ОСОБЕННОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ РАСХОДА ПРИМЕНЯЕМЫХ В ТЕПЛОУЧЕТЕ

Метрология это наука об измерениях, методах и способах обеспечения их единства, с требуемой точностью. Измерение это сравнение физической величины с ее единицей или, другими словами, нахождение значения данной величины. Средством измерений является техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Метрологические характеристики это характеристики средства измерений, влияющая на результаты (точность) измерений. И метрологические характеристики любого средства измерений нормированы, т.е. «вписаны» в определенные рамки. Для того, чтобы подтвердить соответствие метрологических характеристик каждого конкретного средства измерений регламентированным значениям, средство измерений при выпуске из производства, а также в процессе эксплуатации подвергается метрологической поверке. Метрологическая поверка средств измерений это совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений   метрологическим    характеристикам.    Погрешность    измерения    является характеристикой точности измерения.

«Главная» метрологическая характеристика любого средства измерений — это его погрешность. Погрешностью средства измерений - мы называем разность между показаниями данного средства и истинным значением измеряемой физической величины. Но здесь есть одна «философская» тонкость. Истинные значения нам неизвестны в принципе — иначе измерения не нужны были бы вовсе. Поэтому мы определяем погрешность во время проведения поверки, сравнивая показания поверяемого средства измерений с неким эталоном (то есть с показаниями эталонного средства измерений) — и считаем, что в ходе эксплуатации наше средство измеряет с погрешностью не хуже той, которая была продемонстрирована в метрологической лаборатории.

Открыв паспорт какого-либо расходомера, мы прочитаем: предел допускаемой основной относительной погрешности при преобразовании расхода в выходной электрический сигнал — ±1,0%. Понятно, что «относительная погрешность» — это та, которая нормируется не в литрах (кубометрах), а в процентах. Т.е. при измерениях расхода 1 м3/час данный расходомер «имеет право» ошибаться на 0,01 м3/час, при измерениях расхода 100 м3/час — уже на 1 м3/час. А вот что такое «основная погрешность»? И если есть «основная», то должны быть и некие «дополнительные»?

Да, они есть. Например, температурная погрешность, которая зависит от температуры измеряемой жидкости. Подавляющее большинство отечественных производителей в своей документации о дополнительных погрешностях ничего не пишут. Вероятно, тем самым они намекают на то, что любые дополнительные погрешности пренебрежимо малы по сравнению с основной. Но в руководствах по эксплуатации некоторых приборов можно найти, например, такие сведения: пределы дополнительной погрешности от влияния температуры измеряемой среды — 0,05% на каждые 10°С.

Много это или мало? На 100°С — уже 0,5%, т.е. половина основной погрешности...

Всё это к тому, что, говоря о погрешности, нужно ясно понимать, что это такое, и о какой именно погрешности идет речь. Производитель, указывая в документации только предел основной относительной погрешности, как бы «минимизирует свои риски». Ведь раз нормирована только эта погрешность (эта составляющая погрешности), то и при поверке — на стенде — будет контролироваться только она, по ней расходомер будет получать допуск в эксплуатацию. Когда в самой эксплуатации будут проявляться и другие, дополнительные погрешности, и они могут быть значительными, но мы о них ничего не знаем и не можем их контролировать. Т.е. расходомер должен ошибаться, например, не более чем на 1%, но может ошибаться и на 1,5%, и еще на сколько-нибудь, и это может быть объяснено, но не может повлечь за собою никаких санкций.

Что интересно: в наших «Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя» требования к метрологическим характеристикам расходомеров (водосчетчиков) сформулированы так: «Водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема) теплоносителя с относительной погрешностью не более 2%...».

Данная  формулировка  порождает  вопросы.  Во-первых,  о какой  погрешности  идет  речь — «основной» или «вообще»? Если в документах моего водосчетчика написано: «основная относительная — 2%», то пригоден ли он для учета «по Правилам»? Ведь если основная — уже 2%, и есть какие-либо дополнительные, то «в сумме» получим больше... Во-вторых, в правилах говорится о погрешности измерений «массы (объема)». Но подавляющее большинство типов применяемых в теплоучёте расходомеров массу не измеряют — это функция вторичного преобразователя. Мы можем предположить, что погрешность «расчета» вычислителем массы по показаниям «объемных» расходомеров (в таком расчете будут участвовать еще и показания термопреобразователей, и датчиков давления, если они есть) пренебрежимо мала, и можно считать погрешность измерений массы вычислителем равной погрешности измерений объема водосчетчиком (расходомером). Но это, в общем-то, не совсем строгое и не вполне законное предположение.

Также некорректно отождествлять погрешность измерений расхода и объема, поскольку расход и объем — это разные физические величины. Когда мы берем отдельный расходомер, в паспорте которого — «предел допускаемой основной относительной погрешности преобразования объема в выходной электрический сигнал», то понять, соответствует ли он требованиям правил учета, непросто. Также непросто сравнить его с каким-либо другим расходомером, для которого производитель указал, например, «предел допускаемой относительной погрешности измерений расхода». Разные формулировки, но разный ли в них смысл? Формально — да.

Следующий нюанс: любой расходомер метрологически работоспособен только в каком-то определенном диапазоне измеряемых расходов. Т.е. не может измерять (или может, но с погрешностями, при которых измерения уже не имеют практического смысла) слишком маленькие и слишком большие расходы. Величины нижнего и верхнего пределов диапазона, а также соотношение между ними (так называемый динамический диапазон) зависят от диаметра расходомера (Ду, условный проход) и от его типа. Так, например, качественный электромагнитный расходомер способен измерить меньший расход, чем качественный же вихревой того же Ду; электромагнитный расходомер Ду20 способен измерить меньший расход, чем электромагнитный расходомер той же марки Ду200 — и т.д., и т.п. Иллюстрации приведена в таблице 1, где указаны диапазоны вихревого, ультразвукового и электромагнитного преобразователей расхода, в которых «относительная погрешность преобразования расхода и объема в выходные сигналы» (вероятно, основная), не выходит за рамки ±1%.

Таблица 1. Рабочие диапазоны преобразователей расхода 

При этом производитель для тех же расходомеров в рекламе может указывать большие динамические диапазоны: например, 1:100 для ультразвукового и т.д. Это не обман: просто «широкий» диапазон делится на поддиапазоны: «внизу» (например, от 0,7 до 1,4 м3/час для Ду50) погрешность не превышает 3%, «вверху» (от 1,4 до 70 м3/час)1:100 не превышает 1%, что и отражено в нашей таблице. А, например, для нашего вихревого «рекламный» диапазон составит 1:32, но в его нижней части (например, от 1,0 до 2,0 м3/час для Ду50) погрешность нормирована на уровне 1,5%. Таким образом, сравнивать эти «1:32» с «1:100» ультразвукового расходомера напрямую нельзя; корректно сравнивать только те диапазоны, в которых для данных расходомеров нормирована одинаковая погрешность.

Часто в разговорах применительно к расходомерам используют понятие класс точности - обобщенную характеристику СИ, отражающую предел основной и дополнительной погрешности, а также другие характеристики, влияющие на точность. Поэтому расходомер, у которого предел основной относительной погрешности — 1%, нельзя назвать расходомером «класса точности 1%», ведь в эту «цифру» не входят ни дополнительные погрешности, ни другие характеристики, влияющие на точность.

Итак, из всего вышесказанного должно стать понятно, что, оценивать или сравнивать метрологические характеристики различных расходомеров можно только тогда, когда они, образно говоря, «приведены к общему знаменателю». Т.е. когда речь идет об одних и тех же составляющих погрешности и о диапазонах, в которых погрешности рассматриваемых приборов одинаковы.

Список литературы

1.                   РМГ29-2013«ГСОЕИ.Метрология.Основныетерминыиопределения» - Стандартинформ, 2014. – 56 с.

2.                   «FB.ru» [Электронный ресурс]: МХСИ. ГМС. - Режим доступа: http://fb.ru/article/332301/metrologicheskie-harakteristiki-sredstv-izmereniy-gosudarstvennaya- metrologicheskaya-slujba от 10.11.2017 г.

3.                   Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2/5-изд., перераб. и доп. – СПб.: Политехника, 2004. - 412 с.

4.                   «Мир Знаний» [Электронный ресурс]: Особенности выбора расходомера. - Режим доступа:  http://mirznanii.com/a/321654/osobennosti-vybora-raskhodomeraот17.11.2017 г.