ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ (ВНИИМС)

ГСИ
Типовая программа и методика метрологической аттестации системы
учета расхода тепла и теплоносителей класса АСУРТ
Общие положения

МИ 2234-93

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

Разработана и внесена МИ ЛОГОС-1, ВНИИМС

ИСПОЛНИТЕЛИ:

И.М. Шенброт, д.т.н.

Б.М. Беляев, к.т.н.

В.В. Новиков

УТВЕРЖДЕНА ВНИИМС

ЗАРЕГИСТРИРОВАНА ВНИИМС

ВНЕСЕНА ВПЕРВЫЕ

ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Настоящая рекомендация устанавливает программу и методику метрологической аттестации автоматизированных систем учета расхода тепла и теплоносителей (далее - АСУРТ), предназначенных для коммерческого учета расхода тепловой энергии и теплоносителей между поставщиком и потребителем.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ

1.1. Определение метрологических характеристик измерительных каналов (в дальнейшем ИК) и установление их соответствия требованиям технического задания на систему.

1.2. Установление требований к метрологическому контролю за ИК.

2. РАССМОТРЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

2.1. При метрологической аттестации (в дальнейшем МА) представляется следующая техническая документация:

2.1.1. Техническое задание на систему АСУРТ.

2.1.2. Пояснительная записка на систему АСУРТ.

2.1.3. Таблицы соединений и принципиальные схемы.

2.1.4. Акт о готовности системы к проведению МА.

2.1.5. Проект программы метрологической аттестации.

2.1.6. Инструкции по эксплуатации средств измерений, входящих в состав системы.

2.1.7. Свидетельства поверок средств измерений, входящих в состав системы.

3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ КАНАЛАМ

3.1. Метрологической аттестации подлежат ИК, перечисленные в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

3.2. Структурная схема ИК приведена на рис. 1.

3.3. Значения измеряемых расходов теплоносителей (пара и воды) вычисляются по методике (1). Значения измеряемых расходов тепла вычисляются в устройстве сбора данных Е443 по формулам, приведенным в (2).

3.4. Точность ИК характеризуется нижней и верхней границей допускаемой основной погрешности при доверительной вероятности Рд = 0,95. При необходимости уточнения метрологических характеристик устройства сбора данных Е443 допускается метрологическая аттестация конкретного устройства путем его экспериментального исследования по разделу 4.

Рис. 1

ДФ - диафрагма в трубопроводе;

ПРДТ - преобразователь давления в электрический сигнал;

ПРНТ - преобразователь напряжения низкого уровня;

ПРПТ - преобразователь перепада давления в электрический сигнал;

ПТР - термоэлектрический преобразователь (термопара или термометр сопротивления);

ПЭВМ - персональная ЭВМ;

СИ - счетчик импульсов СИ;

УСД - устройство сбора данных Е443.

3.5. Поскольку все компоненты системы метрологически аттестованы, погрешность ИК оценивается расчетным методом.

3.6. Пределы изменения технологических переменных, по измерению которых вычисляется расход тепловой энергии и теплоносителя, указываются по каждому измерительному каналу в методике и программе МА для каждой конкретной реализации системы АСУРТ. Основная измеряемая технологическая переменная - перепад давления, вспомогательные - давление и температура.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА СБОРА ДАННЫХ

4.1. В качестве образцового средства измерений при проведении МА используется источник тока В 1 - 13 с диапазоном 0 - 20 mА, класс точности 0,05.

4.2. Экспериментальным исследованиям предшествуют следующие работы:

4.2.1. Установление объема выборки ИК.

4.2.2. Установление количества исследуемых точек по диапазону изменения каждой технологической переменной, участвующей в измерении расхода тепла и теплоносителя.

4.2.3. Установление исходных данных и условий для определения погрешностей ИК.

4.3. Условия проведения экспериментальных исследований.

4.3.1. Пределы изменения напряжения сети 220 В с предельными отклонениями от -15 до +10 %, частоты сети 50 Гц с предельными отклонениями от -0,5 до +0,5 Гц.

4.3.2. Пределы изменения окружающей температуры: (20 ± 5) °С.

4.4. Исходные предположения для определения погрешностей.

4.4.1. Ожидаемый закон распределения погрешности-нормальный.

4.4.2. Ввиду невозможности воздействия на влияющие величины принимается пассивный подход к их учету: определяется погрешность средства измерения при тех условиях, которые будут иметь место во время исследования, без выделения дополнительной погрешности.

4.5. Экспериментальные исследования выполняются в пяти точках диапазона измерений (30, 40, 50, 70 и 100 % от диапазона изменения) для основной измеряемой переменной - расхода теплоносителя при трех значениях (10, 50 и 100 % от диапазона изменения) вспомогательных измеряемых переменных - давления и температуры.

4.6. Расчет представительной выборки определяется формулой:

(4.1)

где N - общее число ИК;

t - коэффициент Стьюдента, равный t = 1,96 или Рд = 0,95;

в - допускаемая погрешность репрезентативности; принимается в = 0,1.

4.7. За результат измерения принимается среднее арифметическое значений интегрального расхода на выходе УСД за 3 мин.

4.8. Защищенность программы вычисления интегрального расхода в персональной ЭВМ подтверждается проверкой факта закрытого кодирования программы после ее компиляции.

5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОГРЕШНОСТИ

5.1. Расчетам, предусмотренным метрологической аттестацией, предшествуют следующие работы:

5.1.1. Установление количества исследуемых точек по диапазону изменения каждой технологической переменной, участвующей в измерении расхода тепла и теплоносителя.

5.1.2. Установление исходных данных и условий для определения погрешностей ИК.

5.2. Предельные параметры измеряемой среды приведены в табл. 5.1.

5.3. Погрешность измерения расхода теплоносителей определяется по формулам, приведенным в (1).

5.4. Исходные предположения для вычисления погрешностей.

5.4.1. Ожидаемый закон распределения погрешности-нормальный.

Таблица 5.1.

5.4.2. Факторы, определяющие погрешность, независимы.

5.4.3. Погрешность измерения расхода устройством сбора данных Е443 равномерно распределена между тремя каналами устройства, участвующими в измерении расхода.

5.4.4. Цена младшего разряда численного значения расхода, с изменением которого устройство Е443 выдает импульс на счетчик, не менее чем на порядок меньше, чем среднеквадратическое отклонение измеряемого расхода.

5.5. При аттестации систем должна быть определена основная приведенная погрешность. По каждому ПК погрешность определяется для пяти значений расхода теплоносителя (100, 70, 50, 40 и 30 % верхнего предела шкалы измерения) при рабочих значениях абсолютного давления.

5.6. Для систем, где могут ожидаться колебания рабочего давления и температуры, погрешность дополнительно рассчитывается при указанных в п. 5.5 значениях расхода теплоносителя и при отклонениях абсолютного давления (для пара) и температуры (для перегретого пара и воды) +10 % и -15 % от рабочих значений параметров. Если для перегретого пара отклонение давления +10 % или -15 % лежит за пределами состояния перегретого пара, то отклонение принимается соответствующим граничному состоянию перегретого пара.

5.7. Доверительная вероятность определения погрешности равна 0,95.

5.8. Аналитическое представление суммарной погрешности ИК.

5.8.1. Массовый расход пара определяется по формуле:

(5.1)

Здесь для перегретого пара ρ_ov - плотность перегретого пара, равная:

ρov = 1/V,

(5.2)

где удельный объем V перегретого пара в диапазоне давлений от 1,6 до 100 кгс/см² равен:

V = (t + С0)/C1P + A1 + A2t + A3P + A4tP + A5/t2,

(5.3)

где t - температура пара, °C;

P - абсолютное давление пара, кгс/см²;

A₁ - А₅ - коэффициенты, приведенные в табл. 5.2.

С₀ = 273,15; C₁ = 212,45512.

Таблица 5.2.

5.8.2. Суммарная среднеквадратическая относительная основная погрешность ИК расхода перегретого пара равна:

(5.4)

где F₁ = (1/C₁P + A₂)·t + A₄tP - 2A₅/t²;

F₂ = -(t + C₀)/C₁P + A₃P + A₄tP;

Z₀ = (t + C₀)/C₁P + A₁ + A₂t + A₃P + A₄tP + A₅/t²;

C₀ = 273,15;

C₁ = 212,45512.

Значения относительной погрешности коэффициента расхода диафрагмы н определения поправочного множителя на изменение плотности пара вычисляются по методике, изложенной в (1). Значение σ_α зависит от диаметра отверстия диафрагмы d₂₀, внутреннего диаметра трубопровода D₂₀, коэффициента расхода диафрагмы α, динамической вязкости μ газа в рабочих условиях, плотности газа ρ_ном в нормальном состоянии, давления Р измеряемой среды, температуры Т измеряемой среды в градусах Кельвина и коэффициента сжимаемости газа K. Значение σ_ε зависит от поправочного множителя K_ε, погрешности определения показателя адиабаты χ, среднеквадратической относительной погрешности измерения перепада давления σ_ΔP, среднеквадратической относительной погрешности измерения давления σ_Р и значения давления газа Р.

5.8.3. При измерении массового расхода сухого насыщенного пара его плотность ρ определяется как:

ρ = R5P5 + R4P4 + R3P3 + R2P2 + R1P + R0, кг/м3

(5.5)

где R₅ = 1,6585797×10^-7;

R₄ = -1,2976356×10^-5;

R₃ = 4,19181096×10^-4;

R₂ = -6,9431555×10^-3;

R₁ = 0,53823995;

R₀ = 0,0567568.

5.8.4. Суммарная среднеквадратическая относительная основная погрешность ИК расхода сухого насыщенного пара:

(5.6)

где F₃ = 5·R₅·P⁵ + 4·R₄·P⁴ + 3·R₃·P³ + 2·R₂·P² + R₁P;

Z₃ = R₅·P⁵ + R₄·P⁴ + R₃·P³ + R₂·P² + R₁·P + R₀.

5.8.5. Расход тепловой энергии с паром определяется по формуле:

Qv = Gmv·h, кДж/ч

(5.7)

где h - удельная энтальпия пара, кДж/кг.

5.8.6. Для перегретого пара

hov = B1 + B2t + В3Р + B4tP + B5/t2,

(5.8)

где P - абсолютное давление пара, кгс/см²;

t - температура пара, °С.

Коэффициенты В₁ - В₅ выбираются в зависимости от давления пара в соответствии с табл. 5.3.

5.8.7. Суммарная среднеквадратическая относительная основная погрешность ИК расхода тепловой энергии с перегретым паром равна:

(5.9)

где F₄ = В₂ + В₄·P - 2B₅/t³;

F₅ = В₃ + В₄·t.

Таблица 5.3.

5.8.8. При измерении расхода тепловой энергии с сухим насыщенным паром энтальпия вычисляется как:

hsv = М4Р4 + М3Р3 + М2Р2 + M1P + M0, кДж/кг

(5.10)

где М₀ = 2661,85;

М₁ = 26,70949;

М₂ = -2,41924229;

М₃ = 0,10793886;

М₄ = -1,8395287×10^-3.

5.8.9. Суммарная средне квадратическая относительная основная погрешность ИК расхода тепловой энергии с сухим насыщенным паром равна:

(5.11)

5.8.10. Массовый расход воды определяется по формуле:

(5.12)

Здесь плотность воды ρ определяется по формуле:

ρ = 109/(N0 + N1t + N2t2),

(5.13)

где t - температура, °С;

N₀ = 998792,53;

N₁ = 95,33246;

N₂ = 3,4743522.

5.8.11. Суммарная средне квадратическая относительная основная погрешность ИК массового расхода воды равна:

(5.14)

для значений температуры t ≥ 0,01 °С, Z₁ = N₀ + N₁t + N₂t².

5.8.12. Объемный расход воды определяется по формуле:

(5.15)

5.8.13. Суммарная средне квадратическая относительная основная погрешность ИК объемного расхода воды равна:

(5.16)

5.8.14. Расход тепловой энергии с водой определяется по формуле:

Qw = Gmw·hw, кДж/ч

(5.17)

где h_w - удельная энтальпия воды, кДж/кг.

Удельная энтальпия воды вычисляется по формуле:

hw = В1 + B2t + B3t2, кДж/кг

(5.18)

где В₁ - В₃ - коэффициенты, приведенные в табл. 5.4.

5.8.15. Суммарная средне квадратическая относительная основная погрешность ИК расхода тепловой энергии с водой равна:

(5.19)

Таблица 5.4.

5.9. Среднеквадратическая относительная основная погрешность измерения расхода по п. 5.7 вычисляется подстановкой в формулы (5.4), (5.8), (5.10), (5.13), (5.14). (5.17), (5.20), (5.23) следующих значений σ_ΔР, σ_ρ, σ_t.

5.9.1. Средне квадратическая относительная основная погрешность измерения перепада давления:

(5.20)

где. γ_s - предел допускаемой основной погрешности измерительного преобразователя перепада давления;

γ_e - предел допускаемой основной погрешности преобразования входных величин устройства сбора данных Е443;

L_ΔP - диапазон изменения перепада давления.

5.9.2. Среднеквадратическая относительная основная погрешность измерения давления:

(5.21)

где: γ_s - предел допускаемой основной погрешности измерительного преобразователя давления;

L_P - диапазон изменения давления.

5.9.3. Среднеквадратическая относительная основная погрешность измерения температуры:

(5.22)

где: γ_tc - предел допускаемой основной погрешности термоэлектрического преобразователя;

γ_вн - предел допускаемой основной погрешности преобразователя сигнала низкого уровня;

L_t - диапазон изменения температуры.

5.10. Значения основной погрешности компонентов системы γ_s, γ_е и γ_tc берутся либо из паспорта средств измерения, входящих в систему АСУРТ, либо из технических данных средства измерения, содержащихся в заводской документации.

5.11. Относительная погрешность результата измерения расхода тепловой энергии за интервал времени Т определяется как:

(5.23)

где q - цена единицы младшего разряда значения расхода в устройстве сбора данных Е443;

T_s - период измерения расхода;

Q - тепловая энергия, отпущенная (полученная) за интервал Т, кДж.

6. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ

6.1. Форма записи погрешности измерения расхода теплоносителя и тепла при рабочих значениях давления и температуры представлена в табл. 6.1 и 6.2. Форма записи погрешности расхода теплоносителя и тепла при отклонении давления или температуры от рабочего значения представлена в табл. 6.3 - 6.6. Форма записи погрешности расхода теплоносителя и тепла при одновременном отклонении давления и температуры от рабочих значений представлена в табл. 6.7 и 6.8. Если приведенное в табл. 6.3 - 6.8 значение давления или температуры не сопровождается звездочкой ^*, то это означает, что оно составляет 85 % или 110 % от рабочего значения параметра. Звездочка ^* при приведенном в табл. 6.3 - 6.8 значении указывает на то, что отклонение меньше и лежит на границе состояния (согласно п. 5.5).

6.2. Пределом допускаемой погрешности считается максимальное значение погрешности по всем значениям исходных данных.

Таблица 6.1.

Основная погрешность измерения расхода теплоносителя

Таблица 6.2.

Основная погрешность измерения расхода тепловой энергии

Таблица 6.3.

Основная погрешность измерения расхода теплоносителя
при отклонении давления от рабочего значения

Таблица 6.4.

Основная погрешность измерения расхода тепла
при отклонении давления от рабочего значения

Таблица 6.5.

Основная погрешность измерения расхода теплоносителя
при отклонении температуры от рабочего значения

Таблица 6.6.

Основная погрешность измерения расхода тепла
при отклонении температуры от рабочего значения

Таблица 6.7.

Основная погрешность измерения расхода теплоносителя
при отклонениях температуры и давления от рабочих значений
при 100 % (70 %, 50 %, 40 %, 30 %) расхода теплоносителя

Таблица 6.8.

Основная погрешность измерения расхода тепла
при отклонениях температуры и давления от рабочих значений
при 100 % (70 %, 50 %, 40 %, 30 %) расхода теплоносителя

7. ОРГАНИЗАЦИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТ

7.1. Метрологическая аттестация головного образца системы АСУРТ проводится ВНИИМС, аттестация последующих систем проводится территориальными органами Госстандарта.

7.2. По результатам аттестации головного образна системы ВНИИМС направляет в МП ЛОГОС-1 извещение о проведении аттестации головных образцов, утвержденные дополнения и изменения к программе аттестации и утвержденную нормативно-техническую документацию на методику поверки систем.

7.3. При аттестации последующих образцов того же типа в комплект представляемой документации дополнительно должно быть включено извещение ВНИИМС о проведении аттестации головного образца системы, программа метрологической аттестации с утвержденными дополнениями и изменениями, утвержденная нормативно-техническая документация на методику поверки.

7.4. Для вычисления погрешностей автоматизированной системы при аттестации и поверках и оформления их результатов рекомендуется пользоваться стандартной программой ПИРТЭ, аттестованной ВНИИМС в качестве средства вычисления погрешности автоматизированных систем учета тепловой энергии.

7.5. По результатам годичной эксплуатации двух головных систем АСУРТ заново определяется межповерочный интервал.

ЛИТЕРАТУРА

1. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. РД 50-213-80. Госстандарт СССР. М.: Издательство стандартов, 1982.

2. Устройство сбора данных Е443 (Е443М, Е443М1). Техническое описание и инструкция по эксплуатации Д9-Р133-ТО. 1991.

От ВНИИМС к.т.н. Б.М. Беляев, В.В. Новиков.

От МП ЛОГОС-1 д.т.н. И.М. Шенброт.