Метрологическое оборудование для обеспечения поверки счётчиков газа

На этапе подготовки к серийному производству счётчиков серии СМТ были сформулированы требования к стендам поверочным, и на этом этапе выяснилось, что с нормативной базой к данному виду метрологического оборудования не всё просто.

Одним из основных принципов организации метрологического обеспечения комплексного учёта газа, позволяющим решать поставленные задачи, является построение системы метрологического обеспечения на основе действующей нормативной базы, обоснованного выбора методов и средств измерений, существующего поверочного и эталонного оборудования.

С внедрением нормативных документов, таких как: ГОСТ 8.618–2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений объёмного 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 счётчиков», ГОСТ Р 8.741–2011 «Государственная система обеспечения единства измерений. Объём 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 Российской Федерации» 2009 г. (с изменениями от 10.01.2014 г.), — произошло упорядочивание деятельности метрологических подразделений предприятий при разработке метрологического обеспечения рабочих средств измерений.

Однако если для рабочих СИ основные требования определены рядом вышеупомянутых и прочих общедоступных ГОСТов, то с выбором эталонного оборудования поверочной лаборатории 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.

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

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

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.

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 утверждённых методиках поверки на конкретные типы счётчиков.

В соответствии со своим назначением установка должна иметь:

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

В качестве эталонных средств также могут применяться калиброванные критические сопла и современные высокоточные эталонные счётчики.

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

• создание и ведение базы данных по поверяемым приборам с сохранением множества данных о поверке, таких как: серийный номер прибора, тип прибора, результаты его поверки в виде графика и протокола поверки;
• тестирование установки — проверка работоспособности средств управления: клапанов 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, визуальным сличением, поверка в ручном режиме «старт-стоп»;
• задание измерительной процедуры: количество точек по расходу, значения расхода в каждой точке, «проливаемый» объём или время поверки;
• обработка результатов и вывод на печать протоколов и графиков поверки;
• настройка пневматического тракта установки: распределение диапазонов работы эталонных сопел, установка пределов измерений, установка защиты от несанкционированного вмешательства и прочие операции, необходимые для работы установки.

Установка поверочная УПСМ

Установка поверочная УПСМ предназначена для проведения поверки, калибровки и градуировки на воздухе счётчиков газа различных типов (диафрагменных, микротермальных, ультразвуковых, вихревых и др.), ротаметров с расходами до 50 м³/ч.

Вид климатического исполнения - УХЛ, категория размещения - 4.2 по ГОСТ 15150.

Установка предназначена для эксплуатации при температуре от плюс 15 °С до плюс 25 °С.

Установка регламентирована государственной поверочной схемой ГОСТ Р 8.618, в которой она отнесена к рабочим эталонам первого разряда (перечень нормативных документов приведён в приложении А).

Принцип действия установок основан на сравнении пропущенного через установки контрольного объёма воздуха с показаниями поверяемых средств измерений, включённых последовательно в измерительную магистраль.

В качестве рабочей (поверочной) среды используется воздух, забираемый из помещения, где проходит поверка. Установки применяются для поверки бытовых счётчиков газа в диапазоне воспроизводимых расходов установки. В качестве эталонных преобразователей расхода в установках применяются критические сопла. Создание требуемого значения расхода воздуха осуществляется включением одного или нескольких критических сопел, установленных параллельно.

Установки состоят из клапанно-соплового блока, приборного блока, вакуумных насосов, монтажного стола, соединительных трубопроводов и шлангов.

Клапанно-сопловой блок предназначен для обеспечения и поддержания необходимого расхода воздуха согласно технической документации поверяемого средства измерений. В состав клапанно-соплового блока входят: набор критических сопел, соединительные магистрали, запорно-регулирующая аппаратура, входной и выходной коллекторы. Работа клапанов осуществляется посредством сжатого воздуха, подаваемого из компрессора или централизованной линии. Для создания требуемого расхода и поддержания необходимой величины разряжения за критическими соплами применены вакуумные насосы.

Приборный блок предназначен для размещения блока питания, устройства управления вакуумными клапанами, элементов электрической схемы и органов управления. Также в состав приборного блока входят: цифровые и аналоговые измерительные каналы преобразователей температуры, давления, влажности, генератор частоты, времени и счётчики импульсов. Значение влажности измеряется с помощью измерителя влажности и температуры ИВТМ-7 (регистрационный номер 71394-18). Организовано автоматизированное рабочее место оператора, оснащённое специализированным программным обеспечением (далее ПО).

Установки выпускаются с различными максимальными и минимальными значениями воспроизводимого и измеряемого объёмного расхода воздуха в зависимости от набора критических сопел.

Основные технические и метрологические характеристики установки УПСМ приведены в таблицах 1,2.

Рисунок 1. Внешний вид установки УПСМ

Установка поверочная мобильная УПМ

Изначально применение данной установки предполагалась в качестве технологического средства для поверки счётчиков серии СМТ нашими региональными дилерами, т.к. применение стендов поверочных типа УПСМ явилось бы крайне затратным. Концепция УПМ предполагала размещение установки в промышленном чемодане-кейсе, причём в нём должны быть не только измерительный модуль, клапаны и компьютер (планшет), но и устройство-задатчик потока воздуха.

Нельзя сказать, что подобных установок до нас никто не производил. Достаточно перечислить: переносная поверочная установка «Газ Инспектор», установка поверочная «Краб-УМ», устройство поверочное малогабаритное «Тест-ГС» и, наконец, установка СПУ-3М. Несмотря на то, что все установки заявлялись как малогабаритные и переносные, в их состав не включалась важная и определяющая ряд основных метрологических характеристик часть – задатчик расхода воздуха. Все установки заявлялись в качестве поверочного оборудования, причём с возможностью осуществлять процедуру поверки счётчиков непосредственно у владельца счётчика, хотя, на наш взгляд, никаких нормативных документов, где была бы узаконена подобная процедура, не существовало. Ссылка на МИ 2944-2005 «Счётчики газа бытовые. Методика поверки на месте эксплуатации с помощью эталонного счётчика» была в этом случае достаточно формальной.

Ситуация изменилась с принятием ГОСТ Р 8.1017 «Счётчики газа. Методика поверки», где была описана процедура поверки счётчиков газовых у потребителя с помощью малогабаритных поверочных установок. После принятия данного ГОСТа установка УПМ была сертифицирована в качестве эталонного средства измерения.

Установки поверочные мобильные УПМ предназначены для измерений, воспроизведения, хранения и передачи единиц объёма и объёмного расхода газа. Установки могут применяться для поверки (калибровки) расходомеров и счётчиков газа.

Принцип действия установки основан на воспроизведении единиц объёма и объёмного расхода газа посредством измерения смещения градиента температуры нагретого участка чувствительного элемента измерительного модуля, расположенного в потоке измеряемой газовой среды, сравнении показаний объёмного расхода или объёма воздуха, измеренного поверяемым (испытываемым) средством измерений, с объёмным расходом или объёмом воздуха, воспроизведённым установкой.

Установки применяются в качестве эталона при поверке, калибровке и испытании счётчиков (расходомеров) газа в условиях стационарных и передвижных поверочных лабораторий, а также в рабочих условиях эксплуатации средств измерений.

Установки изготавливаются и поставляются в переносном исполнении.

Установки состоят из следующих основных частей, встроенных в единый корпус:

- модуль преобразователей расхода;

- преобразователь абсолютного давления с диапазоном измерения от 0 до 160 кПа;

- преобразователь температуры;

- комплект измерительных магистралей;

- электронное управляющее устройство (ЭУУ);

- встроенная ЭВМ - планшет с комплектом программного обеспечения. ЭВМ отображает информацию о поверке счётчиков газа в ручном и автоматизированном режимах, осуществляет автоматизированный расчет относительной погрешности поверяемого счётчика, выполняет архивирование в энергонезависимой памяти результатов поверки, а также передачу архивной информации и протокола поверки на внешние устройства;

- задатчик-регулятор расхода, используемый для создания стабильного расхода потока рабочей среды через установку и поверяемый счётчик (расходомер);

- комбинированный блок питания, обеспечивающий работу установки от сети 220 В 50 Гц, а также работу от встроенного автономного аккумулятора.

По способу управления допускаются следующие варианты исполнения установок:

- Исполнение 1 – с помощью компьютера, встроенного в конструкцию установки;

- Исполнение 2 – с помощью внешнего компьютера, подключаемого к установке по интерфейсу USB.

Программное обеспечение, с помощью которого осуществляется управление установками различного исполнения, является идентичным.

Общий вид установки представлен на Рисунке 2.

Рисунок 2. Установка поверочная мобильная УПМ

Основные технические и метрологические характеристики установок поверочных мобильных УПМ приведены в таблице 3.

Линейка переносных поверочных установок позволяет осуществлять поверку коммунально-бытовых приборов учёта типоразмеров от G1,6 до G10 включительно. Счётчики, базирующиеся на различных физических принципах измерения, предъявляют различные требования к динамическому диапазону поверочной установки. Динамический диапазон установок УПМ позволяет поверять любые типы счётчиков: мембранные, струйные, ультразвуковые и т.д. Время проведения одной поверочной процедуры составляет в среднем 10-12 минут, что позволяет поверять до 30-40 приборов учёта за смену. Таким образом, при эксплуатации установки средний срок окупаемости составляет менее 12 месяцев, что является наглядным показателем экономической эффективности установки.

Преимущества установки УПМ

в расходомере отсутствуют движущиеся части, следовательно, повышается надёжность;

широкий динамический диапазон задания расходов – свыше 1:1000;

компактность и портативность переносной установки;

возможность работы от автономного блока питания;

автоматическое формирование протоколов поверки;

высокая точность: основная относительная погрешность измерения не более 0,5 % во всём диапазоне задаваемых расходов.

Устройство синхронизирующее УС-1

Установки поверочные УПМ и УПСМ изначально проектировались для калибровки и поверки счётчиков серии СМТ, однако у региональных метрологических центров находятся в эксплуатации установки, работа которых не предполагает автоматического режима поверки, что в итоге может приводить к различным ошибкам при поверке счётчиков серии СМТ. Устройство синхронизирующее УС-1 позволяет исключить субъективные ошибки оператора при поверке, а также минимизировать длительность цикла поверочных операций.

Внешний вид устройства синхронизирующего УС-1 приведен на Рисунке 3.

Рисунок 3. Устройство синхронизирующее УС-1

Устройство синхронизирующее УС-1 предназначено для синхронизации счётчиков газа серии СМТ, комплексов СМТ-Комплекс с поверочными стендами, не имеющими оптического входа типа KAO-USB, и считывания показаний с указанных счётчиков в соответствии с п. 6.3 МП 2501/-311229-2019 «Счётчики газа микротермальные СМТ», п.7.4.3.3 МП 01-9102-2019 «Комплексы измерительные ГСП-01».

При отсутствии в ПО стенда процедуры приведения объёма прошедшего газа к стандартным условиям (Т = + 20 ⁰C, Р = 101,325 кПа) предлагается воспользоваться формулой приведения объёма газа к стандартным условиям в соответствии с п. 6.3 МП 2501/-311229-2019 «Счетчики газа микротермальные СМТ», п.7.4.3.3 МП 01-9102-2019 «Комплексы измерительные ГСП-01»:

Далее необходимо выполнить расчёт относительной погрешности измерения объёма газа по формуле:

Таким образом, данное устройство позволяет использовать различные типы установок поверочных для поверки счётчиков серии СМТ, не требуя при этом выполнения каких-либо операций, связанных с внесением изменений в конструкцию или программное обеспечение.

В заключение следует отметить, что разработка и производство метрологического оборудования начинались для целей обеспечения собственного производства счётчиков газа типа СМТ, но сейчас, в связи с растущей номенклатурой разработки и производства подобных установок, данное направление, наряду со счётчиками газа, цифровыми коммуникационными устройствами и программным продуктом серии «ГАЗСЕТЬ», является еще одним новым направлением в производственной деятельности ООО «Техномер».