоответствии со своим назначением поверочная установка относится к средствамизмерения, для которых установлена своя система сертификации (утверждение типаи внесение в Государственный реестр) и подтверждение пригодности дляиспользования по назначению.
Дляизмерения тех или иных физических величин в установке используется до 40средств измерений (измерение частоты, времени, температуры, массы, давления,тока, напряжения).
Дляуправления установкой используются различные технические средства, позволяющиезадавать скорость потока (путем установки частоты на частотном преобразователенасоса), формировать гидравлическую измерительную схему (путем закрытия илиоткрытия дисковых затворов с помощью пневмоприводов и/или электроприводов).
Сборизмерительной информации и управление установкой обеспечивается с помощьюкомпьютера.
Такжес помощью компьютера обеспечивается сбор информации от поверяемых приборов,которых на установке может быть установлено до нескольких десятков, обработкаизмерительной информации в соответствии с методикой поверки и хранениерезультатов поверки в базе данных.
Дляиллюстрации приведем краткое описание и функциональную схему автоматизированнойповерочной установки типа УПСЖ 600/ВМ. Условные обозначения функциональныхэлементов на рисунке 1 приведены в таблице 1.
Вобщем случае в состав установки входят:
устройствоподачи воды ( циркуляционные насосы Н1, Н2, Н3, дисковые затворы спневмоприводом V1П – V6П;
системахранения и подготовки воды ( резервуар СР1, ресивер Р, циркуляционный насос Н5,фильтры Ф2 – Ф4);
трубнаяобвязка ( измерительный участок, комплект установочных приспособлений изажимные устройства).
Измерительныйучасток при измерении объема (объемного расхода), массы (массового расхода)эталонными расходомерами состоит из эталонных расходомеров (ЭР1 – ЭР4),поверяемых расходомеров-счетчиков, закрепляемых на измерительных стендах ИС1,ИС2, ИС3 с помощью комплекта установочных приспособлений.
Измерительныйучасток при измерении объема (объемного расхода), массы (массового по ВУсостоит из поверяемых расходомеров-счетчиков, устройства переключения потокаУПП (УПП1, УПП2 или УПП3), накопительного резервуара НР (НР1, НР2 или НР3) идатчика температуры (ДТ1, ДТ2, ДТ3).
Измерительныестенды служат для центрирования проставок, входящих в состав комплекта установочныхприспособлений, а также для отвода воды при смене поверяемых счетчиков, котораянакапливается в специальном резервуаре СР2 и с помощью циркуляционного насосаН4 через фильтр Ф1 перекачивается в сборный резервуар СР1.
/>
Та б л и ц а 1 – Условные обозначения элементов функциональной схемы установкипо рисунку 1Обозначение Наименование СР1 Сборный резервуар для хранения рабочей жидкости СР2 Сборный резервуар для сбора воды с рабочих столов Н1, Н2, Н3 Насосы с Рном = 22 кВт Н4, Н5 Насосы с Рном = 0,4 кВт Р Ресивер К1, К2 Коллекторы ЭР1 – ЭР4 Эталонные расходомеры — счетчики ИС1, ИС2, ИС3 Измерительные стенды ЗУ1, ЗУ2 Зажимные устройства с пневмоцилиндрами НР1, НР2, НР3 Накопительные резервуары ВУ1, ВУ2, ВУ3 Весовые устройства с НПВ, кг, 20; 300; 2500 УПП1, УПП2, УПП3 Устройства переключения потока ДТ1 – ДТ3 Датчики температуры воды ДУ1 – ДУ3 Датчики уровня воды Д Датчик давления V1П – V16П Затворы дисковые поворотные с пневмоприводом V17Э – V20Э Затворы дисковые поворотные с электроприводом V21, V24, V25 Затворы дисковые V22, V23, V26 — V28 Краны шаровые ВО1, ВО2 Воздухоотводчики ЭК1, ЭК2, ЭК3 Электромагнитные клапаны ОК1, ОК2, ОК3 Обратные клапаны Ф1 – Ф4 Фильтры
Комплектустановочных приспособлений состоит из набора проставок различных диаметров,служащих для обеспечения прямых участков, необходимых для поверки расходомеров-счетчиков.
Зажимныеустройства представляют собой два пневмоцилиндра с телескопическимкомпенсатором длины и служат для герметизации измерительного участка.
Весовыеустройства представляют собой встроенные весы бункерного типа и предназначеныдля взвешивания воды. В качестве бункера используются накопительные
резервуарыустановки. Измерения проводятся в статическом режиме после заполнениянакопительного резервуара водой.
Датчикитемпературы ДТ1 – ДТ3 предназначены для непрерывного измерения температурыводы, проходящей через эталонные расходомеры. В дальнейшем результаты измерениятемпературы используется для пересчета массы воды в НР в объем, прошедший черезэталонные расходомеры — счетчики.
Устройствапереключения потока УПП расположены на жестком основании над пролетной трубой(ПТ) и накопительными резервуарами НР1, НР2, НР3 и предназначены для изменениянаправления потока жидкости без изменения структуры потока.
УППоборудованы датчиками, обеспечивающими синхронизацию запуска и остановки счетавыходных сигналов эталонных и поверяемых расходомеров — счетчиков.
Максимальныйрасход при поверке по весовому устройству составляет не менее 400 м3/ч, поэталонным расходомерам – не менее 600 м3/ч.
Дляконтроля давления в гидравлическом тракте установлен датчик давления ДД.
Вкачестве эталонных средств измерения в установке используются электромагнитныерасходомеры – счетчики с Ду = 6, 25, 65, 200 мм.
Изрезервуара СР вода забирается насосами Н1, Н2 и/или Н3 через вентили V1П – V6Пи подается в ресивер Р. Вентили с пневмоприводом V3П – V6П служат для изменениянаправления потока воды через насосы Н1, Н2 или Н3 (параллельная либопоследовательная работа насосов).
Повыходу из ресивера поток воды проходит через замкнутый гидравлический трактизмерительного стенда ИС1 ( ИС2 либо ИС3) и эталонные расходомеры ЭР1 – ЭР4.Выбор измерительного стенда производится автоматически путем переключениявентилей с пневмоприводом V7П – V10П.
Последовательнаяработа насосов Н1, Н2 и Н3 применяется для повышения давления в гидравлическомтракте массовых расходомеров – счетчиков, имеющих большое гидравлическоесопротивление.
Выборизмерительного тракта (эталонного расходомера — счетчика) осуществляетсяавтоматически в зависимости от установленного значения расхода посредством переключениядисковых затворов с пневмоприводом V1П – V10П и электроприводом V17Э – V20Э.Заданный расход устанавливается автоматически с помощью частотныхпреобразователей насосов Н1 – Н3 и дополнительно может изменяться в небольшихпределах вручную с помощью частичного открывания или закрывания одного издисковых затворов V17Э – V20Э.
Дляполноты представления отметим, что габаритные размеры установки не превышают9,2/>8,4/>5,1 м, общий вес7500 кг, потребляемая мощность в пределах 65 кВт.
Какуже отмечалось, требования (в основном конструктивные) для поверочныхустановок, в том числе автоматизированных, были сформулированы 20-25 лет назади отражали опыт работ в области расходометрии и технические возможности тоговремени [1, 2, 3 ] .
Названныетребования в большинстве своем являются необходимыми и учитываются припроектировании и изготовлении поверочных установок. В то же время, этихтребований явно недостаточно для разработки автоматизированных поверочныхустановок, поскольку наличие в составе установки управляющего компьютерапозволяет реализовать различные алгоритмы обработки измерительной информации, атакже дополнительно ряд сервисных функций: контроль за наличием воздуха вжидкости, степенью загрязненности воды, наличием протечек в гидравлическомтракте, измерение и контроль параметров окружающей среды, контроль за уровнемэлектромагнитных помех, обеспечение условий для безопасного труда и т.д.
Вконечном итоге перед разработчиком и производителем поверочных установок стоитзадача получения на поверочной установке достоверных и стабильных результатовизмерений вне зависимости от случайных мешающих факторов или метрологическомотказе тех или иных средств измерений, входящих в состав установки.
Приналичии таких дополнительных требований, определенных в обязательном дляисполнения документе, можно было бы рассчитывать, что автоматизированныеповерочные установки различных производителей при поверке одного и того жеприбора давали бы одинаковые результаты.
Прииспользовании в составе поверочной установки современных технических средств вней в общем случае (на примере УПСЖ 600) наряду с измерением расхода жидкости(до четырех СИ) производится
измерениемассы на встроенных весах бункерного типа (до трех СИ);
измерениетемпературы рабочей жидкости (до трех СИ);
измерениедавления в гидравлическом тракте;
измерениевремени и частоты следования импульсов (до двенадцати СИ);
измерениенапряжения и тока (до восьми СИ).
Покаждому виду измерения, начиная с измерения расхода, возникают традиционныеметрологические вопросы: что, как и чем измерять, ответы на которые пытаетсянайти самостоятельно каждый разработчик.
Издесь, на наш взгляд, должны быть сформулированы требования, в пределах которыхдолжны находиться ответы на поставленные вопросы.
Принормировании метрологических характеристик установок предварительнорассчитываются их составляющие. По одним составляющим имеются методикирасчетов, например, по весовым устройствам, средствам измерения температуры, подругим эти методики необходимо разрабатывать самостоятельно и учитывать те илииные факторы, которые могут повлиять на результаты измерений. Например,учитывать или не учитывать температуру жидкости при определении объема поизвестной массе, измеренной в реальных условиях (температуре, давленииокружающего воздуха), а если учитывать, то каким образом. В ГОСТ 8.156 [1] этазависимость приведена в виде таблицы, из которой видно, что без измерениятемпературы жидкости, особенно при повышенной температуре, дополнительнаяпогрешность может составлять 0,4 %.
Былобы полезным определить перечень таких составляющих и методики их определения.Наряду с этим целесообразным было бы установить требования к процессувоспроизведения расхода, работе устройств переключения потока и другимустройствам, определяющим условия проведения измерений при поверке.
Припроведении испытаний для целей утверждения типа некоторые испытательные центрытребуют, чтобы в поверочных установках применялись только СИ и первичные преобразователи,внесенные в государственный реестр СИ. Но выполнить это требование практическиневозможно из-за того, что, во-первых, далеко не все средства измерений имеютвстроенный интерфейс для связи с компьютером, во-вторых, использование дляизмерений СИ утвержденного типа могло бы сделать производствоавтоматизированных поверочных установок экономически невыгодным.
Поэтомус учетом многообразия видов измерений и используемых средств измеренийавтоматизированная поверочная установка должна рассматриваться какизмерительная система, в которой должны выполняться требования ГОСТ Р 8.596[4]. Указанный стандарт допускает использование в составе установки любыхсредств измерений при условии, что в технической документации нормированыметрологические характеристики каналов в целом и обеспечена их поверканеобходимыми методами и средствами.
Однимиз важных слагаемых успешного функционирования поверочной установки является еепрограммное обеспечение (ПО). И опять же конкретных требований к ПО на сегоднянет. В 2004 году ВНИИМС предложил проект рекомендации “Общие требования кпрограммному обеспечению средств измерений”. Есть только надежда, что этотпроект когда-то станет полезным действующим нормативным документом.
Применительнок автоматизированным поверочным установкам в ПО реализованы все алгоритмысбора, передачи, обработки, представления и хранения измерительной информации,алгоритмы управления работой установки, контроля и др. Очевидно, что результатыизмерений будут достоверны только в том случае, если ПО однозначно выполняетвсе функции, определенные разработчиком, т.е. программное обеспечение должнобыть разработано таким образом, чтобы во время эксплуатации не было возможностинесанкционированного вмешательства и преднамеренного (или непреднамеренного) измененияПО. На практике существует необходимость градуировки и расходомеров, и весовыхустройств, и устройств аналого-цифрового преобразования, входящих в составустановок. Эта процедура закладывается в программное обеспечение и доступ к нейосуществляется через основную программу по паролю. Теоретически существует вовремя эксплуатации и возможность изменения метрологических характеристиксредств измерений пользователем. А это означает, что в ПО должны быть средстваконтроля неизменности ПО с момента проведения испытаний и за времяэксплуатации.
Однакопри отсутствии требований к ПО на этапе проведения испытаний средств измеренийв целях утверждения типа государственные центры испытаний СИ практическииспытания ПО не проводят.
Приведенныедоводы лишний раз подтверждают, что должны быть установлены и требования к ПОдля автоматизированных поверочных установок.
Хотелосьбы отметить, что перечисленные проблемы являются во многом общими для всехпроизводителей поверочных установок. За последние годы эти проблемы называлисьи в публикациях, и на научно-технических конференциях регионального ироссийского уровня, однако приходится, к сожалению, констатировать отсутствиесерьезных перемен в этой области. Поэтому разработка нормативного документа,определяющего требования к поверочным установкам, была бы полезной и дляпроизводителей поверочного оборудования, и для производителей приборов учетаэнергоносителей, и для государственных центров испытаний средств измерений.
Тольков этом случае можно обеспечить разработку и поставку технически совершенного иметрологически обеспеченного измерительного оборудования, а в конечном итоге –обеспечить достоверность и требуемую точность измерений, контроля и испытаний вобласти расходометрии.
Список литературы
ГОСТ8.156 – 83. ГСИ. Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки.
ГОСТР 50193.3 – 92 Измерение расхода воды в закрытых каналах. Счетчики холоднойпитьевой воды. Методы и средства испытаний.
МИ1592 – 99 ГСИ. Счетчики воды. Методика поверки.
ГОСТР 8.596 – 2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основныеположения.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sciteclibrary.ru