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) [1]), так и регламентировано в ряде нормативных документов (ГОСТ Р ИСО 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий», Р 50.2.038-2004 «ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений» и др.).
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.
При выполнении практических работ по дисциплинам «Метрологическая экспертиза» и «Прикладная метрология» на кафедре МСиС широко применяется программный комплекс (ПК) «Flow-MI». При выполнении практических заданий по дисциплине «Метрологическая экспертиза» проведена проверка исходных данных и результатов расчёта на соответствие требованиям различным нормативных правовых актов РФ, в частности, на соответствие регламентированным показателям точности. Следует отметить, что применение ПК «Flow-MI» позволяет решать подобные задачи и способствует развитию профессиональной компетенции (ПК 11): «… устанавливать оптимальные нормы точности измерений» и контролю сформированности индикатора достижения «по определению допускаемой погрешности (неопределенности) средств измерений».
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.
Полное описание функций ПК «Flow-MI» представлено в Руководстве оператора RU.64830259.00001-01 34 01. 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» [2].
После загрузки (ПК «Flow-MI» запускается либо с помощью установленного ярлыка, либо с помощью установленного файла «Flow-MI.exe») открывается начальное окно программы, что говорит о возможности начала работы с применением ПК.
Заполнением полей «Характеристика объекта» (рис. 1), «Состав узла измерений (УИ)», «Расчет неопределенностей» назначают методику (метод) измерений, формируется номенклатура измеряемых величин и средств измерений (СИ), характеристик измеряемой среды для последующего автоматического расчета и вывода результатов на печать.
В зависимости от выбранного метода формируется интерфейс панелей на вкладке «Состав УИ» (рис. 2) и вкладке «Расчет» и отчетные формы для просмотра и вывода на печать.
Методика измерений объемного расхода и объема, приведенных к стандартным условиям для природного и других газов с помощью турбинных, роторных (ротационных) и вихревых расходомеров и счетчиков газа регламентирована ГОСТ Р 8.740-2011 [3]. На вкладке «Состав СИ» расположены панели (рис. 2) для ввода метрологических характеристик СИ в соответствии с описанием типа и эксплуатационными документами (паспорт СИ).
На вкладке «Расчет неопределенностей» (рис. 3) расположены панели и поля для ввода диапазонов изменения параметров, выбранных методов расчета и погрешностей определения физико-химических свойств измеряемой среды и вывода на экран итоговых расчетных значений показателей точности измеряемых параметров [2].
Рис. 1. Вкладка «Характеристика объекта»
Рис. 2. Вкладка «Состав СИ»
Рис. 3. Вкладка «Расчет неопределенностей»
Таблица 1
Перечень средств измерений
|
№ |
Наименование СИ |
Измеряемый параметр, диапазон измерения, (мин, макс) |
Основная/дополнительная погрешность, % |
№ в ФИФОЕИ |
|
|
1 |
Счетчик газа СГ16 (М)-400 |
расход, м³/ч |
40 |
±2 от 1 Qmin до 0,2 Qmax ±1 от 0,2 Qmax до 1 Qmax |
14124-03 |
|
400 |
|||||
|
2 |
Преобразователь давления КРТ-5-11 |
избыточное давление, МПа |
0 |
основная ± 0,5 приведенная ± 0,81 |
20409-00 |
|
0,6 |
|||||
|
3 |
Термометр сопротивления из платины ТПТ-19-3 |
температура, °С |
- 50 |
± (0,3 + 0,005·|t|) (класс допуска В) |
46155-10 |
|
+ 180 |
|||||
|
4 |
Корректор СПГ742 |
вычисление объема газа, % |
0 |
±0,02 ±0,01 |
48867-12 |
|
100 |
|||||
Таблица 2
Диапазон изменений (ДИ) параметров измеряемой и окружающей среды
|
№ |
Параметр |
ДИ |
|
|
1 |
Температура окружающей среды, °С |
5 |
30 |
|
2 |
Температура газа, °С |
минус 20 |
35 |
|
3 |
Избыточное давление газа, МПа |
0,25 |
0,3 |
|
4 |
Атмосферное давление газа, мм рт. ст. |
740 |
765 |
|
5 |
Плотность газа при стандартных условиях, кг/м3 |
0,7103 |
0,7337 |
|
6 |
Содержание азота, мол.% |
1,3600 |
4,0100 |
|
7 |
Содержание диоксида углерода, мол.% |
0,15 |
0,61 |
Таблица 3
Результаты расчета относительной расширенной неопределенности измерений объемного расхода газа, приведенные к стандартным условиям
|
Температура, ◦С |
5 |
5 |
17,5 |
30 |
30 |
|
|
Абс. Давление, МПа |
0,34865828 |
0,40199133 |
0,375324805 |
0,34865828 |
0,40199133 |
|
|
Z/Zc |
0,99356 |
0,99226 |
0,99421 |
0,9958 |
0,99484 |
|
|
Расход при рабочих условиях |
Расход газа, приведенный к стандартным условиям, м3/ч Относительная расширенная неопределенность, % |
|||||
|
м3/ч |
% |
|||||
|
400 |
100 |
1460 |
1686 |
1503 |
1337 |
1543 |
|
2 |
1,8 |
1,9 |
2 |
1,8 |
||
|
320 |
80 |
1168 |
1348 |
1202 |
1069 |
1234 |
|
2 |
1,8 |
1,9 |
2 |
1,8 |
||
|
240 |
60 |
876 |
1011 |
902 |
802 |
926 |
|
2 |
1,8 |
1,9 |
2 |
1,8 |
||
|
160 |
40 |
584 |
674 |
601 |
535 |
617 |
|
2 |
1,8 |
1,9 |
2 |
1,8 |
||
|
80 |
20 |
292 |
337,1 |
300,6 |
267,3 |
308,5 |
|
2 |
1,8 |
1,9 |
2 |
1,8 |
||
|
40 |
10 |
146 |
168,6 |
150,3 |
133,7 |
154,3 |
|
2,7 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,5 |
||
Элемент «Расчет» предназначен для запуска автоматического расчета метрологических характеристик СИ с выводом на экран соответствующих показателей (панель вывода «Расчет показателей точности»). Для формирования доступного отчета в главном меню программы нами был выбран требуемый вариант перерасчета (в соответствии с ГОСТ Р 8.740-2011). С этой целью выбиралась соответствующая запись, «ввести реквизиты для отчета (дата, номер, ФИО исполнителя)» с последующим нажатием на кнопку «Отчет».
Согласно выданному заданию: по исходным параметрам (таблица 1) и сведениям из паспортов СИ нами были выбраны диапазоны измерений параметров измеряемой и окружающей среды (таблица 2).
Диапазон измерений и значения погрешности были определены из свидетельств об утверждении типа средств измерений (СИ). В свою очередь, после уточнения в паспорте СИ сведений о характеристиках СИ (завод-изготовитель, год изготовления и т.п.) нами был проведен поиск свидетельства об утверждении типа выбранных СИ. Информация была взята из базы Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений [4].
После заполнения информации, приведенной в таблицах 1, 2 , при нажатии на кнопку «Расчет» (панель «Расчет показателей точности») ПК «Flow-MI» произвел расчет относительной расширенной неопределенности измерений объемного расхода газа, приведенной к стандартным условиям (итоговые расчетные значения показателей точности измеряемых параметров приведены в таблице 3).
Наличие электронной информационно-образовательной среды (ЭИОС) университета обеспечило взаимодействие между участниками образовательного процесса, в том числе, синхронное и/или асинхронное взаимодействие посредством сети Интернет. Разработанный на кафедре МСиС электронный курс ОГУ в системе Moodle [5] и функционал системы позволил выгружать разнообразные виды отчета, что в контексте с возможностью автоматизированного расчета показателей неопределенности измерений (ПК «Flow-MI») способствовало более полному усвоению теоретического материала дисциплины «Метрологическая экспертиза».
Таким образом, применение ПК «Flow-MI» позволило установить, что относительная расширенная неопределённость измерений объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям, соответствует выбранному уровню точности: «Д» – 4%. Полученный результат позволяет сделать заключение о соответствии рассчитанного показателя стандартным показателям точности, установленным Постановлением Правительства № 1847 «Об утверждении перечня измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений» (с изменениями и дополнениями) от 16.11.2020 года.