Вопросы метрологической аттестации и соответствия счетчика СМТ-Смарт требованиям новой редакции ГОСТ Р 8.741-2019.

Требования к методикам измерений регламентированы Федеральным законом N 102 «Об обеспечении единства измерений», п.1 статья 5:

«Измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны выполняться по аттестованным методикам (методам) измерений, за исключением методик (методов) измерений, предназначенных для выполнения прямых измерений, с применением средств измерений утвержденного типа, прошедших поверку».

Далее, п.2 статьи 5 Федерального закона уточняет особенности аттестации методик измерений применительно к процедуре прямых измерений: «Методики (методы) измерений, предназначенные для выполнения прямых измерений, вносятся в эксплуатационную документацию на средства измерений. Подтверждение соответствия этих методик (методов) измерений обязательным метрологическим требованиям к измерениям осуществляется в процессе утверждения типов данных средств измерений».

Что следует относить к прямым измерениям? Формулировка приведена в п.19 статьи 2 Федерального закона: «Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений».

Казалось бы, данное определение исключает саму возможность какого-либо толкования формулировки Закона, однако на практике часто приходится сталкиваться с попытками дать собственную интерпретацию определения прямого метода измерений.

Попробуем пояснить, почему в счетчике СМТ-Смарт используется именно прямой метод измерения, так сказать, от противного – используя определение для косвенного метода измерений, к которому вопросов никогда не возникает. Итак, косвенное измерение – это измерение, при котором значение искомой величины определяется пересчетом результатов прямых измерений величин, связанных с искомой величиной известной нам зависимостью.

В соответствии с данным определением в счетчике СМТ-Смарт не используется косвенный метод измерения, т.к. искомая измеряемая величина – объем газа, приведенный к стандартным условиям, получается непосредственно от данного средства измерения, без привлечения результатов других прямых измерений – внутренних или внешних.

Наконец, официальная позиция Федерального Агенства по Техническому Регулированию и Метрологии (Росстандарт РФ) по этому и другим вопросам содержится в письме за подписью Начальника управления метрологии Д.В.Гоголева (н.вх.N 22831-ДГ/04 от 06.12.2019г.), а также в ответе Государственного научного метрологического центра ФГУП «ВНИИР» за подписью Первого заместителя директора по научной работе В.А.Фафурина (н.вх.N 160/02-13 от 15.01.2020г.).

В указанных документах констатируется, что в счетчике СМТ-Смарт, в соответствии с п.19 статьи 2 Федерального закона от 26.06.2008 N102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» используется прямой метод измерения объема природного газа, приведенного к стандартным условиям. Указанный тип счетчика является средством измерений утвержденного типа и, в связи с этим, может применяться в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Так как Госстандарт РФ является высшей инстанцией в вопросах метрологии, считаем, что разъяснения, содержащиеся в полученном официальном ответе, закрывают дискуссию относительно применения прямого метода измерений в счетчике СМТ Смарт.

Основной вопрос, возникающий на этапе метрологической аттестации проектов по установке счетчиков СМТ Смарт, – каким образом для данного счетчика должен производиться расчет величины расширенной неопределенности измерений. Содержание данного понятия раскрывает ГОСТ Р 54500.3.1 «Неопределенность измерения. Руководство по выражению неопределенности измерения», в котором описывается процедура расчета относительной расширенной неопределенности измерения при выбранном коэффициенте охвата.

Рассмотрим пример расчета относительной расширенной неопределенности на примере диафрагменного счетчика с электронным устройством, осуществляющим, на основе измерения давления и температуры газа, приведение объема газа к стандартным условиям. Согласно данному выше определению в таком счетчике реализуется метод косвенных измерений. Результатами используемых при этом прямых измерений будут измеренный объем газа при рабочих условиях, температура и абсолютное давление газа. Для каждого из перечисленных измеряемых параметров, исходя из заявленных пределов допускаемой относительной погрешности измерений δi рассчитывается соответствующая относительная стандартная неопределенность измерений ui %:

Ui = 0,5 δi;

Далее производится расчет относительной суммарной стандартной неопределенности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, %:

uс = √ ∑ ui²,

и, наконец, с учетом выбранного коэффициента охвата 2, вычисляется значение относительной расширенной неопределенности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, % :

Uc = 2uс

Как известно, с 01.11.2019г. вступила в силу новая редакция ГОСТ Р 8.741 – 2019 «Объем природного газа. Общие требования к методикам измерений», в которой внесены важные изменения. Так, в разделе 7.7 «Оценка показателей точности» введена оценка относительной погрешности измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям с учетом дополнительной погрешности средства измерения при наибольших отклонениях внешних влияющих величин от нормальных значений, а также дополнительных погрешностей от принятия величин за условно-постоянный параметр и погрешностей, приписанных уравнениям расчета плотности или коэффициента сжимаемости газов. И далее, в разделе 7.7 «Оценка показателей точности» - см. п 7.7.6 впервые введено требование: «Численное значение относительной расширенной неопределенности не должно превышать предела допускаемой относительной погрешности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям». При этом для средств измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, для максимального значения объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям менее 150м³/ч величина допускаемой относительной погрешности измерений должна быть не более ±4%.

Для счетчика СМТ-Смарт, в котором реализован принцип прямого измерения, где искомое значение измеряемой величины не содержит результатов других прямых измерений, относительная расширенная неопределенность измерений будет зависеть от относительной стандартной неопределенности измерения, определяемой пределом допускаемой относительной погрешности измерений объема газа δ_v, приведенного к стандартным условиям и относительной стандартной неопределенности измерения, определяемой величиной дополнительной погрешности от изменения температуры измеряемого газа при максимальных отклонениях от границы для нормальных условий δ_t:

Uc = 2 √ ( 0,5δ_v ) ²+ ( 0,5 δ_t)²

Подставляя значения относительных погрешностей измерения для счетчика СМТ-Смарт получаем численное значение относительной расширенной неопределенности измерений Uc = 3.4%, что соответствует требованиям п.7.7.6 ГОСТ Р 8.741 – 2019.

Таким образом, в случае метода прямого измерения, требование п 7.7.6 ГОСТ Р 8.741-2019 выполняется по определению, в то время, как при использовании метода косвенного измерения с применением условно-постоянных величин, выполнение данного требования весьма проблематично, т.к. на этапе первичной сертификации изделия, в котором используется метод косвенного измерения, соответствие данного средства измерения требованиям п. 7.7.6 ГОСТ Р 8.741-2019 также должно обеспечиваться для всего диапазона изменения условно постоянных величин, приведенного в технических условиях на данное средство измерения.

Как известно, приведение объема газа к стандартным условиям (при использовании значения абсолютного давления как условно-постоянной величины) производится по формуле:

Vст = Vраб (Рабс.подст x Тст/ Рст xТизм х К), где

Рабс.подст – соответственно подстановочное значение давления газа;

Тизм – измеренное значение температуры газа;

Рст, Тст - стандартные значения давления и температуры газа по ГОСТ 2939;

К – коэффициент относительный сжимаемости газа.

Исходя из приведенной формулы очевидно, что погрешность приведения объема к стандартным условиям при косвенном способе измерения в равной мере зависит и от температуры газа и от его абсолютного давления. Использование подстановочного значения давления взамен измеренного приводит к расхождению объемов газа переданных поставщиком и измеренных потребителем. Так, при избыточном давлении газа в трубе 2 кПа и вариациях атмосферного давления в диапазоне 84 – 106,7 кПа предельное значение дополнительной погрешности вычисления объема, приведенного к стандартным условиям при использовании подстановочных значений давления может составлять ± 5%. Поэтому, единственно приемлемое в данном случае решение – взамен корректировки условно-постоянного значения абсолютного давления производителю данного типа счетчиков необходимо ввести в техническую документацию параметр – «Дополнительная относительная погрешность, вызванная отклонением абсолютного давления измеряемого газа», по аналогии с тем, как это сделано в ГОСТ Р 8.915-2016 «Счетчики объемные диафрагменные. Общие технические требования, методика измерений и поверки» - см.п.6.2.2 параметр «Дополнительная относительная погрешность, вызванная отклонением температуры измеряемого газа».

Однако на практике производители счетчиков идут иным путем. Например, в Инструкции «Объем газа. Методика измерений счетчиками газа объемными диафрагменными ВК-G4 ЕТе, ВК-G6 ЕТе с электронным индексом» (Регистрацион-ный номер Методики измерений ФР.1.29.2-16.24754) – см. п.11.5:

Условно-постоянное значение абсолютного давления измеряемого газа корректируют, если отклонение абсолютного давления газа от значения, принятого условно-постоянным, выходит за пределы ±3%, при требовании к относительной расширенной неопределенности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям ±4%.

Это означает, что производитель данного средства измерения не гарантирует соответствия его точностных характеристик во всем диапазоне изменений условий эксплуатации, а потребитель (поставщик газа), если хочет получать результаты измерений с необходимой точностью, должен постоянно контролировать величину отклонения абсолютного давления газа в месте установки средства измерения от принятого условно - постоянного значения и, при необходимости, оперативно производить его корректировку таким образом, чтобы средство измерения, установленное в данном месте и параметрах газа, измеренных непосредственно в условиях эксплуатации, обеспечивало соответствие параметров точности, заявленных производителем данного средства измерения на этапе его первичной сертификации!

Однако такой подход прямо противоречит п. 6.2.3 ГОСТ Р 8.883-2015» Программное обеспечение средств измерений. Алгоритмы обработки, хранения защиты и передачи измерительной информации. Методы испытаний», в котором сказано:

После испытаний программного обеспечения (ПО) метрологически значимая часть ПО средства измерения (СИ) не должна изменяться. Любая модификация метрологически значимой части ПО СИ приводит к изменению его идентификационных данных и к необходимости проведения повторных испытаний с целью утверждения типа СИ.

Действительно, если произведенная корректировка подстановочных условно-постоянных величин (абсолютного давления газа) приводит к изменению погрешности измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям, то подобные действия равносильны модификации метрологической части ПО средства измерения. Фактически нет никакой разницы в том, менять ли калибровочную характеристику счетчика газа или вводить новое подстановочное значение абсолютного давления – и то и другое приведет к изменению величины относительной погрешности измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям. Такие действия прямо нарушают требование неизменности метрологически значимой части ПО – а именно той его части, которая может оказывать влияние на метрологические характеристики средства измерения – см. ГОСТ Р 8.654-2009

Для допуска к эксплуатации средства измерения необходимо выполнить процедуру метрологическую аттестацию проекта согласно п.3 статьи 5 Федерального закона от 26.06.2008 N 102 «Об обеспечении единства измерений»: «Аттестация методик (методов) измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, проводят аккредитованные в соответствии с законом Российской Федерации об аккредитации в национальной системе аккредитации юридические лица и индивидуальные предприниматели».

При аттестации проекта для расчета относительной расширенной неопределенности измерений и проверки соответствия требованиям нормативной документации применяется стандартный Программный комплекс «Расходомер ИСО» модуль ГОСТ Р 8.740-2011. Входными для данной программы параметрами являются значения объемного расхода при рабочих условиях, погрешности измерения, минимальные и максимальные давление и температура измеряемого газа а также условия эксплуатации - диапазон изменения температуры и давления окружающей среды, а также диапазон измерения расхода газа в рабочих условиях. После внесения всех необходимых данных программа осуществляет их проверку на полноту и достоверность. В случае, когда какой-либо параметр некорректен, выходит за допустимый диапазон применения или не соответствует положениям ГОСТ Р 8.740-2011, программа выдает сообщение об ошибке с ее кратким описанием. Если рассчитанная программой неопределенность превышает неопределенность, соответствующую заданному уровню точности измерений, то результат расчета не выводится до соответствующего изменения входных параметров. Например, применительно к комплексу для измерения количества газа СГ-ТК модификации СГ-ТК-Д приемлемая величина относительной расширенной неопределенности измерения объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям, равная 4% может быть получена только для диапазона изменения условно-постоянной величины абсолютного давления газа от 100,254кПа до 105,396 кПа, что соответствует диапазону изменения атмосферного давления от 100,104 кПа до 105,246 кПа. При этом рабочий диапазон атмосферного давления, приведенный в МП на комплекс СГ-СК модификация СГ-ТК-Д раздел» Условия эксплуатации» - от 84 кПа до 106,7 кПа.

С формальной точки зрения процедура метрологической аттестации проекта при этом выполнена успешно, однако вопрос – что должен делать потребитель (поставщик газа), когда текущее значение атмосферного давления выходит за пределы, определенные с помощью программного средства» Расходомер ИСО» модуль ГОСТ Р 8.740-2011, в данном случае остается без ответа.

Заключение

1.      Официальное заключение Федерального Агенства по Техническому Регулированию и Метрологии (Росстандарт РФ) ставит точку в затянувшейся дискуссии о применении метода прямого измерения в счетчике СМТ-Смарт.

2.      Несмотря на то, что сертификация счетчика СМТ-Смарт была произведена до вступления в силу новой редакции ГОСТ Р 8.741-2019, метрологические характеристики счетчика, включая значение относительной расширенной неопределенности измерений, полностью соответствуют требованиям нового ГОСТа.

3.      С учетом данных выше разъяснений, расчет величины относительной расширенной неопределенности измерений для счетчика СМТ-Смарт,- вручную или с помощью Программного средства «Расходомер ИСО» модуль ГОСТ Р 8.740-2011, не должно вызывать затруднений.