ЕСТЕСТВЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАСХОДА ВОДЫ,
НАКЛАДЫВАЕМЫЕ МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЙ
А. А. Минаков, ген. директор ЗАО «ПромСервис», г. Димитровград
Создавая некоммерческое партнерство «Метрология энергосбережения», учредители с первого момента позиционировали его как организацию добросовестных отечественных производителей приборов учета. Добросовестность подразумевает, в первую очередь, соответствие декларируемых показателей качества приборов их реальным характеристикам.
В принятой Хартии отечественных производителей записано, что члены НП принимают на себя следующие обязательства:
- интересы своего бизнеса не должны противоречить интересам граждан РФ и государства Российского;
- производить приборы, позволяющие совершать гражданам и юридическим лицам РФ сделки купли-продажи товара на основе объективных данных;
- осуществлять конкурентную борьбу в цивилизованных формах.
Наряду с другими обязательствами Хартии, вышеперечисленные непосредственным образом требуют соблюдения принципа добросовестности.
В данной статье речь идет об одном из видов приборов учета — приборах учета расхода и (или) объема воды. Эти приборы, помимо своего непосредственного назначения (учет воды), являются также основой для систем учета тепла. Для того, чтобы оценить значение этих приборов для экономики страны, достаточно отметить, что рынок воды и тепла в РФ сравним с рынком электроэнергии и измеряется многими сотнями миллиардов рублей. К сожалению, до сих пор этот рынок нельзя назвать цивилизованным, т.к. сегодня не обеспечивается главное требование цивилизованного рынка — объективная информация о качестве и количестве продаваемого товара.
При решении задачи создания цивилизованного рынка воды и тепла необходимо рассмотреть много аспектов, одним из главных является юридический, т.е. создание надлежащей законодательной базы. Но реализация этих законов возможна только при наличии средств учета, позволяющих объективно определять количество и качество продаваемого (покупаемого) товара. А это уже задачи для производителей.
Одними из основных показателей качества измерительных приборов являются их метрологические характеристики. Для приборов измерения расхода воды — это точность, динамический диапазон, межповерочный интервал. Причем все три показателя взаимосвязаны.
Получить высокую точность в узком динамическом диапазоне и сохранить ее короткое время значительно проще, чем в широком диапазоне и на длительный срок. Потребителю хочется, конечно, чтобы присутствовали и высокая точность, и широкий диапазон измерений, и межповерочный интервал был бы как можно длиннее, да еще, чтобы и дешево. Желание Потребителя понятно и мы, производители приборов, исходя из своего желания угодить Потребителю, и, значит, продать больше своей продукции, начинаем гонку за показателями. Работаем над конструкцией, повышаем качество изделий, улучшаем метрологические характеристики. Это естественный процесс, который объективно должен работать на пользу Потребителя, если бы мы не вносили в него субъективный фактор — желание получить конкурентное преимущество за счет декларирования максимально высоких метрологических характеристик. Причем речь обычно идет одновременно обо всех характеристиках, да еще и в сочетании со стоимостью. В этой гонке зачастую мы выходим за пределы разумного, забывая о том, что улучшение одной характеристики может привести к ухудшению другой, забывая о физических процессах, происходящих в реальных условиях, забывая, наконец, о том, что у каждого метода измерения есть свои, естественные ограничения, преодолеть которые не под силу даже при идеальном качестве продукции.
Поэтому в данной статье рассматриваются естественные (т.е. обоснованные законами природы) ограничения метрологических характеристик, свойственные каждому типу приборов (или методу измерения), выйти за которые невозможно, как бы ни хотелось Производителям. По каждому из типов приборов приводятся метрологические характеристики, декларируемые производителями, причем не каждая из характеристик в отдельности, а их совокупность. Анализируются процессы, влияющие на эти характеристики на основе информации, имеющейся у предприятий, входящих в НП. При этом не рассматриваются сами конкретные производители, особенности конструкций, показатели технической надежности.
Рассматриваются приборы, основанные на следующих методах измерений:
- тахометрический;
- электромагнитный;
- ультразвуковой;
- вихревой.
Именно на этих методах работают подавляющее большинство (более 95%) приборов коммерческого учета воды и тепла. Все остальные типы приборов тоже имеют свои естественные ограничения, но не рассматриваются из-за малого влияния на рынок учета воды и тепла. Не затрагиваются также образцовые средства измерения, которые работают в особых условиях и не имеют непосредственного отношения к коммерческому учету.
I. Тахометрический
Самый массовый по количеству тип приборов.
Имеют динамический диапазон до 1:100
Относительная погрешность — до 1%
Межповерочный интервал — до 5 лет.
Опыт эксплуатации этих приборов показывает, что динамический диапазон и точность измерений полностью соответствуют декларируемым в течении межповерочного интервала только в идеальных условиях. Реальное качество воды в трубопроводах резко снижает межповерочный интервал. Поэтому представляется целесообразным ограничение межповерочного интервала тахометрических расходомеров воды сроком 1 год, при сохранении остальных метрологических характеристик.
II. Электромагнитный (индукционный)
В данном случае рассматривается метод, основанный на измерении величины (амплитуда) э.д.с., возникающей при движении проводника (воды) в магнитном поле.
Относительная погрешность — до 1 %
Динамический диапазон — до 1:2000
Межповерочный интервал — до 4-х лет.
Еще несколько лет назад производители электромагнитных приборов учета воды, декларируя ту же точность измерений, что и сегодня, вносили в описание типа приборов динамический диапазон 1:50, в лучшем случае 1:100, а межповерочный интервал устанавливался 1 – 2 года.
Физические особенности прибора (полнопроходное сечение, однозначная зависимость сигнала от расхода), развитие электроники позволили получить в условиях стенда феноменальные метрологические характеристики. Можно уверенно говорить о том, что существуют приборы, имеющие относительную погрешность 0,5% в диапазоне до 1:500, 1% в диапазоне 1:1000 (поступала информация и о 1:2000), а погрешность 2% достигалась и в диапазоне более чем 1:2000. При этом, благодаря повышению чувствительности электронной части прибора минимальное измеряемое значение расхода приближается к нулю. Но..., все это успешно достигается только в условиях стенда.
Значение амплитуды сигнала (э.д.с.), являющейся функцией интеграла скорости потока по сечению трубы, очень зависит от большого числа факторов. Не все эти факторы возможно учесть самой совершенной электроникой, что приводит к изменению метрологических характеристик в процессе эксплуатации. Реальные условия эксплуатации требуют сохранения точности измерения в заявленном диапазоне не менее 1 года. Анализ изменения этих характеристик показывает, что относительная погрешность 1% в течение 1 года сохраняется в лучшем случае в диапазоне 1:200, да и это значение нуждается в уточнении. При увеличении межповерочного интервала более 1 года, указанная точность обычно не сохраняется во всем динамическом диапазоне из-за наличия шунтирующих отложений на внутренней поверхности трубы.
III. Ультразвуковой
Существует много методов измерения расхода жидкости на основе измерения параметров ультразвукового луча, проходящего через измеряемую среду. Измеряются либо некоторые частотные характеристики сигнала (фазовый или частотный сдвиг), либо время задержки. Все они рассматриваются как различные варианты одного (ультразвукового) метода. Не рассматриваются ультразвуковые корреляционные, как принадлежащие к отдельному (корреляционному) методу.
Динамический диапазон — до 1:200
Относительная погрешность — до 1 %
Межповерочный интервал — до 4-х лет.
Измерение частотных или временных характеристик сигнала менее чувствительно к возможным изменениям условий измерений. На эти характеристики может влиять уменьшение амплитуды сигнала, вызванное появлением газовой фазы или твердых примесей, носящее случайный характер и зафиксированное в виде «пропуска» сигнала, но данные изменения должны рассматриваться как неисправность, а не как изменение метрологических характеристик. В ряде случаев «зарастание» примесями датчика приводит к снижению амплитуды сигнала, вплоть до его исчезновения, но это также не является изменением метрологических характеристик. Поэтому декларируемые производителями точность и динамический диапазон обычно сохраняются в течение всего периода измерений и, естественно, в межповерочном интервале времени.
IV. Вихревой
Подразумевается любой расходомер, принцип действия которого основан на измерении частоты прохождения вихрей, созданных искусственным телом обтекания (вихреобразователь) через точку (сечение) измерения, кроме вихревых корреляционных. Используются самые разные принципы съема сигнала (акустический, пьезо-, электромагнитный и т.п.), но всё это один тип — вихревой.
Динамический диапазон — до 1:100
Относительная погрешность — до 1%
Межповерочный интервал — до 4-х лет.
Вихревой принцип измерения подразумевает, что минимальный измеряемый расход определяется скоростью, при которой начинается устойчивое вихреобразование, а максимальное значение — скоростью, при которой это устойчивое вихреобразование заканчивается. Процесс вихреобразования зависит от характеристик жидкости (плотность, вязкость) и от скорости жидкости. В свою очередь, плотность и особенно вязкость зависят от температуры. Устойчивость вихреобразования определяет точность измерения и, одновременно, диапазон, в котором эта точность выдерживается. Форма и размеры тела обтекания, расстояние от тела обтекания до точки съема сигнала — это параметры, определяющие точность и динамический диапазон измерения...
Все эти факторы приводят к тому, что при относительной погрешности 1 % динамический диапазон измерения может достигать 1:50 без учета зависимости свойств жидкости от температуры и 1:100 с учетом этой зависимости. Вышеперечисленные геометрические параметры датчиков расхода не изменяются с течением времени, поэтому метрологические характеристики этих приборов остаются неизменными в течение межповерочного интервала.
Заключение
Метрологические характеристики приборов учета воды нельзя рассматривать изолированно из-за их взаимного влияния. Необходимо при подготовке документов на утверждение типа и при их утверждении учитывать это влияние. Взаимное влияние метрологических характеристик обусловлено, в первую очередь, реальными условиями эксплуатации, что выражается в зависимости точности и диапазона измерений от времени эксплуатации, а, следовательно, от межповерочного интервала.
Эта зависимость отличается для различных типов приборов, что необходимо учитывать как в испытаниях на подтверждение типа, так и в окончательно утверждаемых в описании типа метрологических характеристиках. Для уточнения реальных предельных значений метрологических характеристик различных типов приборов необходимы дальнейшие исследования взаимного влияния метрологических характеристик.
Эти исследования могут быть выполнены в рамках Некоммерческого Партнерства «Метрология Энергосбережения» при методическом руководстве Госстандарта РФ и должны быть завершены подготовкой нормативного акта, определяющего естественные ограничения метрологических характеристик.