Разработка методики калибровки ротаметров

Татьяна Гремячкина

Разработка методики калибровки ротаметров

Работа теоретически построена в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению» и рассчитана на пополнение нормативно-технической базы методиками для осуществления процедуры калибровки в калибровочных лабораториях и иных организациях Калибровка средства измерений со временем становится одним из самых распространенных видов метрологических работ не только на отечественном, но и на мировом рынке. Различные преобразования понятия калибровки, отсутствие опыта калибровки в ряде отраслей, применение процедур калибровки и поверки средств измерений одновременно, привели к отсутствию единого организационного и методического подхода к проведению процедуры калибровки и трудностям внедрения требований современных международных стандартов по калибровке. Внедрение калибровки СИ на любом предприятии – значительный шаг в развитии метрологической деятельности как системы управления измерениями по показателям точности (а именно неопределенности измерений), необходимых для конкретных технологий, используемых на предприятия, для обеспечения надлежащего качества и надежности продукции.

Метрология

Дипломы

Вуз: Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП)

ID: 5f3522eccd3d3e0001b887ae

UUID: 797dddb0-bf85-0138-18b3-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 1082

31.74

Татьяна Гремячкина

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,3 МБ

Поделиться работой

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА на тему Разработка методики калибровки ротаметров выполнена Гремячкина Татьяна Евгеньевна фамилия, имя, отчество студента в творительном падеже по направлению подготовки/ специальности 27.04.01 Стандартизация и метрология код наименование направления подготовки/ специальности наименование направления подготовки/ специальности направленности Метрологическое обеспечение производственных наименование направленности процессов и производств наименование направленности Студент группы № М861М Т.Е.Гремячкина инициалы, фамилия Научный руководитель доц.,к.т.н.,доц. А.Г.Грабарь Должность инициалы, фамилия Санкт-Петербург – 2020

РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа на тему «Разработка методики калибровки ротаметров» направлена на гармонизацию нормативной документации калибровочных лабораторий, а именно методик оценивания неопределенности измерений при калибровках СИ. Цель работы – разработать методику калибровки ротаметров в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению». Задачи работы:  сбор, изучение и анализ нормативной документации;  изучение и анализ общих сведений о ротаметрах, их технических характеристиках и конструктивных особенностях;  изучение требований к методикам калибровки в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014;  разработка методики калибровки ротаметра в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014;  проведение снятия показаний ротаметра;  обработка результатов измерений;  оценивание неопределенности измерений. Объектом работы - Федеральное бюджетное учреждение «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в г. Санкт - Петербурге и Ленинградской области». Предмет работы – методика калибровки ротаметров. Работа теоретически построена в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению» и рассчитана на пополнение нормативно-технической базы 2

методиками для осуществления процедуры калибровки в калибровочных лабораториях и иных организациях Калибровка средства измерений со временем становится одним из самых распространенных видов метрологических работ не только на отечественном, но и на мировом рынке. Различные преобразования понятия калибровки, отсутствие опыта калибровки в ряде отраслей, применение процедур калибровки и поверки средств измерений одновременно, привели к отсутствию единого организационного и методического подхода к проведению процедуры калибровки и трудностям внедрения требований современных международных стандартов по калибровке. Внедрение калибровки СИ на любом предприятии – значительный шаг в развитии метрологической деятельности как системы управления измерениями по показателям точности (а именно неопределенности измерений), необходимых для конкретных технологий, используемых на предприятия, для обеспечения надлежащего продукции. 3 качества и надежности

СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ6 ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 7 Глава 1 Сбор, изучение и анализ нормативной документации ....................... 10 1.1 Требования к методикам калибровки ...................................................... 10 1.2 Калибровка ................................................................................................ 12 1.3 Оценивание неопределенности измерений .............................................. 13 1.4 Вывод по 1 главе ....................................................................................... 17 Глава 2 Ротаметр. Общие сведения ................................................................... 19 2.1 Особенности конструкции и общие сведения ......................................... 19 2.2 Устройство и принцип работы ................................................................. 21 2.3 Вывод по 2 главе ....................................................................................... 23 Глава 3 Разработка методики и апробация калибровки ротаметра ................. 24 3.1 Статистический анализ калибровочных работ в ФБУ «Тест - С.Петербург»....................................................................................................... 24 3.2 Оформление методики калибровки .......................................................... 25 3.2.1 Теоретическая составляющая методики калибровки ........................ 25 3.2.2 Технические требования ..................................................................... 28 3.2.3 Подготовка к калибровке .................................................................... 29 3.2.4 Определение метрологических характеристик.................................. 30 3.2.5 Оценивание неопределенности измерений. Составление схемы бюджета неопределенности ......................................................................... 31 3.2.6 Оформление результатов измерений ................................................. 35 3.3 Применение методики калибровки ротаметров ...................................... 36 3.3.1 Калибровка ротаметра типа РМ ......................................................... 36 4

3.3.2 Расчет неопределенности измерений ................................................. 44 3.4 Вывод по 3 главе ....................................................................................... 51 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 53 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .......................................... 55 ПРИЛОЖЕНИЕ А. ............................................................................................. 59 ПРИЛОЖЕНИЕ Б ............................................................................................... 60 5

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ РСК – Российская система калибровки ТУ – технические условия ПО – программное обеспечение СИ – средство измерения ЦД – цена деления ЕВ – единица величины МК – методика калибровки НД- нормативная документация СКО – среднеквадратичное отклонение СО – стандартный образец ИСО – Международная организация по стандартизации МЭК – Международная электротехническая комиссия 6

ВВЕДЕНИЕ Деятельность Российской системы калибровки (РСК) значительно изменилась после создания Аккредитация всех выполняющих калибровку Федеральной калибровочных средства службы по аккредитации. лабораторий и организаций, измерений (СИ), выполнялась исключительно Федеральной службой по аккредитации в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий». По этой причине были предложены, разработаны и внедрены межгосударственные и национальные документы, которые устанавливают новые требования к процедурам калибровки и разработке нормативной документации. В последствии внедрения новых требований количество аккредитованных организаций и лабораторий сократилось, что привело к значительным изменениям в документации РСК [1]. В течение последнего десятилетия подход к калибровочным работам был существенно изменен. Ниже рассмотрим основные преобразования в области калибровки СИ. После внесения изменений в термин «калибровка» в федеральном законе «Об обеспечении единства измерений» (№102-ФЗ от 26.06.2008 г.), калибровка как процедура стала одним из самых распространенных и общедоступных способов повышения точности СИ. Основным результатом процедуры калибровки стало определение действительных значений метрологических характеристик [2]. Признание пригодности (непригодности) СИ к применению стало необязательным [3]. Введение новых требований к условиям и методам проведения процедуры калибровки СИ в ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» повлекло за собой обязательную оценку неопределенности результатов измерений, проверку квалификации калибровочных лабораторий и др. 7

Также осуществление калибровки СИ и эталонов единиц величин – обязательное условие метрологической прослеживаемости, характеристика которой в соответствии с международным словарем является неопределенность измерений, которая сочетает в себе неопределенность измерений калибруемого СИ и неопределенность эталонов на всех уровнях прослеживаемости, начиная с первичного эталона [4]. Именно поэтому значимость применения калибровки СИ в совокупности с существующими понятиями прослеживаемости и неопределенности измерений установлена для прикладной метрологии на международном уровне. В настоящее время понятие «калибровка» объясняется со стороны неопределенности измерений, которая обусловлена неопределенностями рабочих эталонов и калибруемых СИ. Это было вызвано необходимостью обеспечения прослеживаемости размера единицы величины до национального эталона оценивания неопределенности измерений при калибровке. В соответствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» для международного признания результатов калибровки СИ на законодательном уровне была выявлена потребность в наличии процедур оценивания неопределенности измерений [5]. Именно поэтому необходимо разрабатывать методики калибровки и методики оценивания неопределенности измерений с целью международной системы обеспечения единства измерений. В этом и заключается актуальность данной работы. Целью данной магистерской диссертации является разработка методики калибровки для ротаметров в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению». Для реализации данной цели необходимо выполнить следующие задачи:  сбор, изучение и анализ нормативной документации; 8

 изучение и анализ общих сведений о ротаметрах, их технических характеристиках и конструктивных особенностях;  изучение требований к методикам калибровки в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014;  разработка методики калибровки ротаметра в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014;  проведение снятия показаний ротаметра;  обработка результатов измерений в соответствии с методикой калибровки ротаметров;  оценивание неопределенности измерений в соответствии с методикой калибровки ротаметров. 9

Глава 1 Сбор, изучение и анализ нормативной документации 1.1 Требования к методикам калибровки Содержание методики калибровки должно отвечать требованиям согласно ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению». Рассмотрим основные рекомендации порядка и содержания методик калибровки: 1) Вводная часть (область распространения); 2) Нормативные ссылки; 3) Определения; 4) Технические требования: 4.1) Требования к неопределенностям измерений; 4.2) Требования к средствам калибровки и вспомогательному оборудованию; 4.3) Требования к условиям проведения калибровки; 5) Требования к квалификации калибровщиков; 6) Требования безопасности; 7) Подготовка к процедуре калибровки; 8) Процедура калибровки; 9) Обработка результатов измерений; 10) Оформление результатов калибровки [6]. Выделим основные требования к содержанию и изложению методики калибровки: 1) Титульный лист; 2) Идентификация (наименование, номер, сведения о разработчике); 3) Область распространения; 4) Описание основных характеристик калибруемых СИ; 5) Метрологические характеристики СИ; 6) Перечень средств и вспомогательного калибровки СИ; 10 оборудования для

7) Сведения об условиях окружающей среды; 8) Описание процедуры калибровки СИ (подготовка к калибровке, проверка функционирования СИ, калибровка, обработка результатов измерений и их описание, меры безопасности). Методика калибровки должна содержать в себе вводную часть и разделы. Допускается объединять, добавлять или исключать отдельные разделы, если данная процедура аргументирована. Срок последующей калибровки СИ допускается указывать в вводной части методики. В разделе «Требования к неопределенности измерений» необходимо указать значение известной неопределенности измерений при калибровке (неопределенность, заранее известная как верхний предел и принятая, их предполагаемое использования результатов измерений). Перечисляя средства калибровки и вспомогательное оборудование необходимо описать их метрологические и основные технические характеристики данных средств и (или) нормативную или техническую документацию, которые регламентируют данные требования. «Условия проведения калибровки» также должны содержать перечень величин, которые оказывают влияние на метрологические характеристики средств измерений или средств калибровки, с указанием их нормируемых номинальных значений и допускаемых отклонений. В методике калибровке необходимо прописывать требуемую квалификацию калибровщиков (профессия, образование, практический опыт, специальная подготовка). Для соблюдения безопасности труда калибровщиков необходимо включить раздел «Требования по обеспечению безопасности». Перечень и способы выполнения работ, которые необходимо провести перед непосредственной процедурой калибровки СИ, учитываются в разделе «Подготовка к процедуре калибровки» (проверка комплектности, внешнего вида СИ, работоспособности и т.д.). 11

Раздел «Процедура калибровки» обязан включать в себя наименования, а также операции по определению действительных значений метрологических характеристик СИ, описание которых должно сдержать в себе наименование определяемой величины, метод калибровки, чертежи, схемы, графики, таблицы и т.д. Если при проведении калибровки СИ необходимо вести протокол калибровки для записи результатов измерений, это следует указать, и сделать образец протокола в приложении. Бывает, что обработка результатов измерений осуществляется с помощью определенного ПО. В таком случае необходимо указать разработчика ПО, алгоритмы расчета, блок-схемы и т.д. Требования к оформлению результатов измерений необходимо включить в раздел «Оформление результатов калибровки», в котором можно описать способ или сочетание способов оформления результатов калибровки (сертификат о калибровке, место и способ нанесения оттиска калибровочного клейма, внесение записи в паспорт, формуляр или другой эксплуатационный документ на средство измерения). Оформление сертификата осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2019. 1.2 Калибровка В настоящее время калибровка – это один из распространенных видов метрологических работ. В соответствии с Законом РФ №102 «Об обеспечении единств измерений» калибровкой принято называть совокупность операций, выполняемых для определения действительных значений метрологических характеристик [7]. Любые СИ, которые не предназначены для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, могут подвергаться калибровке добровольно [2]. 12

Калибровку юридические средств лица и измерений (СИ) индивидуальные имеют право проводить предприниматели, которые аккредитованные в области обеспечения единства измерений. Обычно калибровка СИ проводится для получения числовых данных, которые характеризуют правильность получаемых результатов измерений при его использовании. Со стороны экономики калибровочные лаборатории заинтересованы в максимально широком признании результатов калибровки, которое обеспечивается с помощью прослеживаемости и предоставления данных о значениях неопределенности результатов измерений [8]. Внедрение калибровки СИ на любом предприятии – значительный шаг в развитии метрологической деятельности как системы управления измерениями по показателям точности (а именно неопределенности измерений), необходимых для конкретных технологий, используемых на предприятия, для обеспечения надлежащего качества и надежности продукции [9]. 1.3 Оценивание неопределенности измерений Обязательной частью калибровки является оценка неопределенности измерений. Результату измерения величины должна сопутствовать некоторая количественная характеристика качества результата измерений, чтобы при использовании данного результата возможно было оценить его достоверность. Без такой информации результаты измерений нельзя сопоставить ни друг с другом, ни со значениями, указанными в технических условиях или стандарте [10]. Это требует наличия простой в применении, понятной и общепризнанной процедуры, позволяющей характеризовать качество результата измерений, а именно оценивать и выражать его неопределенность. Неопределенностью называют неотрицательный параметр, характеризующий рассеяние значений величины, приписываемых измеряемой величине на основании измерительной информации [11]. 13

Понятие является неопределенности относительно погрешности и новым анализа как в количественной истории погрешностей измерений, давно характеристики хотя понятия используются в метрологической практике. В настоящее время общепризнанно, что после того, как найдены оценки всех ожидаемых составляющих погрешности и в результат измерения внесены соответствующие поправки, все еще остается некоторая неопределенность в отношении полученного результата, а именно сомнение в том, насколько точно он соответствует значению измеряемой величины [12]. Стандартная неопределенность измерений называют неопределенность измерений, выраженная в виде стандартного отклонения. Неопределенность разделяют на две категории по способу оценивания в зависимости от метода оценивания: по типу А и по типу В. Оценивание неопределенности измерений по типу А - оценивание составляющей неопределенности измерений путем статистического анализа измеренных значений величины, воспроизводимых при определенных условиях получения результата измерений. Оценивание неопределенности измерений по типу В - оценивание составляющей неопределенности измерений способами, отличными от оценивания неопределенности измерений по типу А. Классификация по типам А и В введена только для указания на наличие двух разных способов оценивания составляющих неопределенности и для удобства обсуждения. Ее не следует интерпретировать как различие в природе составляющих неопределенности, полученных разными методами оценивания. Оба способа оценивания основаны на распределении вероятностей, и вне зависимости от способа оценивания составляющие неопределенности количественно характеризуются одним и тем же параметром: дисперсией или стандартным отклонением [13]. Оценку дисперсии 𝑢2 для составляющей неопределенности, оцениваемой по типу А, получают на основе ряда повторных наблюдений, и 14

она совпадает с известной статистической характеристикой — выборочной дисперсией 𝑠 2 . Оценка стандартного отклонения и, представляющая собой положительный квадратный корень из 𝑢2 , совпадает, таким образом, с выборочным стандартным отклонением, 𝑢 = 𝑠 , и для удобства ее иногда называют стандартной неопределенностью типа А. Оценку дисперсии 𝑢2 для составляющей неопределенности, оцениваемой по типу В, получают по имеющейся информации, а оценку стандартного отклонения и иногда называют стандартной неопределенностью типа В. Таким образом, стандартную неопределенность типа А рассчитывают по плотности распределения, полученной из распределения частот, а стандартную неопределенность типа В — по предполагаемой плотности распределения, отражающей степень уверенности в появлении того или иного события. Оба подхода являются общепринятой интерпретацией понятия вероятности. Рассмотрим способ оценивания стандартной неопределенности по типу А подробнее. В большинстве случаев наилучшей оценкой математического ожидания 𝜇𝑞 случайным образом изменяющейся величины 𝑞 , для которой при постоянных условиях измерения были получены п независимых наблюдений 𝑞𝑘 , является среднее арифметическое (или просто среднее) значение 𝑞̅ из наблюдений 𝑛 (формула 1): 1 𝑞̅ = ∑𝑛𝑘=1 𝑞𝑘 (1) 𝑛 Разброс значений в наблюдениях 𝑞𝑘 обусловлен случайными изменениями влияющих величин (случайными эффектами). Выборочную дисперсию 𝑠 2 (𝑞𝑘 ) , являющуюся оценкой дисперсии 𝜎 2 для данного распределения вероятностей величины 𝑞, получают по формуле 2: 𝑠 2(𝑞𝑘 ) = 1 𝑛−1 ∑𝑛𝑘=1(𝑞𝑘 − 𝑞̅)2 (2) Положительный квадратный корень 𝑠(𝑞𝑘 ) из выборочной дисперсии называют выборочным стандартным 15 отклонением. Эта величина

характеризует изменчивость наблюдений 𝑞𝑘 или, точнее, их разброс относительно среднего значения 𝑞̅ [14]. Наилучшей оценкой дисперсии среднего значения 𝜎 2 (𝑞̅), 𝜎 2 (𝑞̅) = 𝜎 2 /𝑛 является 𝑠 2(𝑞𝑘 ) = 𝑠 2 (𝑞𝑘 ) 𝑛 (3) Выборочная дисперсия среднего значения 𝑠 2(𝑞̅) , и выборочное стандартное отклонение среднего значения 𝑠(𝑞̅) , равное положительному квадратному корню из 𝑠 2(𝑞̅) , определяют количественно, насколько хорошей оценкой математического ожидания 𝜇𝑘 величины 𝑞 является 𝑞̅ , и могут быть использованы в качестве меры неопределенности 𝑞̅. Таким образом, стандартную неопределенность 𝑢(𝑥𝑗 ) оценки 𝑥𝑗 = 𝑋𝑗 , полученную по 𝑛 независимым повторным наблюдениям 𝑋𝑗,𝑘 входной величины 𝑋𝑗 определяют как 𝑢(𝑥𝑗 ) = 𝑠(𝑋̅𝑗 ) с использованием формулы 3 для оценки 𝑠(𝑋̅𝑗 ). Для удобства 𝑢2 (𝑥𝑗 ) = 𝑠 2 (𝑋̅𝑗 )и 𝑢(𝑥𝑗 ) = 𝑠(𝑋̅𝑗 ) иногда называют соответственно дисперсией типа А и стандартной неопределенностью типа А. Анализ оценивания неопределенности типа А, показанный выше, не является исчерпывающим. Существует много ситуаций, иногда довольно сложных, требующих применения разных статистических методов. Важным примером является планирование эксперимента, часто основанное на применении метода наименьших квадратов, в целях калибровки для оценки неопределенностей, связанных с кратковременными и долговременными случайными изменениями результатов сличений материальных эталонов с неизвестными размерами единиц величин (например, концевых мер длины, эталонов массы) с эталонами сравнения с известными передаваемыми размерами единиц величин. В таких сравнительно простых измерительных задачах составляющие неопределенности часто можно оценить посредством дисперсионного анализа результатов иерархических экспериментов для заданного числа уровней иерархии [15]. 16

Для оценки 𝑥𝑗 входной величины 𝑋𝑗 , которая не была определена в результате повторных наблюдений, значения оценки дисперсии 𝑢2 (𝑥𝑗 ) или стандартной неопределенности 𝑢(𝑥𝑗 ) получают в результате обобщения и анализа всей доступной информации о возможной вариативности 𝑋𝑗 . Эта информация необходима для оценки неопределенности по типу В и может включать в себя: - данные предшествующих измерений; - полученные опытным или теоретическим путем сведения о свойствах материалов и характеристиках приборов; - характеристики, заявляемые изготовителем; - данные, приводимые в свидетельствах о калибровке и других документах; - неопределенности величин, которые вместе со значениями этих величин приведены в справочниках. Для удобства оценки 𝑢2 (𝑥𝑗 ) и 𝑢(𝑥𝑗 ) , полученные таким образом, называют соответственно дисперсией типа В и стандартной неопределенностью типа В. Правильное использование доступной информации для оценивания стандартной неопределенности типа B требует физической интуиции, основанной на опыте и общих знаниях, которая приходит с накопленной практикой. Следует понимать, что оценка стандартной неопределенности по типу В может быть не менее надежной, чем оценка стандартной неопределенности по типу А, особенно если последняя получена в условиях небольшого числа статистически независимых наблюдений [16]. 1.4 Вывод по 1 главе Разработка методик калибровки – это одна из первостепенных задач на начальном этапе развития калибровочной деятельности. Необходимо документальное подтверждения для выбора эталонов, состава, объема 17

измерений, условий проведения работ, диапазонов, установления периодичности калибровки средств измерений и так далее при проведение процедур калибровки [17]. Именно разработка подобных методик может выполняться исходя из соотношения неопределенности результатов измерений и требований калибровки к точности измерений в конкретных условиях [18]. В соответствии обязательной частью с требованиями калибровки ГОСТ является ИСО/МЭК оценка 17025-2019 неопределенности результатов измерений. В зарубежной практике имеется достаточно большой методический материал по расчету неопределенности при калибровке приборов различных видов измерений [19]. Логично предположить, что для дальнейшего развития калибровки необходима гармонизация отечественной и зарубежной литературы и практики применения калибровки как основной формы подтверждения соответствия СИ, эталонов, единиц величин, технических систем и различных устройств [20]. Соответственно, следует вносить изменения в понятия в области калибровки, требования к проведению калибровочных работ, к расчетам неопределенности и т.п. 18

Глава 2 Ротаметр. Общие сведения 2.1 Особенности конструкции и общие сведения Ротаметр – прибор (расходомер) для определения объемного расхода жидкости или газа в единицу времени [21]. Ротаметры условно можно поделить на следующие типы: - металлические ротаметры с преобразованием измеряемой величины в пневматический выходной сигнал (пневматические) (рисунок 1); Рисунок 1 - Ротаметр пневматический РП - металлические ротаметры с преобразованием измеряемой величины в электрический выходной сигнал (электрические); - ротаметры со стеклянной ротаметрической трубкой и местными показаниями (рисунок 2) [22]. 19

Рисунок 2 – Ротаметры с местными показаниями типа РМ Если ротаметры конкретного типа имеют какие-либо отличительные признаки, то условное обозначение этих ротаметров точнее прописано в ТУ. Среди известных производителей, помимо отечественных, на рынке можно встретить продукцию «ZYIA», «RotaYokogawa», «Krohne» (рисунок 3), «Сименс», «Джордж Фишер», «GEMU», «Франко Пласт» и другие. Рисунок 3 - Ротаметр фирмы Krohne 20

Рассмотри достоинства и недостатки ротаметров (таблица 1). Таблица 1 - Достоинства и недостатки ротаметров Достоинства Широкий диапазон расходов; Погрешность постоянна в любой точке шкалы; Равномерно отградуированная шкала; Изготавливается по простым технологиям из недорогих материалов Несущественная потеря давления на Недостатки Прибор предусматривает лишь вертикальное положение; Среда измерений может быть только прозрачной (так как иначе не будет виден поплавок или шкала); Положение поплавка, а соответственно, значение расхода зависит от плотности измеряемой среды всем диапазоне измерения 2.2 Устройство и принцип работы В классическом виде ротаметр состоит из конической трубки, которая расходится вверх (рисунок 4). На трубке имеется шкала. На отечественных ротаметрах обычно шкала выражена в процентах, где отметка 100 соответствует верхнему пределу ротаметра. На зарубежных ротаметрах – в единицах расхода (л/мин, м3/ч и т.д.). Внутри трубки свободно снизу вверх перемещается поплавок. Также на ротаметре есть резьбовые штуцеры (на входе и выходе жидкости или газа), которые предназначены для его монтажа в установки, трубопроводы и т.д. Герметичность ротаметра достигается с помощью уплотнительных резиновых прокладок. Принцип работы ротаметра следующий: поплавок ротаметра под действием потока жидкости или газа вращается и перемещается снизу вверх. 21

Отметка шкалы ротаметра соответствует определенному расходу, процедурой определения этого расхода называют градуировкой. Поплавок выше, соответственно, площадь вокруг него больше, через которую проходит поток, в следствии расход увеличивается. С помощью градуировочной характеристики можно уравновесить поплавок так (то есть вес поплавка, приходящийся на единицу площади поперечного сечения, будет равен перепаду давления), чтобы его верхний срез соответствовал требуемому расходу [23]. Рисунок 4 - Принцип работы поплавкового ротаметра Принцип работы пневматического ротаметра своей ротаметрической частью похож на обычный поплавковый ротаметр (смотри выше). Корпус пневматического ротаметра представляет собой прямоточную трубу с присоединительными кольцами на концах. С помощью перемещения сдвоенных магнитов, встроенных в ротаметр и связанных с поплавком, и происходит преобразование этого перемещения в пневматический сигнал. 22

Ротаметры электрические, принцип действия которых основан также на восприятии динамического напора измеряемого потока, проходящего снизу вверх поплавком в конусе, имеет и электрическую часть. Электрическая часть ротаметра состоит из сердечника, индукционной катушки, двух резисторов. Сердечник перемещается внутри катушки, которые вместе образуют дифференциально-трансформаторный преобразователь. Ротаметры могут быть различных размеров, благодаря чему можно использовать их как в бытовых условиях, так и в сложных промышленных, где объемы потоков газа или жидкости значительно больше. 2.3 Вывод по 2 главе Ротаметры имеют широкую сферу применения, например, химическая, энергетическая, фармацевтическая, пищевая, автомобильная, добывающая целлюлозно-бумажная промышленности, машиностроение, строительство, ЖКХ и т.д. В связи со значительным производством различных типов ротаметров заграницей, а также использованием ротаметров, например, в калибровочных лабораториях, ротаметры должны подвергаться калибровке. Осуществляется это с целью определения действительных значений метрологических характеристик, которые требуют заказчики. Ротаметры зарубежного производства так или иначе подвергаются калибровке, потому что не занесены в государственный реестр средства измерений и чаще всего не имеют собственную методику поверки. Соответственно могут подвергаться процедуре калибровки, но исключительно по просьбе заказчика с указанием необходимого межкалибровочного интервала. 23

Глава 3 Разработка методики и апробация калибровки ротаметра 3.1 Статистический анализ калибровочных работ в ФБУ «Тест - С.Петербург» Одной из направлений метрологической деятельности ФБУ «Тест - С.Петербург» является разработка методик калибровки. ФБУ «Тест - С.-Петербург» аккредитован в области компетентности в части выполнения калибровочных работ. Свидетельство о регистрации в российской системе калибровки показано на рисунке 5. Рисунок 5 – Свидетельство о регистрации в РСК 24

Был проведен анализ оказания калибровочных работ за последние несколько лет в ФБУ «Тест - С.-Петербург», результаты которого представлены на рисунке 6. 45000 40000 35000 2016 30000 2017 25000 2018 20000 2019 15000 10000 5000 0 Выполненные калибровочные работы Рисунок 6 - Анализ проведения калибровочных работ в ФБУ «Тест-С.Петербург» В результате анализа можем сделать вывод о том, что оказание услуг в области калибровки средств измерений в ФБУ «Тест-С.- Петербург» с каждым годом становится более востребованным, а именно выросло в два раза после 2016 года. В связи с этим возникает необходимость гармонизации нормативной документации. 3.2 Оформление методики калибровки 3.2.1 Теоретическая составляющая методики калибровки Титульный лист методики калибровки должен соответствовать ГОСТ Р 8.879-2014. Общий вид титульного листа представлен в приложении А. Вводная часть и область распространения: 25

«Калибровка средств измерений (СИ) является основным элементом метрологической обеспечения прослеживаемости компетентности измерений, калибровочных необходимой лабораторий, для которые аккредитованы на соответствие стандарту ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2009 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий». Данная методика калибровки распространяется на ротаметры (расходометры постоянного перепада давления), предназначенные для измерения объемного расхода плавноменяющихся однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов с дисперсными включениями однородных частиц нейтральных к материалам деталей, соприкасающихся с измеряемой средой». Методика калибровки разрабатывается в соответствии с требованиями документации, приведенной ниже: - ГОСТ Р 8.879-2014 Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению; - ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2019. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий; измерения. ГОСТ 34100.3-2017/ ISO/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность Часть 3 Руководство по выражению неопределенности измерения; - ГОСТ 13045-81 Ротаметры. Общие технические условия; - ГОСТ Р 8.122-99 Государственная система обеспечения единства измерений. Ротаметры. Методика поверки. Термины и определения, которые будут применены в методике калибровки ротаметров: 1) калибровка выполняемых в средств целях измерений определения совокупность операций, действительных значений - метрологических характеристик средств измерений; 26

2) действительный расход – объемный расход газа, который проходит через ротаметр при условиях измерений (физический объем, проходящий в единицу времени); 3) метрологические требования - требования к влияющим на результат и показатели точности измерений характеристикам (параметрам) измерений, эталонов единиц величин, стандартных образцов, средств измерений, а также к условиям, при которых эти характеристики (параметры) должны быть обеспечены; 4) методика калибровки средств измерений - документ, - совокупность конкретно которых обеспечивает получение регламентирующий процедуру калибровки средств измерений; 5) методика описанных (метод) операций, измерений выполнение результатов измерений с установленными показателями точности; 6) неопределенность характеризующий – рассеяние неотрицательный значений величины, параметр, приписываемых измеряемой величине на основании известной информации; 7) стандартная неопределенность (измерений) - неопределенность измерений, выраженная в виде стандартного отклонения величины; 8) целевая неопределенность измерений - неопределенность измерений, заранее установленная как верхний предел и принятая исходя из предполагаемого использования результатов измерений; 9) средства прослеживаемость - свойство эталона единицы величины, измерений или результата измерений, заключающееся в документально подтвержденном установлении их связи с государственным первичным эталоном или национальным первичным; 10) технические требования к средствам измерений - требования, которые определяют особенности конструкции средств измерений (без ограничения их технического совершенствования) в целях сохранения их метрологических характеристик в процессе эксплуатации средств измерений, достижения достоверности результата 27 измерений, предотвращения

несанкционированных настройки и вмешательства, а также требования, обеспечивающие безопасность и электромагнитную совместимость средств измерений; 11) сертификат калибровки - документ, удостоверяющий факт и результаты калибровки средства измерений, который выдается организацией, осуществляющей калибровку. Далее необходимо измерений, средствам перечислить калибровки, требования неопределенностям прослеживаемости, к условиям проведения калибровки, а также требования к квалификации калибровщиков и по обеспечению безопасности. 3.2.2 Технические требования Для проведения процедуры калибровки ротаметров всех типов применяют основные и вспомогательные средства, приведенные ниже: - расходомерные установки для заданного диапазона измерений; - термометр (ЦД не более 0,1°С и пределами допускаемой ПГ не более 0,2 °С); - барометр БАММ-1 или М-110; - термометр ртутный стеклянный; - манометр (КТ 0,4); - психрометр МВ-4-2М, М-34-М. Основные и вспомогательные средства калибровки для ротаметров типа РП: - манометр (КТ 0,15, с верхним пределом измерений 0,16 МПа (1,6 кгс/см2)); - манометр (КТ не ниже 1, с верхним пределом измерений 0,16 МПа (1,6 кгс/см2)); - фильтр воздуха; - стабилизатор давления воздуха. Средства калибровки для ротаметров типа РЭ: 28

- регулировочный автотрансформатор ЛАТР (до 300 В); - вольтметр Э 515 (КТ 0,5); - милливольтмиллиамперметр (КТ 0,2). Разрешается использование других средств калибровки, которые обеспечивают заданную точность. 3.2.3 Подготовка к калибровке Перед непосредственным проведением процедуры калибровки ротаметра необходимо выполнить следующие подготовительные работы: 1) Выдержать ротаметр не менее 3 часов в нерабочем состоянии при температуре окружающей среды (20±5) °C; 2) Проверить поплавок, факт его наличия, а также отсутствие заедания поплавка в трубке путем поворота ротаметра; 3) Установить ротаметр в расходомерную установку; 4) Проверить вертикальность ротаметра; 5) Проверить герметичность соединений. Выделим основные пункты процедуры калибровки ротаметров и рассмотрим каждый подробно: 1. Внешний осмотр. Внешний вид ротаметра должен соответствовать ГОСТ 13045 или требованиям технической документации [24]: - отсутствие механических повреждений и дефектов; - соответствие комплектности ротаметра требованиям технических документов, цифры и отметки шкалы должны быть четкими; - ЦД шкалы не должна превышать предела допускаемой погрешности ротаметры. 2. Опробование. Необходимо пропустить поток поверочной среды (воздуха, жидкости), плавно изменяя расход. Эту операцию проводят на номинальных значениях диапазонов измерений калибруемого 29 ротаметра Прибор считается

выдержавшим опробование, если поплавок или стрелка двигались без скачков и заеданий. 3.2.4 Определение метрологических характеристик Действительное значение расхода определяют на оцифрованных точках шкалы ротаметра не менее 5 раз (при прямом и обратном ходе). Результаты заносят в таблицу 2. Таблица 2 - Результаты измерений калибруемого ротаметра Отме тка Измеренное значение расхода Измеренное значение расхода шкал при прямом ходе, м3/ч при обратном ходе, м3/ч ы n1 𝑥𝑜11 𝑥𝑜12 𝑥𝑜13 𝑥𝑜14 𝑥𝑜15 𝑥𝑘11 𝑥𝑘12 𝑥𝑘13 𝑥𝑘14 𝑥𝑘15 n2 𝑥𝑜21 𝑥𝑜22 𝑥𝑜23 𝑥𝑜24 𝑥𝑜25 𝑥𝑘21 𝑥𝑘22 𝑥𝑘23 𝑥𝑘24 𝑥𝑘25 n3 𝑥𝑜31 𝑥𝑜32 𝑥𝑜33 𝑥𝑜34 𝑥𝑜35 𝑥𝑘31 𝑥𝑘32 𝑥𝑘33 𝑥𝑘34 𝑥𝑘35 … Полученный расход приводим к нормальным условиям по формуле 4: 𝑄0 = 𝑄√(𝑃𝑇𝑐 )/(𝑃𝑐 𝑇) (4) где 𝑄 – расход воздуха, отсчитываемый по расходомерной установке при указанных ниже 𝑇 и 𝑃, если при градуировке объем газа не приведен к условиям по ГОСТ 2939, м3/ч; 𝑃 - абсолютное давление воздуха на входе ротаметра, которое рассчитывают как сумму избыточного давления воздуха (газа) на входе 𝑃изб и атмосферного давления воздуха 𝑃атм , Па (формула 5): 30

𝑃 = 𝑃изб + 𝑃атм ; (5) 𝑃𝑐 - давление воздуха при условиях по ГОСТ 2939, Па ( 𝑃𝑐 = 101325 Па); 𝑇 - температура воздуха (газа), поступающего в ротаметр, К; 𝑇𝑐 - температура воздуха при условиях по ГОСТ 2939, К; (𝑇𝑐 = 293,15 К) [25]. 3.2.5 Оценивание неопределенности измерений. Составление схемы бюджета неопределенности Обработку результатов измерений и вычисление неопределенности измерений при калибровке, согласно ГОСТ 34100.3-2017/ISO/IEC Guide 983:2008 «Неопределенность измерения. Часть 3», в общем виде, можно представить в следующей последовательности: - выражают связь между измеряемой величиной 𝑌 и входными величинами 𝑋𝑖 , от которых она зависит; - получают оценку 𝑥𝑖 входной величины 𝑋𝑖 на основе статистического анализа ряда наблюдений, в большинстве случаев эту оценку получают как среднее арифметическое значение n числа измерений; - оценивают стандартную неопределенность 𝑢(𝑥𝑖 ) каждой входной оценки 𝑥𝑖 . Для каждой входной оценки, полученной из статистического анализа ряда наблюдений, получают оценку стандартной неопределенности типа А, либо другим способом - получают оценку стандартной неопределенности типа В; - рассчитывают результат измерения, т.е. находят оценку 𝑦 измеряемой величины, по функциональной зависимости 𝑓 , используя в качестве аргументов 𝑋𝑖 оценки 𝑥𝑖 . 31

- определяют суммарную стандартную неопределенность 𝑢𝑐 (𝑦) результата измерений 𝑦 по стандартным неопределенностям и ковариациям входных оценок; - определяют расширенную неопределенность измеряемой величины 𝑈(𝑌); - представляют результат измерения y вместе с его суммарной стандартной неопределенностью 𝑢𝑐 (𝑦) или расширенной 𝑈 (𝑌). Для этого, при проведении многократных измерений рассчитывают среднее арифметическое значение результатов измерений 𝑥̅𝑖 по формуле: 𝑥̅𝑖 = 1 𝑛𝑖 ∑𝑛𝑖=1 𝑥𝑖 , (6) где n - количество выполненных измерений величины 𝑥𝑖 . Вычисляют стандартное отклонение измеряемой i-ой входной величины, по формуле: 𝑆=√ 1 (𝑛𝑖 −1) ∑𝑛𝑖=1(𝑥𝑖 − 𝑥̅𝑖 )2 (7) где 𝑛𝑖 - количество выполненных измерений величины 𝑥𝑖 . Вычисляют стандартную неопределенность измерения типа А по формуле: 𝑢𝐴 (𝑥𝑖 ) = 𝑆 (8) √𝑛 Рассчитывают интервал неопределенности, соответствующий уровню доверия 0,95 в предположении нормального закона распределения результатов измерений по формуле: 𝜀𝑘 = 2𝑠 (9) где границы этого интервала ( −𝜀𝑖 ; +𝜀𝑖 ), в пределах которого возможные значения стандартной неопределенности (формулы 10, 11): 𝑢𝑚𝑖𝑛 = 𝑢𝑖 (𝑥𝑖 ) − 𝜀𝑖 (10) 𝑢𝑚𝑎𝑥 = 𝑢𝑖 (𝑥𝑖 ) + 𝜀𝑖 (11) В соответствии с этим проверяют, что все результаты измерений не выходят за границы это интервала. 32

Вычисляют вклад неопределенности 𝑢(𝑥𝑖 ) входной величины в неопределенность 𝑢𝑖 (𝑦) измеряемой величины как произведение 𝑐𝑖 коэффициента чувствительности на неопределенность входной величины по формуле 12: 𝑢𝑖 (𝑦) = 𝑐𝑖 ∗ 𝑢(𝑥𝑖 ) (12) При прямых измерениях все коэффициенты чувствительности равны 1. Для измерения определения находим следующей составляющей максимальное значение неопределенности основной абсолютной погрешности эталона (формула 13). △э = ± где 𝛿э – основная абсолютная 𝛿э ∗𝑄𝑖 100 , (13) погрешность эталона, 𝑄𝑖 - расход, соответствующий определенной точке шкалы. Стандартная неопределенность для основной абсолютной погрешности (α – для равномерного закона распределения равно √3 ) вычисляется по формуле 14 [26]: △ 𝑢э = . 𝛼 (14) Вычисление суммарной неопределенности измеряемой величины 𝑢𝑐 (𝑦) находят по формуле: 𝑢𝑐 (𝑦) = √∑ 𝑢𝑖2 (15) где ∑ 𝑢𝑖2 – сумма всех вкладов неопределенности измерений возведенные в квадрат. Расширенную неопределенность результата измерений получают путем умножения неопределенности выходной величины (суммарной стандартной неопределенности) на коэффициент охвата [27] (формула 16): 𝑈𝑝𝑖 = 𝑘 ∗ 𝑢𝑐 (𝑦) (16) где 𝑘- коэффициент охвата для нормального распределения, равный 2 для уровня доверия p=0,95. 33

Все полученные результаты измерений представляют в виде бюджета неопределенности (таблица 3), который включает в себя все величины, их оценки вместе с приписанными им стандартными неопределенностями измерения, коэффициентами чувствительности и числами степеней свободы. Условные обозначения: 𝑋𝑖 – входная величина; 𝑥𝑖 - оценка входной величины; 𝑢(𝑥𝑖 ) - стандартная неопределенность; 𝑐𝑖 – коэффициент чувствительности; 𝑢𝑖 (𝑦) – вклад неопределенности; 𝑌 – выходная величина; 𝑦 – оценка выходной величины; 𝑢(𝑦) – стандартная суммарная неопределенность; 𝜈𝑒𝑓𝑓 – эффективное число степеней свободы Таблица 3 - Схема бюджета неопределенности Вход. величина Число 𝑥𝑖 𝑢(𝑥𝑖 ) степеней свободы 𝑋𝑖 Распределение вероятностей входной 𝑐𝑖 𝑢𝑖 (𝑦) величины 𝑋1 𝑥1 𝑢(𝑥1 ) 𝑛𝑖 − 1 (∞) Закон 𝑐1 𝑢1 (𝑦) 𝑋2 𝑥2 𝑢(𝑥2 ) 𝑛𝑖 − 1 (∞) Закон 𝑐2 𝑢2 (𝑦) … … … … … … … 𝑋𝑛 𝑥𝑛 𝑢(𝑥𝑛 ) 𝑛𝑛 − 1 (∞) Закон 𝑐𝑛 𝑢𝑛 (𝑦) Оценка 𝑢 (𝑦) Эф. число Уровень Коэф. Расш. ст.св. доверия охвата неопред. 𝑦 𝑢𝑐 (𝑦) 𝜈𝑒𝑓𝑓 𝑝 = 0,95 𝑘 𝑈 Вых. величина 𝑌 34

Значение чисел степеней стандартных неопределенностей входных величин представлены в таблице 4. Таблица 4 - Значение чисел степеней стандартных неопределенностей входных величин Стандартная неопределённость входной величины Типа А, для 𝑛 измерений 𝜈𝑖 𝑛−1 Типа В, СКО однократных измерений, определенное по ранее проведенным 𝑛 измерениям 𝑛−1 Типа В, вычисленная через границы, приведенные без указания уровня доверия, например, пределы ∞ допускаемой погрешности СИ Типа В, вычисленная через расширенную неопределенность 𝑈 и коэффициент охвата, равный коэффициенту Стьюдента для эффективного числа 𝜈𝑒𝑓𝑓 степеней свободы 𝜈𝑒𝑓𝑓 и вероятности 0,95 Результаты калибровки заносятся в протокол по форме, приведенной в приложении Б.1. 3.2.6 Оформление результатов измерений После заполнения протокола калибровки на ротаметр выдается сертификат о калибровке, который включает в себя все величины, проверяемые в процессе калибровке. Полный результат измерений включает в себя оценку измеряемой величины и приписанное ей значение расширенной неопределенности с указанием уровня доверия (формула 17) [28]: 𝑌 = 𝑥̅𝑖 ± 𝑈𝑝 = 0,95 35 (17)

При записи результата следует придерживаться следующих рекомендаций: - значение расширенной неопределенности указывается не более, чем с двумя значащими цифрами; - измеренное значение должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и округленная расширенная неопределенность. Например, если Q = 1,897456 м3/ч с расширенной неопределенностью U = ±0,0385 м3/ч, то результат следует записать как Q = 1,8974±0,0385 м3/ч. В общем случае, на практике объем информации, необходимый для представления результата измерений, зависит от его предполагаемого использования, однако общий принцип остается неизменным: лучше, чтобы объем информации был избыточным, чем недостаточным. 3.3 Применение методики калибровки ротаметров 3.3.1 Калибровка ротаметра типа РМ Для калибровки был предоставлен ротаметр с местными показаниями типа РМ, модификации РМ-0,63ГУЗ с заводским номером №7070884 (рисунок 7), изготовитель ОАО «АПЗ» (г. Арзамас), 1977 года выпуска, принадлежащего СПб ОАО «Красный Октябрь». 36

Рисунок 7 - Ротаметр РМ-0,63ГУЗ В соответствии с методикой калибровки, последовательно заполняем протокол калибровки ротаметра. При проведении калибровки должны соблюдаться следующие условия окружающей среды, которые определяем с помощью измерителя влажности и температуры ТКА-ТВ и барометра рабочего сетевого БРС-1М-1, показанные на рисунке 8 (таблица 5): 37

Таблица 5 - Условия окружающей среды Наименование параметра Температура окружающей среды, °С Относительная влажность воздуха, % Атмосферное давление, кПа Температура калибруемой среды, °С Требования НД Измеренные значения 15…25 21,6 30…80 31,8 97,3…105,3 99,4 15…25 22,5 Рисунок 8 - Барометр БРС (слева) и измеритель ТКА-ТВ (справа) Перечислим оборудование, которое необходимо для калибровки ротаметра типа документации РМ, (таблица соответствующее 6). Установка требованиям ГКУ-1,6А производителя и имеет следующий внешний вид (рисунок 9). 38 нормативной отечественного

Рисунок 9 - Установка грузокольцевая ГКУ-1,6А Внутри установки находится два мерника: большой и малый, фотоэлектрического преобразователя, пульта управления, электронно- счетного частотомера и узла крепления для приборов. Принцип действия установки следующий: вращение мерников (малого и большого) происходит под действием груза, за счет этого вытесняется объем воздуха, находящий в мерниках, в рабочую зону и далее в калибруемый прибор. 39

Свидетельство о поверке №0018692 от 18 февраля 2020 года продемонстрировано на рисунке 10, а также оборотная сторона с метрологическими характеристиками установки – на рисунке 11. Рисунок 10 - Лицевая сторона свидетельства о поверке установки ГКУ-1,6А 40

Рисунок 11 - Оборотная сторона свидетельства о поверке установки ГКУ1,6А (метрологические характеристики) 41

Таблица 6 – Основные и вспомогательные средства калибровки Наименование, тип, заводской номер Установка грузокольцевая Метрологические характеристики ГКУ-1,6А (0,0076…1,945) м3/ч зав.№4, рег.№3.1.ZСП.0185.2013 ПГ±0,35% Барометр рабочий сетевой БРС-1М-1 (600…1100) гПа зав.№1103649 ПГ±0,33 гПа Измеритель влажности и температуры ТКА-ТВ зав.№20 1014п В соответствии (10…98)%, ПГ±5% (0…50) °С, ПГ±0,5% с методикой калибровки приступаем к последовательным операциям калибровки ротаметра. 1) Внешний осмотр – соответствует п.9.1 методики калибровки. 2) Опробование – соответствует п.9.2 методики калибровки. 3) Определение метрологических характеристик. Располагаем ротаметр в установку и снимаем показания в каждой оцифрованной точке шкалы ротаметра (0, 20, 40, 60, 80, 100) по 5 раз при прямом и обратном ходах. Записываем показания в таблицы 7 и 8. Таблица 7 - Измеренные значения при прямом ходе Отметка шкалы, дел Объем мерника, Измеренный расход при прямом ходе, м3/ч дм3 0 0,3707 0,0445 0,0430 0,0423 0,0443 0,0447 20 0,9270 0,1674 0,1596 0,1524 0,1518 0,1604 40 1,7820 0,2744 0,2629 0,2517 0,2732 0,2866 60 5,3431 0,3871 0,3941 0,3793 0,3943 0,3794 80 5,3431 0,4929 0,5184 0,5036 0,4927 0,5191 100 5,3431 0,6453 0,6452 0,6433 0,6444 0,6454 42

Таблица 8 - Измеренные значения при обратном ходе Объем Отметка шкалы, дел мерника, Измеренный расход при обратном ходе, м3/ч дм3 0 0,3707 0,0454 0,0443 0,0455 0,0428 0,0442 20 0,9270 0,1578 0,1669 0,1589 0,1592 0,1651 40 1,7820 0,2499 0,2618 0,2984 0,2730 0,2729 60 5,3431 0,3875 0,3785 0,3870 0,3865 0,3800 80 5,3431 0,5049 0,5191 0,4919 0,5189 0,5187 100 5,3431 0,6450 0,6454 0,6438 0,6440 0,6452 Находим среднее значение расхода при прямом и обратном ходах по формуле 6 и записываем их в таблицу. Рассчитаем расход и неопределенность для точки 20. 𝑄ПХ20 0,1674 + 0,1596 + 0,1524 + 0,1518 + 0,1604 м3 = = 0,1583 . 5 ч 𝑄ОХ20 0,1578 + 0,1669 + 0,1589 + 0,1592 + 0,1651 м3 = = 0,1616 . 5 ч А также приводим значения расхода к нормальным условиям по формуле 4 методики поверки. Нам известны следующие величины: 𝑇𝑐 = 293,15 К - температура воздуха при условиях по ГОСТ 2939; 𝑃𝑐 = 101325 Па - давление воздуха при условиях по ГОСТ 2939; 𝑃изб м = 1514 Па - избыточное давление установки в малом мернике; 𝑃изб б = 1454 Па - избыточное давление установки в большом мернике; 𝑇 = 295,65 К - температура воздуха (газа), поступающего в ротаметр; 𝑃атм = 99400 Па - атмосферное давление воздуха. Приведем полученный расход к нормальным условиям по формуле 1 методики калибровки: 43

(100914 ∗ 293,15) м3 = 0,1573 . 101325 ∗ 295,65 ч 𝑄ПХ20 = 0,1583√ 𝑄ОХ20 (100914 ∗ 293,15) м3 = 0,1616√ = 0,1606 . 101325 ∗ 295,65 ч Находим стандартный расход в точке, который равен среднему арифметическому между расходами при прямом и обратном ходах. 𝑄20 0,1573 + 0,1606 м3 = = 0,1590 . 2 ч Заносим полученные данные в таблицу 9. Таблица 9 - Результаты измерений Отметка Расход, приведенный к Расход Qпх, м3/ч Расход Qох, м3/ч 0 0,0435 0,0442 0,0438 20 0,1573 0,1606 0,1590 40 0,2681 0,2695 0,2688 60 0,3844 0,3815 0,3830 80 0,5021 0,5075 0,5048 100 0,6407 0,6406 0,6407 шкалы, дел норм. усл., м3/ч После приведение значения расхода к нормальным условиям, перейдем к расчету неопределенности измерений. 3.3.2 Расчет неопределенности измерений Для расчета неопределенности измерений расхода нам понадобятся следующие данные (таблица 10): 44

Таблица 10 - Исходные данные для расчета неопределенности измерений Наименование параметра Значения параметра Максимальный расход 𝑄𝑚𝑎𝑥 , м3/ч 0,6407 Максимальная оцифрованная отметка шкалы 100 Минимальная оцифрованная отметка шкалы 0 Число делений, l 100 Относительная погрешность эталона δэ, % 0,35 Определяем составляющие суммарной неопределенности измерения расхода: 1. Рассчитываем стандартное отклонение по формуле 7: 𝑆20 2. (0,1573 − 0,1590)2 + (0,1606 − 0,1590)2 м3 =√ = 0,00076 . 9 ч Вычисляем стандартную неопределенность измерения типа А по формуле 8 для точки 20: 𝑢р = 3. 0,00076 √3 м3 = 0,00044 . ч Интервал неопределенности находим по формулам 9-11: 𝜀20𝑘 м3 = 2 ∗ 0,00076 = 0,00152 . ч Тогда границы этого интервала ( −𝜀𝑖 ; +𝜀𝑖 ), в пределах которого возможные значения стандартной неопределенности (-0,00108; 0,00196) м3/ч: 𝑢20𝑚𝑖𝑛 м3 = 0,00044 − 0,00152 = −0,00108 . ч 𝑢20𝑚𝑎𝑥 4. м3 = 0,00044 + 0,00152 = 0,00196 . ч Вклад неопределенности составит: м3 𝑢20 (𝑦) = 1 ∗ 0,00044 = 0,00044 . ч 45

Границы допускаемой абсолютной погрешности эталона в точке 5. 20 вычисляются следующим образом: 𝛿э ∗ 𝑄20 0,35 ∗ 0,1590 м3 △э = = = 0,00056 . 100 100 ч Стандартная 6. неопределенность для основной погрешности эталона: △э 𝑢э = 7. √3 = 0,00056 √3 м3 = 0,00032 . ч Суммарная стандартная неопределенность высчитывается по формуле 9 методики калибровки. 𝑢𝑐 = 8. √𝑢р2 + 𝑢э2 Расширенная = √0,000442 + 0,000322 = 0,00054 неопределенность результата м3 . ч измерения для доверительной вероятности 0,95 и коэффициента охвата 2 по формуле 10 равна: м3 𝑈 = 2 ∗ 0,00054 = ±0,00109 . ч Аналогичным путем рассчитываем неопределенность для каждой отметки шкалы. Полученные данные заносим в таблицу 11. Таблица 11 - Результаты определения метрологических характеристик и неопределенностей измерений Отме Стандарт Стандартные тка ный прив. неопределенности, м3/ч шкал расход, Расширенная неопределенность U при ы, дел 3 м /ч 𝑢р 𝑢э Р=0,95 и k=2, м3/ч 0 0,0438 0,00009 0,00009 ±0,00026 20 0,1590 0,00044 0,00032 ±0,00109 40 0,2688 0,00019 0,00054 ±0,00115 60 0,3830 0,00040 0,00077 ±0,00174 46

80 0,5048 0,00073 0,00102 ±0,00250 100 0,6407 0,00001 0,00129 ±0,00259 Результаты измерений и расчетов сгруппируем в одну таблицу, которая будет использована на оборотной стороне сертификата о калибровке ротаметра в разделе «действительные метрологические характеристики» (таблица 12). Таблица 12 - Результаты калибровки ротаметра Отметка Стандартный прив. Расширенная неопределенность U расход, м3/ч при Р=0,95 и k=2, м3/ч 0 0,0438 ±0,00026 20 0,1590 ±0,00109 40 0,2688 ±0,00115 60 0,3830 ±0,00174 80 0,5048 ±0,00250 100 0,6407 ±0,00259 шкалы, дел После проведения калибровки был составлен протокол калибровки (рисунок 12) и выдан сертификат о калибровке ротаметра с указанием величин, проверенных в процессе калибровки (рисунок 13, 14). 47

Рисунок 12 - Протокол калибровки ротаметра 48

Рисунок 13 - Сертификат о калибровке ротаметра №7070884 (лицевая сторона) 49

Рисунок 14 - Сертификат о калибровке ротаметра №7070884 (оборотная сторона) 50

Составляем бюджет неопределенности измерений в соответствии с требованиями методики калибровки ротаметра (таблица 13). Таблица 13 - Схема бюджета неопределенности измерений Распределени Вход. величина 𝑢(𝑥𝑖 ) Число е степеней вероятностей свободы входной 𝑐𝑖 𝑢𝑖 (𝑦) величины 0,0438 0,00009 4 Равномерный 0,00009 0,00026 0,1590 0,00044 4 Равномерный 0,00044 0,00109 0,2688 0,00019 4 Равномерный 0,00019 0,00115 0,3830 0,00040 4 Равномерный 0,00040 0,00174 0,5048 0,00073 4 Равномерный 0,00073 0,00250 0,6407 0,00001 4 Равномерный 0,00001 0,00259 3.4 Вывод по 3 главе Была составлена методика калибровки для ротаметров различных типов. Структурный вид методики следующий: 1. Нормативные ссылки. 2. Термины и определения. 3. Операции и средства калибровки. 4. Технические требования. 5. Требования безопасности. 6. Требования к квалификации калибровщиков. 7. Условия калибровки. 8. Подготовка к работе. 9. Проведение калибровки. 10. Оформление результатов измерений. 51

Методика калибровки опробована на ротаметре с местными показаниями типа РМ, модификации РМ-0,63ГУЗ № 7070884 (калибровочная среда – воздух). Все пункты методики соблюдены, операции (таблица 13) при калибровке ротаметра успешно выполнены. Таблица 14 - Операции из методики калибровки № Наименование операции № пункта методики 1 2 3 1 Внешний осмотр 9.1 2 Опробование 9.2 3 Определение метрологических 9.3 характеристик 4 Расчет неопределенности измерений 9.4 5 Оформление результатов измерений 10 По результатам калибровки ротаметра был составлен протокол №85 и выдан сертификат о калибровке №20-14430 от 17.04.2020, которые представлены на рисунках 12, 13, 14. 52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Применение процедур калибровки в настоящее время становиться все более актуальным. Поэтому развитие калибровки в любой метрологической службе как в системе управления измерениями на предприятии по показателям точности (неопределенности измерений) необходимо для того, чтобы обеспечить качество и надежность продукции. Для широкого развития калибровки в качестве основной формы подтверждения соответствия средств измерений, эталонов единиц величин, систем и устройств с измерительными функциями, средств испытаний, контроля и регулирования, государственного применяемых регулирования, в целесообразно том числе внести в сфере необходимые изменения в действующее законодательство. А также в первую очередь, на мой взгляд, гармонизировать отечественную и зарубежную литературу и нормативную документацию и разрабатывать новые методики калибровки и методики оценивания неопределенности измерений при калибровках СИ. Целью моей магистерской диссертации было разработать методику калибровки для ротаметров в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению». Для реализации данной цели были осуществлены следующие задачи:  сбор, изучение и анализ нормативной документации;  изучение и анализ общих сведений о ротаметрах, их технических характеристиках и конструктивных особенностях;  изучение требований к методикам калибровки в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014;  разработка методики калибровки ротаметра в соответствии с ГОСТ Р 8.879-2014;  проведение снятия показаний ротаметра; 53

 обработка результатов измерений в соответствии с методикой калибровки ротаметров;  оценивание неопределенности измерений в соответствии с методикой калибровки ротаметров. В результате данной работы была составлена и опробована методика калибровки «Ротаметры. Методика калибровки. МК», которая в полном объеме представлена в приложении Б. 54

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Sandrin Tranchard. New edition of ISO/IEC 17025 just published. [Электронный ресурс]. – 2017. – Режим доступа: https://www.iso.org/news/ref2250.html. 2. Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» [Текст] от 26.06.2008 № 102-ФЗ // Собрание законодательства Российской Федерации. 2008. № 26. Ст. 3021 3. Нефедьев Д.И. Актуальность калибровки измерительных систем в рабочих условиях эксплуатации. [Текст] / Нефедьев Д.И., Ординарцева Н.П. – Москва, 2015. – 5 с. 4. Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины: пер. с англ. и фр. / Всерос. науч. исслед. ин-т метрологии им. Д. И. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. Изд. 2-е, испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010. 5. ГОСТ компетентности ИСО/МЭК испытательных 17025-2019. и Общие калибровочных требования к лабораторий - Введ.2012.01.01. - Мкс.:Стандартинформ,2012.-36 с. 6. ГОСТ Р 8.879-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению. – Москва: Стандартинформ, 2015. – 8 с. 7. Кукушкин А.В. Необходимость в расчете неопределенности при калибровке средств измерений [Текст] / Кукушкин А.В. – Рязань, 2019. – 2 с. 8. Sun, Ne-Zheng, Sun, Alexander. Model Calibration and Parameter Estimation. – USA: Springer, 2015. – 184 с. 9. Микитчак А.Ю. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Метрология [Текст] / Микитчак А.Ю., Снежко А.А. Процедура калибровки методики калибровки средств измерений. – Красноярск, 2017. – с. 812-814. 55

Гулова О.А. Международный научный журнал «Инновационная 10. наука» [Текст] / Гулова О.А., Шушкевич Т.В. // Выражение неопределенности результатов измерений. – Таганрог, 2016. – 4 с. 11. измерения. ГОСТ 34100.3-2017/ ISO/IEC Guide 98-3:2008. Неопределенность Часть 3 Руководство по выражению неопределенности измерения. - Москва: Стандартинформ, 2017. – 103 с. 12. Калайда Т.А. Успехи в химии и химической технологии [Текст] / Калайда Т.А., Графушин Р.В. // Информационный подход для расчета неопределенности измерения – Москва, 2017. – с. 61-63. 13. по ГОСТ Р ИСО 21748-2012. Статистические методы. Руководство использованию правильности при оценок оценке повторяемости, неопределенности воспроизводимости измерений. – и Москва: Стандартинформ, 2014. – 34 с. 14. Циркунова Н.А. Успехи в химии и химической технологии [Текст] / Циркунова Н.А., Полякова Л.В. // Анализ факторов, влияющих на изменчивость результатов измерений согласно ГОСТ Р ИСО 5725-3-2002. Москва, 2017. – с. 28-30. 15. Ершов И.А. Динамика систем, механизмов и машин [Текст] / Ершов И.А. Современные технологии калибровки средств измерений электрических величин. – Томск, 2018. – с. 22-28. 16. ГОСТ Р ИСО 5725-3-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 3. Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерений. - Москва: Издво стнадартов, 2002. – 28 с. 17. Гаврилов Б.М. Развитие деятельности по калибровке средств измерений. Доклад рабочей группы. [Текст] / Гаврилов Б.М., Генкина Р.И., Горчев А.И. и др. – СПб, РСПП, 2016. – 16 с. 18. Calibration guide EURAMET/cg/20/v.01. Calibration of Climatic Chambers Requirements for the Accreditation of Calibration Laboratories. June 2010. 56

19. Кукушкин А.В. Оценка неопределенности в соответствии с Р50.1109-2016 «Политика ИЛАК в отношении неопределенности при калибровках» [Текст] / Кукушкин А.В. – Рязань, 2019. – 3 с. 20. Горелкин обеспечения Н.С. лаборатории Совершенствование авиационной метрологии метрологического ООО «Аэропорт Емельяново» на основе оценки достоверности результатов калибровки [Текст] / Горелкин Н.С., Ткаченко К.Ю., Жирнова Е.А. – Красноярск, 2017. – с. 436-437. 21. Артемьев Э.А. Ротаметр с цифровым выходом [Текст] // Вестник Астраханского государственного технического университета. – Астрахань, 2007. – с. 60-63. 22. ГОСТ Р 8.122-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Ротаметры. Методика поверки. – Москва: Изд-во стандартов, 1981. – 11 с. 23. Пеннер В.А. Устройства для учета расходов газа [Текст] / Пеннер В.А., Андреева К.Е. – Омск, 2014. – с. 195-197. 24. ГОСТ 13045-81. Ротаметры. Общие технические условия. – Москва: Изд-во стандартов, 1981. – 14 с. 25. ГОСТ 2939-63. Газы. Условия для определения объема. – Москва: Изд-во стнадартов, 1963. – 3 с. 26. Захаров И.П. Оценивание непоределенности при проведении метрологических работ. [Текст] / Захаров И.П., Сергиенко М.П., Чепела В.Н., Никитин Д.С. – Харьков, 2008. – 48 с. 27. Danilov, A. A. Modeling Using Multivariate Hybrid Regression Analysis Method / A. A. Danilov, N. P. Ordinartseva. - Proceedings of IEEE EastWest Design & Test Symposium (EWDTS’2013). - Rostovon-Don, Russia, 2013, September 27-30. - P. 365- 367. 28. Danilov, A. A. Calibration method of measuring instruments in operating conditions / A. A. Danilov, Yu. V. Kucherenko, M. V. Berzhinskaya, N. P. Ordinartseva. – International Conference “Advanced Matematical and 57

Computational Tools in Metrology and Testing (AMCTM 2014)”. – D. I. Mendeleyev Institute for Metrology (VNIIM). – St. Petersburg, Russia, 9 and 1012 September, 2014. 58

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Титульный лист методики калибровки по ГОСТ Р 8.879-2014 Рисунок А.115 - Титульный лист методики калибровки 59

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И ИСПЫТАНИЙ В Г.САНКТ-ПЕТЕРБУРГ И ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ» (ФБУ "ТЕСТ-С.-ПЕТЕРБУРГ") 190103, г. Санкт-Петербург, ул. Курляндская, д. 1 Аттестат аккредитации RA.RU.311483 от 29.12.2015 г. РОТАМЕТРЫ Методика калибровки МК УТВЕРЖДАЮ Зам.генерального директора ФБУ «Тест - С.-Петербург» Павлов Р.В. РАЗРАБОТАЛ инженер по метрологии ФБУ «Тест - С.-Петербург» Гремячкина Т.Е. Санкт-Петербург 2020 г. 60

Калибровка средств измерений (СИ) является основным элементом метрологической прослеживаемости измерений, необходимой для обеспечения компетентности калибровочных лабораторий, аккредитованных на соответствие стандарту ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2009 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий». Настоящая методика калибровки распространяется на ротаметры (расходометры постоянного перепада давления), предназначенные для измерения объемного расхода плавноменяющихся однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов с дисперсными включениями однородных частиц нейтральных к материалам деталей, соприкасающихся с измеряемой средой. 1. Нормативные ссылки ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению». ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий». ГОСТ 34100.3-2017/ ISO/IEC Guide 98-3:2008 «Неопределенность измерения. Часть 3 Руководство по выражению неопределенности измерения». ГОСТ 13045-81 «Ротаметры. Общие технические условия». ГОСТ Р 8.122-99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Ротаметры. Методика поверки». 2. Термины и определения 1) калибровка выполняемых в средств целях измерений определения совокупность операций, действительных значений - метрологических характеристик средств измерений; 61

2) действительный расход – объемный расход газа, проходящий через ротаметр при условиях измерений (физический объем, проходящий в единицу времени); 3) метрологические требования - требования к влияющим на результат и показатели точности измерений характеристикам (параметрам) измерений, эталонов единиц величин, стандартных образцов, средств измерений, а также к условиям, при которых эти характеристики (параметры) должны быть обеспечены; 4) методика калибровки средств измерений - документ, - совокупность конкретно которых обеспечивает получение регламентирующий процедуру калибровки средств измерений; 5) методика описанных (метод) операций, измерений выполнение результатов измерений с установленными показателями точности; 6) неопределенность (измерения) – неотрицательный параметр, характеризующий рассеяние значений величины, приписываемых измеряемой величине на основании используемой информации; 7) стандартная неопределенность (измерений) - неопределенность измерений, выраженная в виде стандартного отклонения величины; 8) целевая неопределенность измерений - неопределенность измерений, заранее установленная как верхний предел и принятая исходя из предполагаемого использования результатов измерений; 9) средства прослеживаемость - свойство эталона единицы величины, измерений или результата измерений, заключающееся в документально подтвержденном установлении их связи с государственным первичным эталоном или национальным первичным; 10) технические требования к средствам измерений - требования, которые определяют особенности конструкции средств измерений (без ограничения их технического совершенствования) в целях сохранения их метрологических характеристик в процессе эксплуатации средств измерений, достижения достоверности результата 62 измерений, предотвращения

несанкционированных настройки и вмешательства, а также требования, обеспечивающие безопасность и электромагнитную совместимость средств измерений; сертификат калибровки - документ, удостоверяющий факт и 11) результаты калибровки средства измерений, который выдается организацией, осуществляющей калибровку. 3. Операции и средства калибровки При проведении калибровки должны выполняться следующие операции и применяться оборудования указанные в таблице Б.1. Таблица Б.1 - Операции и средства калибровки № Наименование № пункта Средства калибровки и их операции методики характеристики 2 3 4 1 1 Внешний осмотр 9.1 Визуально 2 Опробование 9.2 Расходомерные установки заданного диапазона измерений; 3 Определение 9.3 См. п.4 методики калибровки 9.4 Расчет 10 Обработка расчетов метрологических характеристик 4 Расчет неопределенности измерений 5 Оформление результатов измерений 63 для

4. Технические требования Для проведения процедуры калибровки ротаметров всех типов применяют основные и вспомогательные средства, приведенные ниже: - расходомерные установки для заданного диапазона измерений; - термометр (ЦД не более 0,1°С и пределами допускаемой ПГ не более 0,2 °С); - барометр БАММ-1 или М-110; - термометр ртутный стеклянный; - манометр (КТ 0,4); - психрометр МВ-4-2М, М-34-М. Основные и вспомогательные средства калибровки для ротаметров типа РП: - манометр (КТ 0,15, с верхним пределом измерений 0,16 МПа (1,6 кгс/см2)); - манометр (КТ не ниже 1, с верхним пределом измерений 0,16 МПа (1,6 кгс/см2)); - фильтр воздуха; - стабилизатор давления воздуха. Средства калибровки для ротаметров типа РЭ: - регулировочный автотрансформатор ЛАТР (до 300 В); - вольтметр Э 515 (КТ 0,5); - милливольтмиллиамперметр (КТ 0,2). Разрешается использование других средств калибровки, которые обеспечивают заданную точность. 5. Требования безопасности При проведении калибровки должны быть обеспечены требования безопасности, указанные в эксплуатационных документах на основные и вспомогательные средства калибровки. 64

6. Требования к квалификации калибровщиков К проведению сотрудников калибровки организаций, допускают аккредитованных калибровки, в соответствии с действующим специалистов на право из числа проведения законодательством РФ, изучивших настоящую методику калибровки, руководство по эксплуатации на средства калибровки и калибруемые ротаметры. Перед проведением операций калибровки калибровщик должен пройти специальную подготовку, инструктаж по технике безопасности и иметь удостоверение на право проведения работ и эксплуатации поверочной установки. 7. Условия калибровки При проведении калибровки должны соблюдаться следующие условия (таблица Б.2): Таблица Б.2 - Условия калибровки Наименование параметра Требуемый диапазон Температура окружающей среды, °C 15…25 Относительная влажность, % 30…80 Атмосферное давление, кПа 97,3…105,3 8. Подготовка к работе Перед процедурой калибровки ротаметра необходимо выполнить следующие подготовительные работы: 1) Выдержать ротаметр не менее 3 часов в нерабочем состоянии при температуре окружающей среды (20±5) °C; 2) Проверить поплавок, факт его наличия, а также отсутствие заедания поплавка в трубке путем поворота ротаметра; 3) Установить ротаметр в расходомерную установку; 65

4) Проверить вертикальность ротаметра; 5) Проверить герметичность соединений. 6) Ротаметры с электрическим выходным сигналом соединить с вторичным прибором, включить в сеть и выдержать во включенном состоянии в течение времен, указанного в эксплуатационной документации на СИ; 7) ротаметр с пневматическим выходным сигналом следует подключить источник питания сжатым воздухом давлением 0,14 МПа к штуцеру «ВХОД», к штуцеру «ВЫХОД» — образцовый манометр класса точности 0,15. Проверить герметичность мест соединений пневмосистемы мыльной пеной или по падению давления в магистрали, которое не должно изменяться при выдержке в течение не менее 5 мин. Примечание - Средства калибровки и калибруемый ротаметр подготавливают к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации. 9. Проведение калибровки 9.1 Внешний осмотр Внешний вид ротаметра должен соответствовать ГОСТ 13045 или требованиям технической документации: - отсутствие механических повреждений и дефектов; - соответствие комплектности ротаметра требованиям технических документов, цифры и отметки шкалы должны быть четкими; - ЦД шкалы не должна превышать предела допускаемой погрешности ротаметры. 9.2 Опробование Необходимо пропустить поток поверочной среды (воздуха, жидкости), плавно изменяя расход. Эту операцию проводят на номинальных значениях диапазонов измерений калибруемого ротаметра Прибор считается выдержавшим опробование, если поплавок или стрелка двигались без скачков и заеданий. 66

9.3 Определение метрологических характеристик Калибровку ротаметров проводят на оцифрованных отметках шкалы. Действительное значение расхода определяют по 5 раз при прямом и обратном ходах поплавка. Результаты заносятся в таблицу Б.3. Таблица Б.3 - Запись результатов измерений Отме тка Измеренное значение расхода Измеренное значение расхода шкал при прямом ходе, м3/ч при обратном ходе, м3/ч ы n1 𝑥𝑜11 𝑥𝑜12 𝑥𝑜13 𝑥𝑜14 𝑥𝑜15 𝑥𝑘11 𝑥𝑘12 𝑥𝑘13 𝑥𝑘14 𝑥𝑘15 n2 𝑥𝑜21 𝑥𝑜22 𝑥𝑜23 𝑥𝑜24 𝑥𝑜25 𝑥𝑘21 𝑥𝑘22 𝑥𝑘23 𝑥𝑘24 𝑥𝑘25 n3 𝑥𝑜31 𝑥𝑜32 𝑥𝑜33 𝑥𝑜34 𝑥𝑜35 𝑥𝑘31 𝑥𝑘32 𝑥𝑘33 𝑥𝑘34 𝑥𝑘35 … 9.4 Расчет неопределенности измерений Обработку результатов измерений и вычисление неопределенности измерений при калибровке, согласно ГОСТ 34100.3-2017/ISO/IEC Guide 983:2008 «Неопределенность измерения. Часть 3», в общем виде, можно представить в следующей последовательности: - выражают связь между измеряемой величиной 𝑌 и входными величинами 𝑋𝑖 , от которых она зависит; - получают оценку 𝑥𝑖 входной величины 𝑋𝑖 на основе статистического анализа ряда наблюдений, в большинстве случаев эту оценку получают как среднее арифметическое значение n числа измерений; - оценивают стандартную неопределенность 𝑢(𝑥𝑖 ) каждой входной оценки 𝑥𝑖 . 67

Для каждой входной оценки, полученной из статистического анализа ряда наблюдений, получают оценку стандартной неопределенности типа А, либо другим способом - получают оценку стандартной неопределенности типа В; - рассчитывают результат измерения, т.е. находят оценку 𝑦 измеряемой величины, по функциональной зависимости 𝑓 , используя в качестве аргументов 𝑋𝑖 оценки 𝑥𝑖 . - определяют суммарную стандартную неопределенность 𝑢𝑐 (𝑦) результата измерений 𝑦 по стандартным неопределенностям и ковариациям входных оценок; - определяют расширенную неопределенность измеряемой величины 𝑈(𝑌); - представляют результат измерения y вместе с его суммарной стандартной неопределенностью 𝑢𝑐 (𝑦) или расширенной 𝑈 (𝑌). Для этого, при проведении многократных измерений рассчитывают среднее арифметическое значение результатов измерений 𝑥̅𝑖 по формуле 1: 𝑥̅𝑖 = 1 𝑛𝑖 ∑𝑛𝑖=1 𝑥𝑖 , (1) где n - количество выполненных измерений величины 𝑥𝑖 . Вычисляют стандартное отклонение измеряемой i-ой входной величины, по формуле 2: 1 ∑𝑛 (𝑥 − 𝑥̅𝑖 )2 𝑆=√ (𝑛 −1) 𝑖=1 𝑖 (2) 𝑖 где 𝑛𝑖 - количество выполненных измерений величины 𝑥𝑖 . Вычисляют стандартную неопределенность измерения типа А по формуле 3: 𝑢𝐴 (𝑥𝑖 ) = 𝑆 (3) √𝑛 Рассчитывают интервал неопределенности, соответствующий уровню доверия 0,95 в предположении нормального результатов измерений по формуле 4: 68 закона распределения

𝜀𝑘 = 2𝑠 (4) где границы этого интервала ( −𝜀𝑖 ; +𝜀𝑖 ), в пределах которого возможные значения стандартной неопределенности (формулы 6, 7): 𝑢𝑚𝑖𝑛 = 𝑢𝑖 (𝑥𝑖 ) − 𝜀𝑖 (6) 𝑢𝑚𝑎𝑥 = 𝑢𝑖 (𝑥𝑖 ) + 𝜀𝑖 (7) В соответствии с этим проверяют, что все результаты измерений не выходят за границы это интервала. Вычисляют вклад неопределенности 𝑢(𝑥𝑖 ) входной величины в неопределенность 𝑢𝑖 (𝑦) измеряемой величины как произведение 𝑐𝑖 коэффициента чувствительности на неопределенность входной величины по формуле 8: 𝑢𝑖 (𝑦) = 𝑐𝑖 ∗ 𝑢(𝑥𝑖 ) (8) При прямых измерениях все коэффициенты чувствительности равны 1. Для измерения определения находим следующей составляющей максимальное значение неопределенности основной абсолютной погрешности эталона (формула 9). △э = ± где 𝛿э – основная абсолютная 𝛿э ∗𝑄𝑖 100 , (9) погрешность эталона, 𝑄𝑖 - расход, соответствующий определенной точке шкалы. Стандартная неопределенность для основной абсолютной погрешности (α – для равномерного закона распределения равно √3 ) вычисляется по формуле 10: △ 𝑢э = . 𝛼 (10) Вычисление суммарной неопределенности измеряемой величины 𝑢𝑐 (𝑦) находят по формуле 11: 𝑢𝑐 (𝑦) = √∑ 𝑢𝑖2 (11) где ∑ 𝑢𝑖2 – сумма всех вкладов неопределенности измерений возведенные в квадрат. 69

Расширенную неопределенность результата измерений получают путем умножения неопределенности выходной величины (суммарной стандартной неопределенности) на коэффициент охвата (формула 12): 𝑈𝑝𝑖 = 𝑘 ∗ 𝑢𝑐 (𝑦) (12) где 𝑘- коэффициент охвата для нормального распределения, равный 2 для уровня доверия p=0,95. 9.5 Составление бюджета неопределенности Все полученные результаты измерений представляют в виде бюджета неопределенности (таблица Б.4). Бюджет включает в себя список всех входных величин, их оценок вместе с приписанными им стандартными неопределенностями измерения, коэффициентами числами степеней свободы. Условные обозначения: 𝑋𝑖 – входная величина; 𝑥𝑖 - оценка входной величины; 𝑢(𝑥𝑖 ) - стандартная неопределенность; 𝑐𝑖 – коэффициент чувствительности; 𝑢𝑖 (𝑦) – вклад неопределенности; 𝑌 – выходная величина; 𝑦 – оценка выходной величины; 𝑢(𝑦) – стандартная суммарная неопределенность; 𝜈𝑒𝑓𝑓 – эффективное число степеней свободы 70 чувствительности и

Таблица Б.4 - Схема бюджета неопределенности Вход. величина Число 𝑥𝑖 степеней 𝑢(𝑥𝑖 ) Распределение вероятностей свободы 𝑋𝑖 входной 𝑐𝑖 𝑢𝑖 (𝑦) величины 𝑋1 𝑥1 𝑢(𝑥1 ) 𝑛𝑖 − 1 (∞) Закон 𝑐1 𝑢1 (𝑦) 𝑋2 𝑥2 𝑢(𝑥2 ) 𝑛𝑖 − 1 (∞) Закон 𝑐2 𝑢2 (𝑦) … … … … … … … 𝑋𝑛 𝑥𝑛 𝑢(𝑥𝑛 ) 𝑛𝑛 − 1 (∞) Закон 𝑐𝑛 𝑢𝑛 (𝑦) Оценка 𝑢 (𝑦) Эф. число Уровень Коэф. Расш. ст.св. доверия охвата неопред. 𝑦 𝑢𝑐 (𝑦) 𝜈𝑒𝑓𝑓 𝑝 = 0,95 𝑘 𝑈 Вых. величина 𝑌 Значение чисел степеней стандартных неопределенностей входных величин представлены в таблице Б.5. Таблица Б.5 - Значение чисел степеней стандартных неопределенностей входных величин Стандартная неопределённость входной величины Типа А, для 𝑛 измерений 𝜈𝑖 𝑛−1 Типа В, СКО однократных измерений, определенное по ранее проведенным 𝑛 измерениям 𝑛−1 Типа В, вычисленная через границы, приведенные без указания уровня доверия, например, пределы ∞ допускаемой погрешности СИ Типа В, вычисленная через расширенную неопределенность 𝑈 и коэффициент охвата, равный коэффициенту Стьюдента для эффективного числа 71 𝜈𝑒𝑓𝑓

степеней свободы 𝜈𝑒𝑓𝑓 и вероятности 0,95 10. Оформление результатов измерений Результаты калибровки заносятся в протокол по форме, приведенной в приложении Б.1. После заполнения протокола калибровки на ротаметр выдается сертификат о калибровке, который включает в себя все величины, проверяемые в процессе калибровке. Полный результат измерений включает в себя оценку измеряемой величины и приписанное ей значение расширенной неопределенности с указанием уровня доверия: 𝑌 = 𝑥̅𝑖 ± 𝑈𝑝 = 0,95 При записи результата следует (11) придерживаться следующих рекомендаций: - значение расширенной неопределенности указывается не более, чем с двумя значащими цифрами; - измеренное значение должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и округленная расширенная неопределенность. Например, если Q = 1,897456 м3/ч с расширенной неопределенностью U = ±0,0385 м3/ч, то результат следует записать как Q = 1,8974±0,0385 м3/ч. В общем случае, на практике объем информации, необходимый для представления результата измерений, зависит от его предполагаемого использования, однако общий принцип остается неизменным: лучше, чтобы объем информации был избыточным, чем недостаточным. 72

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.1 Наименование организации, проводившая калибровку, св-во о регистрации в РСК, адрес организации Ротаметры. Методика калибровки МК. ФБУ "Тест - С.-Петербург", 2020 г. ГОСТ Р 54500.3-2011/Руководство ИСО/МЭК 98-3:2008 "Неопределённость измерения", ВНИИМ, 2011 г. Всего листов: 1 Лист: 1 ПРОТОКОЛ № от калибровки зав.№ изготовитель год выпуска принадлежащего Условия калибровки Наименование параметра Требования НД Измеренные значения Температура окружающей среды, °С Относительная влажность воздуха, % Атмосферное давление, кПа Температура калибруемой среды, °С Калибровочная среда – Наименование, тип, заводской номер Метрологические характеристики Результаты измерений 1. Внешний осмотр: 2. Опробование: 3. Определение метрологических характеристик (указывается таблица с результатами измерений и вычислений). 4. Результаты калибровки (создается таблица итоговых данных). Заключение На основании результатов калибровки СИ был выдан сертификат о калибровке от Поверитель (ФИО) 73

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв