СЛИЧЕНИЯ: ПРОБЫ, ОШИБКИ И НОВЫЕ ВОПРОСЫ

А. В. Чигинев, ОАО «ТЕВИС», г. Тольятти

Проведение сличений расходомерных стендов является необходимой составной частью работы по обеспечению точности коммерческих измерений расхода теплоносителя и воды. Процесс сличений весьма трудоемок — и в части выполнения экспериментов, и в процессе обработки полученных результатов. Кроме того, специфика выполнения измерений на проливном стенде накладывает ряд ограничений на возможность проведения испытаний и обработки полученных данных в соответствии существующими методиками, например [1]. Все это приводит к тому, что на этапе разработки программы сличений необходимо очень тщательно обдумывать и формулировать все нюансы и выполнения измерений, и последующей обработки данных. О некоторых деталях этого процесса было изложено в [2] и [3]. Здесь мы обсудим новые моменты, которые проявились в очередной серии сличений.

В этот раз в сличениях участвовали четыре, в том числе уже известные по предыдущим публикациям расходомерных стенда – сличаемые средства поверки (ССП):

№1 — стенд ЗАО «Теплоком», метод измерения — массовый, δ = 0,05%,
№2 — стенд ОАО ТЕВИС, метод измерения — массовый, δ = 0,15%,
№3 — стенд ЗАО «Лидер», метод измерения — массовый, δ = 0,15%,
№4 — стенд ОАО ТЕВИС, метод измерения — объемный, δ = 0,25%.

В качестве контрольных средств (КС) были выбраны два одинаковых электромагнитных расходомера ПРЭМ-3 Ду=32 мм, один из которых в соответствии с выводами, сделанными в [3], до начала испытаний был собран в единый модуль с прямыми участками большой длины (>10Ду) и проходил все испытания без разборки в этом виде. Второй расходомер «работал» без какого-либо дополнительного «навесного» оборудования.

При испытаниях оба расходомера устанавливались на один измерительный участок стенда и проливались синхронно. Испытания производились в пяти точках расхода в диапазоне от 10% до 50% Q_max КС. В каждой точке производилась серия из девяти измерений. Перед обработкой результатов из каждой серии исключались максимальное и минимальное значение. Обработка данных, полученных после исключения непредставительных значений, велась в соответствии с [1]. При этом решалась задача контроля погрешности измерений при поверке (п.1.6 [1]).

Результаты первичной обработки полученных данных в соответствии с разделом 3 [1] представлены в графическом виде ниже.

Сначала несколько слов о величине среднего квадратического отклонения, вычисленного в соответствии п.3.5.1 [1]. Большинство полученных значений этой величины меньше или равно основной погрешности ССП, поэтому мы не будем останавливаться на них.

Рис. 1. СКО для КС без предварительно собранных участков.

Рис. 2. СКО для КС с предварительно собранными участками.

Точки, соответствующие расходам 6,9 и 10,2 м³/ч для ССП №3 примерно одинаково велики для обоих контролируемых средств, а значит, наиболее вероятно, что КС не являются причиной подобных «выбросов». При тщательном рассмотрении результатов оказалось, что все дело в способе математической обработки, изложенной в [1], где значения многозначной меры — ССП в одной серии измерений считаются абсолютно равными друг другу. Для нашего случая, когда многозначной мерой является расходомерный стенд, а контролируемым параметром — расход, этого не будет никогда. И мы считаем, что одним из способов минимизировать влияние этого фактора является принятие специальных мер для того, чтобы различия в величинах задаваемого стендом расхода в одной серии измерений не превышали основную погрешность самого стенда. Мы не учли этот момент в программе испытаний, и будем надеяться, что не забудем сделать этого в следующий раз.

Под изложенные выше выводы не попадает только сравнительно большое значение СКО, полученное в точке 3 м³/ч для ССП №3. В принципе оно существенно меньше основной погрешности КС, поэтому никаких вопросов в части достоверности результатов здесь не существует. Обратить или нет внимание на данный факт — решение принимает владелец ССП.

Рис. 3. Систематическая погрешность для КС без участков.

На рис. 3 представлены полученные в результате обработки данные о систематической погрешности для КС без предварительно установленных прямых участков. Здесь мы видим хорошее совпадение результатов между всеми ССП в диапазоне расходов от 4,5 до 15 м³/ч и между ССП №2, №3 и №4 во всем исследованном диапазоне. Отклонение результата ССП №1 в точке 3 м³/ч может быть вызвано, например, неточностью установки расходомера на измерительном участке.

Систематическая погрешность для КС с предварительно собранными участками, изображена на рис. 4. Видно, что результаты испытаний на ССП №3 и №4 соответствуют друг другу, а результаты стендов №1 и №2 имеют существенные отклонения. В данном случае наиболее вероятно, что третий и четвертый стенды показали правильный результат, а разобраться в причинах отклонений у первого и второго — задача их владельцев.

На обоих последних графиках в виде Y-погрешностей изображены интервалы, которые ухудшают точность выполненных измерений из-за величины веса импульса выходного сигнала КС. Видно, что для отдельных серий измерений эти интервалы весьма значительны. Мы считаем, что они не должны превышать паспортную погрешность сличаемых ССП. Этот момент также не был учтен в программе испытаний, что, на наш взгляд значительно ухудшило качество полученных результатов.

Рис. 4. Систематическая погрешность для КС с участками.

Окончательная обработка результатов по МИ 2236-92 не производилась, так как из-за описанных выше недочетов дальнейшая математическая обработка данных вряд ли имеет смысл.

Итак, теперь по большому счету в очередной раз следует делать работу над ошибками. В чем же они заключаются?

Во-первых, следует более жестко формулировать требования к проведению испытаний в программе сличений, так как любой упущенный нюанс может не только значительно ухудшить полученные результаты, но и свести на нет всю работу, на которую затрачено немало ресурсов. К нашим упущениям в этой части следует отнести большой разброс показаний контрольной меры в некоторых сериях испытаний и недопустимо большой вес импульса выходного сигнала КС (либо малое количество импульсов в отдельных сериях).

Во-вторых, математическая обработка данных, изложенная в [1], должна быть тщательно проанализирована до проведения испытаний в связи со спецификой результатов, получаемых на расходомерных стендах. В результате либо должны быть сформулированы дополнительные условия в программу проведения испытаний, либо предложены корректные изменения способов математической обработки результатов.

В то же время, нельзя не отметить положительные стороны проведенной работы:

Были получены очень хорошие совпадения результатов измерений на ССП, в том числе и на принципиально различающихся по способу измерения.
Подтверждено предположение, что для сличений расходомерных стендов в качестве КС лучше использовать электронные расходомеры, которые обладают большей долговременной стабильностью характеристик, благодаря чему результаты проводимых испытаний имеют более ясную и четкую интерпретацию. Пойдем дальше и предположим, что предпочтительно использование при сличениях в качестве КС расходомеров более высокого класса точности, например 0,5% или 0,25%.

Насколько трудоемок процесс сличений, и какова доля выполненных работ по отношению к объему полного сличения наших стендов, наглядно представлено на диаграмме рис. 5. Диапазон, в котором в этот раз проведены сличения, перекрывает лишь малую часть рабочих диапазонов всех четырех ССП.

Рис. 5. Рабочие диапазоны ССП и диапазон проведенных сличений.

На наш взгляд работа по сличениям образцового лабораторного оборудования и, в первую очередь, расходомерных стендов должна быть постоянной и планомерной, то есть стать процессом, а не событием. Добровольное участие в ней всех, кто заинтересован в повышении точности коммерческих измерений – настоящая гарантия действительного улучшения качества отечественных приборов. А это необходимо нам всем.

ЛИТЕРАТУРА

РЕКОМЕНДАЦИЯ МИ 2236-92. Средства поверки одинакового уровня точности. Правила выполнения контроля методом межлабораторных сличений. НПО «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», С-Пб., 1992
Каханков А. Е., Чигинев А. В. Обработка результатов сличения расходомерных стендов по РЕКОМЕНДАЦИИ МИ 2236-92. Материалы 23-й конференции «Коммерческий учет энергоносителей», СПб, 2006
Каханков А. Е., Чигинев А. В. И еще раз о прямых участках. Материалы 24-й конференции «Коммерческий учет энергоносителей», СПб, 2006