XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Из физики известно, что объём (V), давление (Р) и температура (Т) относятся к макроскопическим параметрам состояния газа. Параметры состояния газа представляют собой зависимые друг от друга физические величины, которые характеризуют состояние некоторой массы газообразного вещества.

При учете газа кроме объёма контролируют и объёмный расход. Причем, при измерении применяют аттестованные методики измерений. В частности, в ГОСТ Р 8.740-2011 «ГСИ. Расход и количество газа. Методика измерений с помощью турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков» [1], регламентирующем методику измерений объемного расхода и объема, приведенных к стандартным условиям, природного, нефтяных товарных и других однокомпонентных и многокомпонентных газов с помощью турбинных, роторных (ротационных) и вихревых расходомеров и счетчиков газа, к параметрам потока и среды отнесены «объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям», под которым понимают «объемный расход газа, определенный путем пересчета объема газа при рабочих условиях, протекающего через первичный преобразователь в единицу времени, к стандартным условиям» (ГОСТ Р 8.740-2011, т.3.4.1).

Изменение состояния газа является термодинамическим процессом. В любом термодинамическом процессе изменяются параметры газа, определяющие его состояние.

В свою очередь, к параметрам состояния газа (т.е. к величинам, характеризующим состояние газа) в ГОСТ Р 8.740-2011 отнесены давление и температура газа. Кроме этого, к параметрам состояния газа также относятся его физико-химические свойства (плотность газа при стандартных условиях, содержание азота и диоксида углерода). Под давлением следует понимать абсолютное, под температурой – термодинамическую.

Измерение объема и объёмного расхода газа имеет большое значение в различных областях, таких как промышленность, научные исследования, медицина и других. Учет этих параметров необходим с целью обеспечения безопасности, поскольку правильный учет объема газа важен для исключения последствий от недостоверных результатов измерений. Кроме этого нарушение методик измерения объема газа может привести к авариям, взрывам или другим опасным ситуациям.

Рассматриваемый вид измерений находится в сфере регулирования единства измерений, поэтому согласно ФЗ № 102 «Об обеспечении единства измерений» такие измерения «должны выполняться по первичным референтным методикам (методам) измерений, референтным методикам (методам) измерений и другим аттестованным методикам (методам) измерений с применением средств измерений утвержденного типа, прошедших поверку. Результаты измерений должны быть выражены в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации» [2]. При этом важно не только выполнить измерения (получить результат), но и оценить его точность и достоверность.

Для количественной характеристики точности измерений в настоящее время наряду с погрешностью применяют неопределенность. Актуальность оценки неопределенности измерений приобретает все большее значение в различных областях метрологической деятельности. Применение концепции неопределенности (погрешности) в метрологии и других областях достаточно подробно изложено как в учебно-методической литературе (например, разработанной на кафедре метрологии, стандартизации и сертификации (МСиС) Оренбургского государственного университета (ОГУ) [3], так и регламентировано в ряде нормативных документов (ГОСТ Р ИСО 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий», ГОСТ 34100.3 2017/ISO/IEC Guide98 3:2008 «Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения и др.).

Согласно ГОСТ 34100.3 2017/ISO/IEC Guide98 3:2008 «стандартная неопределенность представляет собой неопределенность результата измерения, выраженная в виде стандартного отклонения (т.2.3.1)».

«Расширенная неопределенность  это величина, определяющая интервал вокруг результата измерений, в пределах которого, как можно ожидать, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могли быть приписаны измеряемой величине (т.2.3.5)» [4].

При выполнении практических работ по дисциплине «Прикладная метрология» на кафедре МСиС на начальном этапе нами расчета был проведен анализ причин и источников возникновения неопределенностей измерений, который выполнен с применением Диаграммы Исикавы (рисунок 1).

Измерения объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, выполняли косвенным методом динамических измерений, основанным на измерении объемного расхода и объема газа при рабочих условиях и их приведении к стандартным условиям с помощью средства обработки результатов измерений.

Рисунок 1 – Причинно-следственная диаграмма (Диаграмма Исикавы) анализа причин возникновения неопределенностей результатов измерений объёма газа

В качестве примера предполагалось, что измерения проводились с применением узла измерений объемного расхода и объема газа (УИ). В соответствии с ГОСТ Р 8.740-2011 – это «совокупность средств измерений и обработки результатов измерений, измерительных трубопроводов, вспомогательных и дополнительных устройств, которые предназначены для измерения, регистрации результатов измерений и расчетов объема газа, приведенного к стандартным условиям» [1].

Согласно выданному заданию: по метрологическим характеристикам СИ (представлены в таблице 1) и диапазонам измерений параметров измеряемой и окружающей среды (таблица 2) в первую очередь необходимо было выполнить расчет относительной стандартной неопределенности и расширенной неопределенности по каждому компоненту измерительной цепи с учетом влияния внешних факторов.

На заключительном этапе проведена оценка соответствия («допуск/не допуск») полученных результатов. На этом этапе относительные расширенные неопределенности измерений (при коэффициенте охвата 2) в зависимости от уровня точности измерений, сравнивались с допускаемыми, т.к. они не должны превышать значений, регламентированных в ГОСТ Р 8.740-2011 (п.9, таблица 7) [1]. Результаты вычислений представлены в таблице 3.

Таблица 1 – Метрологические характеристики средств измерений

Таблица 2 –Диапазон изменений параметров измеряемой и окружающей среды

Таблица 3 – Результаты вычислений

Для выполнения расчета относительной расширенной неопределенности измерения объемного расхода и объема газа приведенных к стандартным условиям, с учетом сложности алгоритма оценки неопределенности измерений наметилась тенденция разработки средств автоматизации этой процедуры. Применение программных комплексов позволяет не только сократить временные затраты, но и повысить точность расчета. Так, программный комплекс (ПК) «Flow-MI» предназначен для выполнения автоматизированного расчета метрологических характеристик при выполнении измерений на узлах измерений, измерительных комплексах, системах измерений количества энергоресурсов в соответствии с алгоритмами национальных стандартов РФ.

Работа с ПК «Flow-MI», как отмечено в Руководстве оператора, «построена на интуитивно понятном и доступном интерфейсе и не требует от оператора специальных знаний или прохождения обучения. Работа с ПК заключается в корректном вводе исходных данных в поля программы в соответствии с их назначением. Все поля идентифицированы (имеют подписи), переключение режимов отображается изменением панелей на соответствующих вкладках. Выполнение расчетов сопровождается выводом подсказок (пояснений) и указанием на ошибочно введенные данные» [5].

Список литературы

1. ГОСТ Р 8.740-2011 ГСИ. Расход и количество газа. Методика измерений с помощью турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков»  Введ. 2013 – 01 – 01. – М.: Стандартинформ, 2012. – 62 с.

2. Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_77904/ – 05.02.2024 г.

3. Третьяк Л.Н. Основы теории и практики обработки экспериментальных данных: учебное пособие для бакалавриата и магистратуры / Л. Н. Третьяк, А. Л. Воробьев; под общ. ред. Л. Н. Третьяк. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во Юрайт, 2017. – 217 с. (Серия: Университеты России).

4. ГОСТ 34100.3 2017/ISO/IEC Guide98 3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения Введ. 2018 – 09 – 01. – М.: Стандартинформ, 2018. – 104 с.

5. Программный комплекс «Flow-MI». Руководство оператора. RU.64830259.00001-01 34 01. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://omcstp.ru/pc-flow-mi.html/ – 05.02.2024 г.