Современные технологии измерений

Счетчик СМТ Смарт: испытания, сертификация и вопросы метрологии.

Каждое новое изделие, проходя стадии разработки, подвергаются различным видам испытаний: конструкторским - для целей отработки конструкции прибора и уточнения его параметров,  технологическим - для проверки технологичности изготовления всего изделия и отдельных его частей, типовым - по специально разработанной программе и, наконец, испытаниям для целей утверждения типа средства измерений, если разрабатываемый прибор или устройство обладает метрологически значимыми характеристиками и относится к классу приборов, подлежащих обязательной сертификации  и внесению в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. 

В предыдущей статье были приведены результаты испытаний прототипа счетчика, связанные с выяснением степени влияния предложенной конструкции корпуса счетчика на вид выходной характеристики используемого измерительного модуля, а также степень влияния непрямых участков газопроводов на входе и выходе корпуса счетчика на его выходные параметры. Было показано, что предложенная конструкция корпуса во-первых, не влияет на выходную характеристику измерительного  модуля и, во-вторых, непрямые участки на входе и выходе корпуса измерительного модуля не искажают вид его выходной характеристики, что позволяет отказаться от требования наличия прямых участков газопроводов, а также позволяет осуществлять монтаж данного счетчика в газопровод, расположенный под произвольным углом по отношению к горизонтальной плоскости (вертикально, горизонтально или под углом).

Однако в большей степени нас интересовали результаты испытаний, связанных с проверкой метрологических характеристик счетчика на рабочей среде, в качестве которой использовался природный газ.  Применительно к механическим счетчикам объемным диафрагменным предназначенным для измерения объема природного газа  ГОСТ 8.915-2016 в качестве поверочной среды рекомендует использовать воздух (см. п. 8.6.6.3). Аналогичная рекомендация для ультразвуковых расходомеров содержится в документе «Р.Газпром 5.13-2010 Организация и порядок проведения поверки и калибровки ультразвуковых преобразователей расхода в ОАО Газпром» ( см. п.5.4.2.6). Очевидно, что использование природного газа в качестве поверочной среды в условиях серийного производства практически невозможно и, именно поэтому, разработчиками измерительного модуля SGM 700x была проделана большая и теоретическая и экспериментальная работа, чтобы обеспечить идентичность характеристик данного модуля на рабочих средах - воздух и природный газ,  при его калибровке на  воздухе. Для этих целей ими был предложен алгоритм динамической компенсации, который не только позволил решить вопрос получения идентичных характеристик модуля на воздухе и на природном газе, но и обеспечил получение неизменности характеристик при возможных вариациях состава природного газа в пределах требований ГОСТ 5542 -2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытовогого назначения. Технические условия».  Алгоритм динамической компенсации «зашит» непосредственно во встроенное программное обеспечение микроконтроллера модуля SGM700x, в результате чего выходной сигнал модуля представляет собой  расход газа, приведенный к стандартным условиям, не зависящий от типа среды - воздух или природный газ, а также от значения ее текущих  параметров - давления и температуры.  

Проверка  метрологических характеристик счетчика СМТ Смарт на природном газе была произведена на базе промышленной площадки  Филиала ПАО «Газпром газораспределение Нижний Новгород». В качестве эталонного средства измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям, использовалась установка поверочная СПУ-3М-16, которая, в соответствии с ГОСТ Р 8.618-2014 «Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расходов газа», отнесена к рабочим  эталонам I разряда. На рис.1 приведено фото рабочего места, где проводились данные испытания.  

Проверяемые счетчики СМТ Смарт G4  предварительно были поверены на стенде УПСМ-30 с диапазоном задаваемых расходов 0,003 –30м³/ч, который обеспечивается набором критических сопел; рабочая среда - воздух. Значение относительной погрешности измерения объема, приведенного к стандартным условиям, для всех счетчиков соответствовали требованиям ГОСТ Р 8.915-2016. Результаты проверки работы счетчиков на природном газе приведены на рис.2.

График 1 соответствует счетчику зав.N 651712000011, график 2 – счетчику зав. N 651712000012, график 3 – счетчику зав. N 651712000014 . Рабочая среда – природный газ – Паспорт качества газа N Л-07-17-Г [ 1 ] за июль 2017 г, плотность при стандартных условиях 0,6947 г/л, содержание метана 95,9%. Из сравнения полученных результатов можно во-первых, сделать вывод о высокой повторяемости характеристик проверяемых приборов и, во-вторых, о том, что приборы, откалиброванные на рабочей среде – воздух, по величине относительной погрешности измерения объема, приведенного к стандартным условиям при работе на природном газе не выходят за границы заявленной  трубки допуска.

В дальнейшем испытания счетчиков были проведены на  рабочей среде, в качестве которой использовалась поверочная газовая смесь производства ВНИИИЭМ им.Д.И.Менделеева (г. Санкт-Петербург). Данная поверочная газовая смесь соответствует утвержденного типа стандартному образцу состава искусственной газовой смеси, содержащие углеводородные газы ( УВ-ВНИИМ-ЭС ) ГСО 10772-2016.

Газовая смесь - паспорт N 159 [ 2 ] плотностью 0,7026 г/л содержала 94,93% метана, газовая смесь – паспорт N 161 [ 3 ] плотностью 0,742 г/л содержала 90,5% метана. Результаты испытаний счетчиков приведены на рис.3,4.

График 1 соответствует счетчику зав.N 651712000011, график 2 – счетчику зав. N 651712000012, график 3 – счетчику зав. N 651712000014. Сравнивая графики, представленные на рис.3 и рис.4 можно сделать вывод о том. что в данном случае изменение физических параметров рабочей среды – плотности и процента содержания метана, - не оказало  влияния на величину относительной погрешности объема, приведенного к стандартным условиям.

Руководством подразделения Research and Development предприятия Sensirion AG было предложено провести собственные сравнительные испытания счетчиков СМТ Смарт при работе на воздухе и эквиваленте природного газа, для чего в их адрес было направлено несколько счетчиков СМТ- Смарт типоразмеров G4 и G6. Результаты испытаний счетчиков [ 4 ] представлены на рис. 5 -7;  в качестве рабочей среды применялся воздух и эквивалент природного газа  – метан 100%.

Очевидно, что сама процедура проверки параметров, равно как и оборудование, на котором эта проверка производилась, существенным образом отличались от использованных  нами, однако результаты испытаний практически идентичны.

И, наконец, еще одни испытания по определению относительной погрешности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, при работе на рабочей среде - природный газ, были проведены организацией ООО Центр Метрологии «СТП» (г. Казань), в рамках сертификационных испытаний счетчика СМТ- Смарт. Результаты данных испытаний приведены в [ 5 ] : «Относительная погрешность счетчиков при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, при каждом измерении не превышала ±3% в диапазоне расходов Qmin - 0,1 Qmax и ± 1,5% в диапазоне свыше 0,1 Qmax  до Qmax включительно».  

Следует отметить, что Европейским центром по сертификации NMI Certin  B.V. Netherlands на этапе сертификационных испытаний модулей SGM 700x использовался широкий набор газовых смесей - см. табл.1.; результаты данных испытаний подтвердили соответствие измерительных модулей классу точности 1,5.

 

Летом 2017 г на основании договора, заключенного между ООО «Газпром межрегионгаз» (г.Санкт-Петербург) и АО «Гипронииигаз» ( г.Саратов ) были проведены испытания  бытовых газовых счетчиков, серийный выпуск которых осуществляется  различными производителями. Приборы, представленные для участия в испытаниях отличались  по принципу измерения - ультразвуковой, струйный, объемный , по типу отсчетного устройства – механическое или электронное, а также по наличию механизма пересчета измеренного объема к стандартным условиям. Несмотря на то, что к моменту проведения испытаний  работы по сертификации счетчика СМТ-Смарт не были завершены, данный прибор также был включен в список приборов, участвующих в  испытаниях. Причиной послужило то, что приборы, построенные на  микротермальном принципе измерения на Российском рынке отсутствуют, в то время. как в Европе подобные приборы  выпускаются серийно и в массовых количествах. При этом  счетчик СМТ-Смарт  разрабатывался уже после вступления в действие ГОСТ 8.915 – 2016 и потому  должен был в полном объеме соответствовать требованиям этого документа. Перечень приборов, участвовавших в испытаниях , приведен в табл.2  

№ п.п

Марка, типоразмер

Производитель

Номер СИ в Госреестре

Группа*

Кол-во, шт.

Примечание

Ультразвуковой метод измерения

 

1

Принц G4

ООО Завод «РаДан»

53858-13

II

4

 

Струйный метод измерения

 

2

СГБМ-1,6 ТК

ООО «Бетар»

27702-11

I

4

Класс точности 1,5

3

СГМ – 1.6

ЗАО «Счетприбор»

51490-12

I

4

 

4

Геликон G1,6

ЗАО «Саяны Трейд»

49900-12

I

4

Исп. П-ВН

5

Гранд -1,6 ТК

ООО НПО «Турбулентность-ДОН»

46503-11

I

4

Исполнение 2

6

Гранд -1,6

ООО НПО «Турбулентность-ДОН»

46503-11

I

4

 

Струйный (парциальный) метод измерения

 

7

Гранд -4 ТК

ООО НПО «Турбулентность-ДОН»

46503-11

II

4

Исполнение 2

Объемный (диафрагменный) метод измерения. Механическая счетная голова

8

ВК G4 Т V1,2  

ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника»

49706-12

II

4

 

9

Омега – T G4

ЗАО «Газдевайс»

35868-15

II

4

 

Объемный (диафрагменный) метод измерения. Электронная счетная голова

10

Омега ЭК G4

ЗАО «Газдевайс»

40612-09

II

4

 

11

ВК-G4 ЕТе

ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника»

65231-16

II

4

 

Объемный (ротационный) метод измерения

 

12

Тритон-Газ СГР 4

ООО «Лиом плюс»

49886-12

II

4

 

Микротермальный метод измерения

13

СМТ Смарт G4

ООО «Техномер»

 

II

4

 

Из приведенной таблицы видно, что большинство представленных приборов используют струйный или объемный метод измерения, причем их сертификация проводилась достаточно давно -  2011 – 2013 гг. К новым приборам  можно отнести только счетчики Омега –Т G4 , сертификация  2015г (ЗАО « Газдевайс ») и BK-G4ETe сертификация 2016 г ( ООО « ЭЛЬСТЕР Газэлектроника»).

В таблице 3 приведен перечень  проводимых испытаний.

I. Определение метрологических характеристик при нормальных условиях эксплуатации приборов.

Проверка маркировки

Визуально

 

 

Проверка герметичности.

 

4.1

 

Опробование.

 

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч.

4.2

 

Определение порога чувствительности.

4.3

 

Определение  относительной погрешности при работе в нормальных условиях эксплуатации.

4.4

 

Определение потерь давления при нормальных условиях эксплуатации.

4.5

 

Определение степени влияния условий монтажа на метрологические характеристики приборов.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч.

4.15

 

Испытание счетчиков на сохранение метрологических свойств при разности температур окружающей среды и измеряемой среды.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч, температурная камера с диапазоном температур

-400С … +600С

4.16

 

Испытания на устойчивость к воздействию повышенной влажности окружающей среды.

Камера влажности.

4.17

 

Поверка счетчиков на защиту от обратного счета при пропускании газа в направлении противопожарной стрелке.

Стенд задания расхода.

4.19

 

Поверка уровня шума.

Шумомер, стенд задания расхода.

4.20

 

Определение метрологических характеристик счетчика при работе в импульсном режиме газопотребления.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч.

4.21

 

Проверка степени защиты корпуса от проникновения внешних предметов.

Визуально.

4.22

 

Проверка сохранности результатов измерения при замене элемента питания.

Визуально.

4.23

 

Проверка ресурса элемента питания.

Осциллограф.

4.24

 

Определение стойкости счетчиков к электростатическим разрядам.

Установка пробойная.

4.25

 

Определение влияния загрязнения измерительной камеры счетчика на метрологические характеристики.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч.

4.27

 

Ресурсные испытания.

Стенд задания расхода

4.14

 

II. Определение степени влияния температуры окружающей и измеряемой среды на метрологические характеристики.

Определение относительной погрешности при работе прибора при минимальном значении температуры окружающей и измеряемой среды.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч, температурная камера с диапазоном температур

-400С … +600С.

4.6

 

Определение относительной погрешности при работе прибора при максимальном значении температуры окружающей и измеряемой среды.

4.7

 

III. Определение степени влияния внешнего постоянного магнитного поля на метрологические характеристики

Проверка работоспособности счетчиков при воздействии магнитного поля, вызванного постоянным магнитом.

Установка задания расхода

4.8

 

Определение относительной погрешности счетчика при воздействии магнитного поля, вызванного постоянным магнитом.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6 м3/ч.

4.9

 

IV. Определение степени влияния вибраций на метрологические характеристики

Проверка работоспособности счетчиков после воздействия вибрации.

Стенд задания расхода, вибрационный стенд.

4.10

 

Определение относительной  погрешности при воздействии вибрации на счетчик.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6м3/ч, вибрационный стенд.

4.11

 

V. Определение метрологических характеристик при работе на природном газе.

Определение относительной погрешности при работе на природном газе на расходе 0.1Qном.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6 м3/ч.

4.12

 

Определение относительной погрешности при работе на природном газе на расходе 30 л/ч.

Установка поверочная со значением максимального расхода не менее 6 м3/ч.

4.13

 

Программа  проведения испытаний [ 6 ] содержит  23 пункта, причем 15 пунктов касаются проверки влияния различных внешних факторов на работоспособность приборов. К внешним факторам в данном случае относятся как  условия монтажа, так и различные  способы внешнего воздействия –  магнитное поле, вибрация, импульсный режим работы, стойкость к электростатическим разрядам. Т.о. данные испытания были направлены в первую очередь на проверку защищенности   приборов от внешних манипуляций, цель которых -  искажение результатов измерений.

Относительно результатов испытаний: в официальном заключении по итогам счетчик СМТ – Смарт указан в качестве одного из двух приборов,  наиболее успешно данные испытания прошедших. С учетом того, что в испытаниях участвовал, так сказать, предсерийный образец прибора, не прошедший к тому же сертификационных испытаний, данный  результат можно считать вполне достойным. И это  в первую очередь связано с  применением  микротермального  принципа  измерения, практически не подверженного влиянию  внешних воздействий.  Как известно, данный метод является базовым при производстве датчиков массового расхода воздуха, применяемых во всех без исключения автомобильных двигателях внутреннего сгорания, условия эксплуатации которых по степени тяжести не идут ни в какое  сравнение с условиями эксплуатации бытовых счетчиков газа.

Сертификационные испытания счетчика СМТ – Смарт были завершены в марте 2018г, по результатам которых получено  Cвидетельство об утверждении типа средства измерений RU.C.29.006.A  N 70102  [ 7 ]. Также получен Сертификат соответствия N ТС RU C-RU.BH 02.B.00620 [ 8 ], согласно которому счетчик СМТ – Смарт в части взрывозащиты соответствует требованиям ГОСТ 31610.0-2014, ГОСТ31610.11-2014 , его  Ех- маркировка -1ExibIIB T4Gb X.   

После завершения сертификационных испытаний счетчика СМТ –Смарт 29.05.2018 г в ООО «Газпром межрегионгаз» (г. Санкт-Петербург ) под председательством Начальника Управления по внедрению и эксплуатации АСКУГ и метрологии было проведено совещание – презентация микротермального  счетчика газа СМТ – Смарт; в протоколе [9] по результатам совещания  было поручено:

  1. ООО «Техномер» разработать и аттестовать методику выполнения измерений данным счетчиком, внести счетчик в Госреестр СИ.
  2. После разработки МВИ и внесения счетчика в Госреестр поручить ООО «Газпром  межрегионгаз  Оренбург», ООО «Газпром межрегионгаз Саратов» разработать программу опытной эксплуатации и ресурсных испытаний счетчиков и направить на рассмотрение в Управление по внедрению и эксплуатации АСКУГ и метрологии ООО «Газпром межрегионгаз».
  3. В соответствии с утвержденной программой организовать опытную эксплуатацию, а также ресурсные испытания счетчиков СМТ-Смарт G4 и G6 в ООО «Газпром межрегионгаз Нижний Новгород», ООО «Газпром межрегионгаз Краснодар», ООО «Газпром межрегионгаз Ростов-на-Дону».
  4. По результатам опытной эксплуатации произвести анализ работоспособности счетчиков, сформировать статистику отказов и неисправностей счетчиков в объеме выборки, разработать предложения по совершенствованию конструкции. Провести сравнительный анализ показаний счетчиков СМТ-Смарт и счетчиков иных типов, установленных последовательно с ними.

В настоящее время счетчик СМТ-Смарт внесен в в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений за N 71389 – 18, а также получено официальное заключение ФГУП «ВНИИР» (г. Казань ) [10] , в котором сказано: «Методика (метод) измерений с помощью Счетчиков газа микротермальных СМТ-Смарт приведена в эксплуатационном документе. Подтверждение соответствия данной методики (метода) измерений обязательным метрологическим требованиям к измерениям проведена при утверждении типа данного средства измерений и аттестации не подлежит».  Разработанный проект программы проведения эксплуатационных испытаний счетчика СМТ – Смарт проходит утверждение в согласованном порядке.

Литература.

  1. ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» Паспорт N Л-07-17-Г качества газа за июль 2017г.
  2. ВНИИМ ЭМ Паспорт № 159. Поверочная газовая смесь
  3. ВНИИМ ЭМ Паспорт № 161. Поверочная газовая смесь
  4. SENSIRION Research and Development  Measurement Report
  5. Центр Метрологии « СТП » Протокол испытаний №1
  6. АО « Гипронииигаз» «Программа испытаний средств измерения расхода газа»
  7. Свидетельство об утверждении типа средства измерений N 70102
  8. Сертификат соответствия N ТС RU C-RU.BHB.00620
  9. Протокол совещания ООО «Газпром межрегионгаз» г. Санкт-Петербург
  10. Письмо ФГУП « ВНИИР » от 06.06.2018г.