CC BY
118
УДК 551.501.75
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА БЕЗЗОНДОВЫМ МЕТЕОКОМПЛЕКСОМ
В.М. Калмыков, Д.В. Ермилов, С.И. Соловьев, Д.Б. Белов
Рассмотрена методика оценки точности измерения скорости и направления ветра беззондовым метеокомплексом.
Ключевые слова: параметры ветра, точность измерений, беззондовый метеокомплекс.
Измерение скорости и направления ветра является достаточно актуальной в настоящее время задачей.
В существующей практике для измерения этих параметров ветра на различных уровнях высоты используются измерительные устройства, основанные на запуске шаров-пилотов и радиозондов, которые отслеживаются с земли с помощью специальных средств измерений. Кроме того, для измерения указанных параметров применяются метеомачты с установленными на них датчиками скорости и направления ветра.
При всех своих достоинствах данные методы имеют и существенные недостатки, к главным из которых можно отнести снос шаров-пилотов и радиозондов на десятки километров от места выпуска, а также их неавтономность, т.е. шары-пилоты и радиозонды могут работать только в паре с установками на земле. Что касается метеомачт, то в силу ограниченности их высоты можно измерять параметры ветра только на высотах от 50 до 300 метров.
Однако следует отметить, что использующиеся на метеомачтах датчики скорости и направления ветра, прошли все метрологически необходимые процедуры аттестации и поверки, а шаропилотные нет в силу невозможности проведения этих процедур применительно к таким установкам. Тем не менее, они широко применяются на практике в различных областях народного хозяйства и зарекомендовали себя как вполне работоспособные устройства.
С целью устранения недостатков, присущих указанным устройствам, а также для повышения эффективности измерения был разработан беззондовый радиолокационный измерительный метеокомплекс для измерения параметров ветра. Принцип работы данного метеокомплекса основан на измерении скорости и направления движения естественных метеообразований в атмосфере, поскольку направление и скорость их движения практически идентичны соответствующим параметрам движения воздуха, который их увлекает своим потоком. Основными достоинствами такого
396
измерительного устройства являются в его автономности, малом времени подготовки к работе, отсутствии необходимости использования шаров-пилотов и радиозондов, а также в обеспечении требуемой зоны (места) измерения параметров ветра.
Создание такого беззондового метеокомплекса потребовало изучения и установления его точностных характеристик. Для этого были проведены предварительные исследования точностных характеристик метеокомплекса, которые заключались в следующем.
В одном и том же месте (полигон), в одно и то же время проводились синхронные измерения параметров (скорости и направления) ветра с помощью опытного образца метеокомплекса и шаропилотных средств или датчиков метеомачты, которые в этой ситуации играли роль образцовых средств измерений.
Согласно ГОСТ Р 50779.21-2004 [1] проверка гипотезы о совпадении точности измерения эталонным и испытуемым методами проводилась в следующем порядке.
1. Определялись средние значения результатов измерений параметров ветра, полученных испытуемой установкой и шаропилотными средствами измерений, на каждом отдельном уровне высоты
«1
£ х1г
х =—; (1)
п1
«2
£ х2]
Х2 = ^-, (2)
«2
где хц, Х2j - результаты отдельных измерений скорости или направления
ветра, выполненных испытуемой установкой и шаропилотными средствами измерений соответственно; «1, «2 - число результатов измерений скорости или направления ветра, выполненных испытуемой установкой и ша-ропилотными средствами измерений соответственно.
2. Вычислялись оценки дисперсий результатов измерений на каждом отдельном уровне высоты
^ = £(и)_; (3)
,=1 «1 -1
_ 2
2 «2 (Х2 , - Х2)
$2 = £ ^ : . (4)
]=1 «2 -1
3. Определялись квантили распределения Фишера
^1-а/2(п 1,п2) или ^1-а/2(^ 397
где а - выбранный уровень значимости; V}, П2 - числа степеней свободы ( V = п -1; П2 = П2 -1).
4. Проверялось условие е2
11 О О
-2< ^-а/2(П1,V2), если > ^ (5)
или
5 2 22
"4<^-а/2(п2,V}), если 52 >51 (6)
$12 . Если данное условие выполняется, то гипотеза о равноточности измерения двух сравниваемых методов измерений принимается с доверительной вероятностью Р (уровнем значимости а = 1 - Р).
В качестве примера в табл. 1 приведены результаты измерений скорости V и направления а ветра на высоте 300 м, полученные датчиками метеомачты и испытуемым метеокомплексом.
Таблица 1
Результаты измерений скорости и направления ветра на высоте 300 м
№ Датчики Метеокомплекс
пп. Скорость V Направление а Скорость V Направление а
1 11,7 321,72 11,14 314,23
2 10,1 318,24 9,575 324,45
3 10,5 315,72 14,7 342,78
4 9,7 326,76 13,96 342,41
5 9,8 330,66 10,42 329,78
6 9,8 330,66 9,929 327,77
7 10,2 331,74 10,92 331,77
8 13,1 340,2 10,23 341
9 6,7 335,04 8,736 334,45
10 11,2 344,16 19,01 354,37
11 13,9 345,96 14,16 343,69
12 14 358,8 15,27 352,46
Проверим гипотезу о равноточности результатов измерений согласно описанной выше методике.
Сначала определяем оценки дисперсий результатов измерений ско-
2 2 рости ветра с помощью датчиков 51 и метеокомплекса52 (3), (4):
2 2 2 2 = 4,27 ; 52 = 9,33. Поскольку 52 > 51 , то проверяем условие (6), предварительно определив квантиль распределения Фишера ^1_а/2(п2,V!) при уровне значимости а = 0,05 и числах степеней свободы П1 = 12 -1 = 11
9 33
и = 12-1 = 11 (^0,975(11,11) = 2,818): = 2,185<2,818. Следовательно,
гипотеза о равноточности результатов измерений скорости ветра метеокомплексом и датчиками на мачте подтверждается с доверительной вероятностью Р = 0,95 (уровнем значимости а = 0,05), что соответствует «очень высокой» равноточности.
Далее определяем оценки дисперсий результатов измерений направления ветра с помощью шаропилотных средств измерений Б2 и метеокомплекса ^2 (3), (4): S12 = 155,29; = 137,21. Поскольку Б? > то проверяем условие (5) (квантиль распределения Фишера имеет то же значение, что и в предыдущем случае (^э 975 (11,11) = 2,818)):
155,29
137,21
1,132 < 2,818. Следовательно, гипотеза о равноточности результа-
тов измерений направления ветра метеокомплексом и датчиками на мачте подтверждается с доверительной вероятностью Р = 0,95 (уровнем значимости а = 0,05).
Теперь в качестве примера в табл. 2 приведем результаты измерений скорости V и направления а ветра на высоте 900 м, полученные ша-ропилотными средствами измерений и испытуемым комплексом.
Таблица 2
Результаты измерений скорости и направления ветра
на высоте 900 м
№ пп. Шаропилотные с редства измерений Метеокомплекс
Скорость V Направление а Скорость V Направление а
1 15,4 335,82 14,90 330,54
2 13,0 331,02 12,35 333,18
3 10,4 323,94 12,39 346,53
4 10,2 327,30 11,51 333,51
5 11,6 340,44 11,48 335,00
6 11,6 340,44 10,30 331,00
7 11,2 340,26 12,38 336,19
8 13,9 353,04 9,762 346,18
9 8,8 343,44 11,77 342,72
10 15,2 354,30 11,95 351,68
11 14,3 356,70 14,29 350,84
12 15,2 348,5 16,56 346,12
Определяем оценки дисперсий результатов измерений скорости
ветра с помощью шаропилотных средств измерений Б2 и метеокомплекса
2 2 2 2 2 Б2 (3), (4): Б = 5,01; Б2 = 3,70. Поскольку > Б2, то проверяем условие
(5) (квантиль распределения Фишера имеет то же значение, что и в предыдущем проверке 975 (11,11) = 2,818): 501 = 1,354 < 2,818. Следовательно,
гипотеза о равноточности результатов измерений скорости ветра метеокомплексом и шаропилотными средствами измерений подтверждается с доверительной вероятностью Р = 0,95 (уровнем значимости a = 0,05).
Далее определяем оценки дисперсий результатов измерений направления ветра с помощью шаропилотных средств измерений Sj2 и метеокомплекса S2 (3), (4): S2 = 112,37; S2 = 61,57. Поскольку S2 > s|, то проверяем условие (5) (квантиль распределения Фишера имеет то же значение, что и в предыдущем случае (^0 975 (11,11) = 2,818)):
112 37
^ ^ = 1,825 < 2,818. Следовательно, гипотеза о равноточности результатов измерений направления ветра метеокомплексом и шаропилотными средствами измерений подтверждается с доверительной вероятностью Р = 0,95 (уровнем значимости a = 0,05), что соответствует «очень высокой» равноточности.
Проведенные предварительные испытания показали, что как минимум новая установка, использующая беззондовый метод, не уступает по точности существующим устройствам.
Список литературы
1. ГОСТ Р 50779.21-2004. Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. Ч. 1. Нормальное распределение.
Калмыков Виктор Михайлович, начальник отдела, [email protected], Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения»,
Ермилов Дмитрий Владимирович, начальник отдела, [email protected], Россия, Тула, АО ««Центральное конструкторское бюро аппаратостроения»,
Соловьев Сергей Игоревич, канд. техн. наук, доц, sergei59hk.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Белов Дмитрий Борисович, канд. техн. наук, доц, imshelov@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNIQUE OF THE ASSESSMENT OF ACCURACY OF MEASUREMENTS OF PARAMETERS OF THE BEZZONDOV WIND METEOCOMPLEX
V.M. Kalmykov, D. V. Ermilov, S.I. Solovyev, D.B. Belov
400
The technique of an assessment of accuracy of measurement of speed and the direction of wind is considered by a bezzondovy meteocomplex
Key words: wind parameters, accuracy of measurements, bezzondovy meteocomplex.
Kalmykov Victor Mikhaylovich, head of department, [email protected], Russia, Tula, JSC "Central design bureau of apparatus engineering",
Ermilov Dmitry Vladimirovich, management engineer, [email protected], Russia, Tula, JSC "Central design bureau of apparatus engineering",
Solovyev Sergei Igorevich, candidate of tehnical sciences, docent, sergei59bk.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Belov Dmitry Borisovich, candidate of tehnical sciences, docent, imsbelovamail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 531.73
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРИВЕДЕНИЯ ОБЪЕМА ГАЗА К СТАНДАРТНЫМ УСЛОВИЯМ
Д.И. Благовещенский, Д.Б. Белов, С.И. Соловьев
Проведен метрологический анализ долей вкладов неопределенностей измерения параметров, влияющих на общую неопределенность измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям.
Ключевые слова: метрологический анализ, неопределенность измерения, объем газа, приведенный к стандартным условиям.
В практике газораспределения реальные условия измерения объемов газа, поставляемого конечным потребителям, всегда отличаются от нормальных (стандартных) условий. В настоящее время процесс приведения объемов газа к стандартным условиям выполняется в соответствии с ГОСТ Р 8.740-2011. Этот нормативный документ приводит методику определения неопределенности (погрешности) результата приведения объемов газа к стандартным условиям, основанную на полном учете неопределенностей (погрешностей) всех влияющих параметров.
Следует учитывать, что используемые для приведения объема газа к стандартным условиям параметры являются случайными величинами, полученными при измерениях объема, давления и температуры газа. Для анализа вкладов неопределенностей измерений параметров, влияющих на общую неопределенность измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям, рассмотрим метод рТ-пересчета, который регламентирован ГОСТ Р 8.740-2011.
