Автоматизированные поверочные установки: какими они должны быть

Общий парк средств измерений расхода и количества жидкости в последние годы существенно увеличился за счет широкого применения расходомеров-счетчиков для учета энергоресурсов и проведения коммерческих расчетов между поставщиками и потребителями энергоресурсов.

В условиях возрастающего спроса свою активность проявляют и предприятия-производители, которые выпускают приборы учета самых разных типов и по принципу действия, и по метрологическим характеристикам, и по надежности, и по функциональным возможностям, и по стоимости.

Однако какими бы ни были эти приборы, для них обязательной является первичная поверка при выпуске из производства и периодическая поверка во время эксплуатации, если приборы используются в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора.

Для проведения поверки в соответствии с нормативными документами государственной системы обеспечения единства измерений необходимо выполнить такие существенные требования, как получить в установленном порядке право проводить поверочные работы (аттестат аккредитации) в области расходометрии и иметь необходимые технические средства - эталоны, поверочные установки и вспомогательное оборудование.

Между тем, техническая база для проведения поверочных работ на сегодняшний день во многих регионах либо отсутствует, либо морально устарела и требует совершенствования. Более того, потребность в подобных установках испытывают и предприятия для проведения испытаний при разработке и выпуске расходомеров-счетчиков жидкости. Наконец, потребность в поверочных установках испытывают и промышленные предприятия, использующие расходомеры-счетчики в своих технологических процессах.

Процедура поверки расходомеров-счетчиков включает в себя воспроизведение потока жидкости в широком диапазоне расходов, измерение параметров этого потока эталонными, а также рабочими средствами измерений, обработку результатов измерений и принятие решения о пригодности рабочих средств измерений для использования в соответствии с их назначением.

При большом объеме приборов поверка становится настолько трудоемкой, что неизбежно возникает вопрос о повышении эффективности поверочных работ и обеспечении достоверности результатов поверки.

Одним из путей разрешения таких вопросов является использование автоматизированных поверочных установок. Опыт использования таких установок накапливался более двух десятков лет, однако на сегодняшний день конкретные требования, которым должна удовлетворять разрабатываемая автоматизированная поверочная установка, отсутствуют, если не считать, что в ряде государственных стандартов имеются общие технические требования к конструкции поверочных установок, в том числе и автоматизированных.

Что же представляет собой современная автоматизированная установка?

Автоматизированная поверочная установка для поверки расходомеров-счетчиков жидкости в общем случае представляет собой достаточно сложное техническое устройство, обеспечивающее воспроизведение потока жидкости с расходом от 10-20 до 600 000 л в час (0,01-600 куб. м/ч) и измерение объема (массы) эталонными расходомерами или весовым устройством с необходимой для поверки точностью.

В соответствии со своим назначением поверочная установка относится к средствам измерения, для которых установлена своя система сертификации (утверждение типа и внесение в Государственный реестр) и подтверждения пригодности для использования по назначению.

Для измерения тех или иных физических величин в установке используется до 40 средств измерений (измерение частоты, времени, температуры, массы, давления, тока, напряжения).

Для управления автоматизированной установкой используются различные технические средства, позволяющие задавать скорость потока (путем установки частоты на частотном преобразователе насоса), формировать гидравлическую измерительную схему (путем закрытия или открытия дисковых затворов с помощью пневмоприводов и/или электроприводов).

Сбор измерительной информации и управление установкой обеспечивается с помощью компьютера.

Также с помощью компьютера обеспечивается сбор информации от поверяемых приборов, которых на установке может быть до нескольких десятков, обработка измерительной информации в соответствии с методикой поверки и хранение результатов поверки в базе данных.

В общем случае в состав установки входят:
- устройство подачи воды (циркуляционные насосы Н1, Н2, Н3, дисковые затворы с пневмоприводом V1П - V6П;
- система хранения и подготовки воды (резервуар СР1, ресивер Р, циркуляционный насос Н5, фильтры Ф2 - Ф4);
- трубная обвязка (измерительный участок, комплект установочных приспособлений и зажимные устройства).

�змерительный участок при измерении объема (объемного расхода), массы (массового расхода) эталонными расходомерами состоит из эталонных расходомеров (ЭР1 -ЭР4), поверяемых расходомеров-счетчиков, закрепляемых на измерительных стендах �С1, �С2, �С3 с помощью комплекта установочных приспособлений.

�змерительный участок при измерении объема (объемного расхода), массы (массового по ВУ) состоит из поверяемых расходомеров-счетчиков, устройства переключения потока УПП (УПП1, УПП2 или УПП3), накопительного резервуара НР (НР1, НР2 или НР3) и датчика температуры (ДТ1, ДТ2, ДТ3).
�змерительные стенды служат для центрирования проставок, входящих в состав комплекта установочных приспособлений, а также для отвода воды при смене поверяемых счетчиков, которая накапливается в специальном резервуаре СР2 и с помощью циркуляционного насоса Н4 через фильтр Ф1 перекачивается в сборный резервуар СР1.

Комплект установочных приспособлений состоит из набора проставок различных диаметров, служащих для обеспечения прямых участков, необходимых для поверки расходомеров-счетчиков.

Зажимные устройства представляют собой два пневмоцилиндра с телескопическим компенсатором длины и служат для герметизации измерительного участка.

Весовые устройства представляют собой встроенные весы бункерного типа и предназначены для взвешивания воды. В качестве бункера используются накопительные резервуары установки. �змерения проводятся в статическом режиме после заполнения накопительного резервуара водой.

Датчики температуры ДТ1 - ДТ3 предназначены для непрерывного измерения температуры воды, проходящей через эталонные расходомеры. В дальнейшем результаты измерения температуры используются для пересчета массы воды в НР в объем, прошедший через эталонные расходомеры-счетчики.
Устройства переключения потока УПП расположены на жестком основании над пролетной трубой (ПТ) и накопительными резервуарами НР1, НР2, НР3 и предназначены для изменения направления потока жидкости без изменения структуры потока.

УПП оборудованы датчиками, обеспечивающими синхронизацию запуска и остановки счета выходных сигналов эталонных и поверяемых расходомеров-счетчиков.

Максимальный расход при поверке по весовому устройству составляет не менее 400 куб. м/ч, по эталонным расходомерам - не менее 600 куб. м/ч.
Для контроля давления в гидравлическом тракте установлен датчик давления ДД.
В качестве эталонных средств измерения в установке используются электромагнитные расходомеры - счетчики с Ду = 6, 25, 65, 200 мм.
�з резервуара СР вода забирается насосами Н1, Н2 и/или Н3 через вентили V1П - V6П и подается в ресивер Р. Вентили с пневмоприводом V3П - V6П служат для изменения направления потока воды через насосы Н1, Н2 или Н3 (параллельная либо последовательная работа насосов).
По выходу из ресивера поток воды проходит через замкнутый гидравлический тракт измерительного стенда �С1 (�С2 либо �С3) и эталонные расходомеры ЭР1 -ЭР4. Выбор измерительного стенда производится автоматически путем переключения вентилей с пневмоприводом V7П -V10П.
Последовательная работа насосов Н1, Н2 и Н3 применяется для повышения давления в гидравлическом тракте массовых расходомеров-счетчиков, имеющих большое гидравлическое сопротивление.

Выбор измерительного тракта (эталонного расходомера-счетчика) осуществляется автоматически в зависимости от установленного значения расхода посредством переключения дисковых затворов с пневмоприводом V1П - V10П и электроприводом V17Э - V20Э. Заданный расход устанавливается автоматически с помощью частотных преобразователей насосов Н1 - Н3 и дополнительно может изменяться в небольших пределах вручную с помощью частичного открывания или закрывания одного из дисковых затворов V17Э - V20Э.

Для полноты представления отметим, что габаритные размеры установки не превышают 9,28,45,1 м, общий вес 7500 кг, потребляемая мощность в пределах 65 кВт.

Как уже отмечалось, требования (в основном конструктивные) для поверочных установок, в том числе автоматизированных, были сформулированы 20-
25 лет назад и отражали опыт работ в области расходометрии и технические возможности того времени [1, 2, 3].

Названные требования в большинстве своем являются необходимыми и учитываются при проектировании и изготовлении поверочных установок. В то же время, этих требований явно недостаточно для разработки автоматизированных поверочных установок, поскольку наличие в составе установки управляющего компьютера позволяет реализовать различные алгоритмы обработки измерительной информации, а также дополнительно ряд сервисных функций: контроль за наличием воздуха в жидкости, степенью загрязненности воды, наличием протечек в гидравлическом тракте, измерение и контроль параметров окружающей среды, контроль за уровнем электромагнитных помех, обеспечение условий для безопасного труда и т. д.

В конечном итоге перед разработчиком и производителем поверочных установок стоит задача получения на поверочной установке достоверных и стабильных результатов измерений вне зависимости от случайных мешающих факторов или метрологического отказа тех или иных средств измерений, входящих в состав установки.

При наличии таких дополнительных требований, определенных в обязательном для исполнения документе, можно было бы рассчитывать, что автоматизированные поверочные установки различных производителей при поверке одного и того же прибора давали бы одинаковые результаты.

При использовании в составе поверочной установки современных технических средств в ней в общем случае (на примере УПСЖ 600) наряду с измерением расхода жидкости (до четырех С�) производится измерение:
- массы на встроенных весах бункерного типа (до трех С�);
- температуры рабочей жидкости (до трех С�);
- давления в гидравлическом тракте;
- времени и частоты следования импульсов (до двенадцати С�);
- напряжения и тока (до восьми С�).

По каждому виду измерения, начиная с измерения расхода, возникают традиционные метрологические вопросы: что, как и чем измерять, ответы на которые пытается найти самостоятельно каждый разработчик.

� здесь, на наш взгляд, должны быть сформулированы требования, в пределах которых находятся ответы на поставленные вопросы.

При нормировании метрологических характеристик установок предварительно рассчитываются их составляющие. По одним составляющим имеются методики расчетов, например, по весовым устройствам, средствам измерения температуры, по другим эти методики необходимо разрабатывать самостоятельно и учитывать те или иные факторы, которые могут повлиять на результаты измерений. Например, учитывать или не учитывать температуру жидкости при определении объема по известной массе, измеренной в реальных условиях (температуре, давлении окружающего воздуха), а если учитывать, то каким образом. В ГОСТ 8.156 [1] эта зависимость приведена в виде таблицы, из которой видно, что без измерения температуры жидкости, особенно при повышенной температуре, дополнительная погрешность может составлять 0,4%.

Было бы полезным определить перечень таких составляющих и методики их определения. Наряду с этим целесообразно было бы установить требования к процессу воспроизведения расхода, работе устройств переключения потока и другим устройствам, определяющим условия проведения измерений при поверке.

При проведении испытаний для целей утверждения типа некоторые испытательные центры требуют, чтобы в поверочных установках применялись только С� и первичные преобразователи, внесенные в государственный реестр С�. Но выполнить это требование практически невозможно из-за того, что, во-первых, далеко не все средства измерений имеют встроенный интерфейс для связи с компьютером, во-вторых, использование для измерений С� утвержденного типа могло бы сделать производство автоматизированных поверочных установок экономически невыгодным.

Поэтому с учетом многообразия видов измерений и используемых средств измерений автоматизированную поверочную установку необходимо рассматривать как измерительную систему, в которой должны выполняться требования ГОСТ Р 8.596 [4]. Указанный стандарт допускает использование в составе установки любых средств измерений при условии, что в технической документации нормированы метрологические характеристики каналов в целом и обеспечена их поверка необходимыми методами и средствами.

Одним из важных слагаемых успешного функционирования поверочной установки является ее программное обеспечение (ПО). � опять же конкретных требований к ПО на сегодня нет. В 2004 г. ВН��МС предложил проект рекомендации "Общие требования к программному обеспечению средств измерений". Есть только надежда, что этот проект когда-то станет полезным действующим нормативным документом.

Применительно к автоматизированным поверочным установкам в ПО реализованы все алгоритмы сбора, передачи, обработки, представления и хранения измерительной информации, алгоритмы управления работой установки, контроля и др. Очевидно, что результаты измерений будут достоверны только в том случае, если ПО однозначно выполняет все функции, определенные разработчиком, т. е. программное обеспечение должно быть разработано таким образом, чтобы во время эксплуатации не было возможности несанкционированного вмешательства и преднамеренного (или непреднамеренного) изменения ПО. На практике существует необходимость градуировки и расходомеров, и весовых устройств, и устройств аналого-цифрового преобразования, входящих в состав установок. Эта процедура закладывается в программное обеспечение, и доступ к ней осуществляется через основную программу по паролю. Теоретически существует во время эксплуатации и возможность изменения метрологических характеристик средств измерений пользователем. А это означает, что в ПО должны быть средства контроля неизменности ПО с момента проведения испытаний и за время эксплуатации.

Однако при отсутствии требований к ПО на этапе проведения испытаний средств измерений в целях утверждения типа государственные центры испытаний С� практически не проводят испытания ПО.

Приведенные доводы лишний раз подтверждают, что должны быть установлены и требования к ПО для автоматизированных поверочных установок.

Хотелось бы отметить, что перечисленные проблемы являются во многом общими для всех производителей поверочных установок. За последние годы эти проблемы назывались и в публикациях, и на научно-технических конференциях регионального и российского уровня, однако приходится, к сожалению, констатировать отсутствие серьезных перемен в этой области. Поэтому разработка нормативного документа, определяющего требования к поверочным установкам, была бы полезной и для производителей поверочного оборудования, и для производителей приборов учета энергоносителей, и для государственных центров испытаний средств измерений.

Только в этом случае можно обеспечить разработку и поставку технически совершенного и метрологически обеспеченного измерительного оборудования, а в конечном итоге - обеспечить достоверность и требуемую точность измерений, контроля и испытаний в области расходометрии.

 

Литература:
1. ГОСТ 8.156 - 83. ГС�. "Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки".
2. ГОСТ Р 50193.3 - 92. "�змерение расхода воды в закрытых каналах. Счетчики холодной питьевой воды. Методы и средства испытаний".
3. М� 1592 - 99 ГС�. "Счетчики воды. Методика поверки".
4. ГОСТ Р 8.596 - 2002 ГС�. "Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения".

Автор: В. П. Каргапольцев Дата: 24.03.2005 Журнал Стройпрофиль 2-1-05 Рубрика: водоснабжение. водоотведение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной.

«« назад