ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОВЕРКИ
РАСХОДОМЕРОВ-СЧЕТЧИКОВ ЖИДКОСТИ
В. КАРГАПОЛЬЦЕВ, А. КОСОЛАПОВ, ОКБ "Гидродинамика"
Определение метрологических характеристик автоматизированных установок для поверки приборов учета расхода и объема является достаточно серьезной проблемой, решение которой позволяет обеспечить единство измерений и достоверность результатов поверки рабочих средств измерений (СИ).
Обязательными действиями, проводимыми при испытаниях для утверждения типа СИ, являются оценка правильности выражения метрологических характеристик (МХ), тщательное исследование составляющих погрешностей, оценка влияющих факторов и в конечном итоге определение порядка расчета погрешностей поверочной установки.
Какие бы элементы (в т. ч. СИ) не входили в состав поверочной установки, последняя (тем более на этапе испытаний) должна рассматриваться как рабочий эталон, имеющий необходимые МХ в соответствии с поверочной схемой по конкретному виду измерений. Отметим, что в современных поверочных установках может быть несколько видов измерений (например, измерение массы и объема жидкости весовым устройством, измерение расхода и объема эталонным расходомером, измерение температуры, давления рабочей жидкости и др.).
Дальнейшие рассуждения проведем на основе результатов испытаний установки УПСЖ 50/ВМ для поверки водосчетчиков, расходомеров-счетчиков жидкости, выпускаемых ООО "ОКБ "Гидродинамика" и представленной на рис. 1.
Установка обеспечивает измерение массы (объема) весовым устройством (ВУ) с погрешностью не более ±0,05%; измерение объема эталонными расходомерами-счетчиками - не более ±0,25%.
При наличии в составе установки весового устройства обеспечивается возможность поверки расходомеров-счетчиков, входящих в состав установки и "используемых в качестве эталонных"*, без их демонтажа из гидравлического тракта.
1. Определение МХ весового устройства
ВУ представляет собой встроенные весы для статического взвешивания и выполнено на основе тензорезисторных датчиков.
В качестве основных МХ выбирается диапазон измерения массы и предел относительной погрешности в этом диапазоне.
Для определения относительной погрешности ВУ используются гири М1.
В каждой выбранной точке диапазона измерений массы производится серия измерений и последующая обработка результатов.
Для каждого измерения в серии определяют значение относительной погрешности 8в/, % по формуле:
ба-100-(бв,-с^)/э,„, (1)
где: Оэм - общая масса установленных на весовое устройство эталонных гирь, кг;
Ов! - показания индикатора весового устройства на мониторе компьютера, кг.
Затем определяют среднее значение относительной погрешности по серии измерений.
Для каждой серии вычисляют среднее квадратическое отклонение по формуле:
5 =
№
п- 1
. ™ , (2) б
где: О! - значение массы при 1-ом измерении;
п - число измерений;
Э =£С,/п,
(3)
Систематическую погрешность результата измерений вычисляют по формуле:
е„
(4)
-шХ
Основные характеристики:
- диапазон расхода от 0,02 до 50 м3/ч; _
- диаметр условного прохода поверяемых приборов от 15 до 50 мм;"
- габаритные размеры 2,4х1,2х1,9 м;
- количество одновременно поверяемых приборов от одного (Ду=50 мм) до четырех (Ду=15 мм)
Рис. 1. Внешний вид поверочной установки УПСЖ 50/ВМ
* в кавычках приведено определение, которое требуют записывать центры испытаний СИ
Табл. 1
Общая масса гирь, кг Номер измерения Показания ВУ на мониторе, кг &!, % в, % въ, % &, %
1 9,997 -0,0300
2 9,996 -0,0400
3 9,998 -0,0200
4 9,997 -0,0300
10 5 9,999 -0,0100 0,0112 0,0164 0,044
6 9,996 -0,0400
7 9,996 -0,0400
9 9,997 -0,0300
10 9,998 -0,0200
11 9,999 -0,0100
1 249,997 -0,0012
2 250,001 0,0004
3 250,002 0,0008
4 250,007 0,0028
5 250,015 0,0060
250 6 250,012 0,0048 0,0045 0,0025 0,013
7 250,011 0,0044
8 250,008 0,0032
9 250,008 0,0032
10 250,014 0,0056
11 250,017 0,0068
где: &> - систематическая погрешность эталонной меры (гири М1, 5з=±0,005%); 5св - систематическая погрешность (максимальное значение из серии измерений);
1,1 - коэффициент для доверительной вероятности Р=0,95.
Предел относительной погрешности ВУ в диапазоне измерения определяют по формуле:
5а=@+/ь-тах(5), (5)
где: tp - коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности Р=0,95;
тох(З) - максимальное значение средней квадратической погрешности в диапазоне измерений.
Результаты определения погрешности ВУ при наименьшем и наибольшем пределах взвешивания при проведении испытаний приведены в табл. 1.
2. Определение МХ расходомеров-счетчиков
В качестве основных МХ для эталонных расходомеров-счетчиков (РСЭ) выбирается диапазон измерения расхода и предел относительной погрешности.
Как правило, диапазон измерения расхода одного расходомера гораздо меньше, чем диапазон, приписываемый поверочной установке. Так, например, для установки УПСЖ-50/ВМ используется два электромагнитных расходомера-счетчика (рис. 1 справа) для измерения расхода от 0,02 до 50 м3/ч.
Используемые расходомеры имеют свои МХ, соответствие которых подтверждается при первичной поверке. Однако при включении в конкретный гидравлический тракт поверочной установки эти характеристики могут отличаться от указанных в эксплуатационной документации. Для приведения характеристики преобразования РСЭ к номинальной предварительно производится
процедура градуировки в ряде точек диапазона измерения. Результаты градуировки сохраняются в управляющей программе в виде таблицы коэффициентов и в дальнейшем используются для измерения. В промежуточных точках устанавливаемого расхода погрешность определяется с использованием кусочно-линейной аппроксимации. Данная процедура применяется перед первичной поверкой при выпуске из производства или после ремонта, а доступ к ней возможен только по паролю, устанавливаемому изготовителем.
Погрешность РСЭ определяют путем сравнения объема воды, поступившей в накопительный резервуар, с объемом воды, прошедшей через РСЭ.
Расчет относительной погрешности результатов измерений 8р1, % производят по формуле:
5РгНЧ,-ч„)Лд-100, (6)
где: Ур| - показания РСЭ, дм3 (л);
Ум1 - объем воды в накопительном резервуаре, дм3 (л).
Объем воды определяется по результатам измерения массы Эв!, кг весовым устройством:
где: Квв - коэффициент зависимости, учитывающий плотность воды при конкретной температуре и выталкивающую силу воздуха при измерении массы, дм3/кг.
Примечание: коэффициент Квв является функцией параметров окружающей среды (давление, температура рабочей жидкости). Конкретные значения коэффициента Квв рассчитываются в программе по эмпирическим формулам.
По полученным значениям вычисляют случайную и систематическую составляющие относительной погрешности по формулам:
¿У-У ии /о\
вм-Нгг^-г' ()
где: VI - измеренное значение объема;
V - среднее значение результатов измерений. ^
где: 8р - систематическая погрешность результатов измерений;
8в - относительная погрешность весового устройства.
Относительная погрешность РСЭ определяется по формуле:
5ю==а+ь тах(ЗМ), (10)
где: tp - коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности Р = 0,95; тох(3(У)) - максимальное значение средней квадратической погрешности в диапазоне измерений.
Полученные значения погрешности РСЭ для начальных и конечных точек диапазона расхода приведены в табл. 2 и не превышают 0,225%.
3. Определение МХ поверочной установки
Определение основной относительной погрешности установки производят расчетным путем.
Основную относительную погрешность установки 8ув, % при измерении массы (объема) ВУ вычисляют по сЬосмуле:
5УВ= [5В+5ИК2+5упп]'^ (11)
где: 8в - относительная погрешность весового устройства;
8ик - относительная погрешность измерительного канала;
8упп - относительная погрешность устройства переключения потока.
Табл. 2
Значение расхода и объема Номер измерений Измеренное значение объема, дм3 &,, % S(V), % 6V, % &сэ %
VPi VMi
1 9,610 9,609 0,010
2 9,264 9,257 0,071
3 10,050 10,051 -0,010
4 9,838 9,833 0,051
РСЭ 1 Расход О = 0,02 м3/ч Объем V = 10 дм3 (л) 5 9,439 9,449 -0,106 0,056 0,073 0,220
6 9,250 9,253 -0,032
7 9,716 9,717 -0,010
9 9,491 9,493 -0,021
10 9,304 9,296 0,086
11 9,703 9,688 0,155
1 100,778 100,815 -0,037
2 100,427 100,410 0,017
3 100,711 100,660 0,050
4 100,464 100,405 0,059
РСЭ 1 5 100,477 100,465 0,011
Расход О = 1,99 м3/ч 6 101,136 101,160 -0,024 0,033 0,050 0,124
Объем V = 100 дм3 (л) 7 100,430 100,455 -0,025
8 100,668 100,610 0,058
9 100,833 100,830 0,003
10 101,073 101,055 0,018
11 100,932 100,925 0,007
1 101,886 101,823 0,062
2 101,538 101,415 0,116
3 101,819 101,667 0,150
4 101,569 101,409 0,158
РСЭ 2 Расход О = 2 м3/ч Объем V = 100 дм3 (л) 5 101,582 101,470 0,111 0,046 0,123 0,225
6 102,248 102,171 0,075
7 101,535 101,459 0,074
9 101,775 101,616 0,157
10 101,942 101,838 0,102
11 102,185 102,065 0,117
1 249,778 249,815 -0,015
2 249,427 249,411 0,006
3 249,711 249,66 0,021
4 249,464 249,404 0,024
РСЭ 2 5 249,474 249,464 0,004
Расход О = 50 м3/ч 6 250,121 250,161 -0,016 0,014 0,049 0,079
Объем V = 250 дм3 (л) 7 249,434 249,454 -0,008
8 249,666 249,616 0,020
9 249,838 249,838 0
10 250,170 250,150 0,008
11 250,939 250,929 0,007
Основную погрешность установки 8ур, % при измерении объемного расхода (объема) определяют по формуле:
(12)
где: 8рсэ - относительная погрешность РСЭ;
8ик - относительная погрешность измерительного канала.
Описанный подход к определению МХ поверочной установки и полученные результаты действительных значений погрешностей позволяют утверждать, что при соблюдении всех метрологических норм и правил на поверочной установке может быть проведена поверка водосчетчиков, расходомеров-счетчиков жидкости класса 0,75 и выше при использовании эталонных расходомеров-
счетчиков класса 0,15 и выше при использовании ВУ.
Кроме того, такая п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.