МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТЬПРИ КАЛИБРОВКЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Метрологическая прослеживаемость

при калибровке средств измерений давления

Анализируется последовательность передачи единицы давления и единицы абсолютного давления от государственных первичных эталонов к применяемым средствам калибровки и накопление неопределенности измерения, обусловленное правилом принятия решения о соответствии или несоответствии средства калибровки установленным требованиям. Материал полезен для демонстрации метрологической прослеживаемости

М.В. Голобоков1

ФБУ «Новосибирский ЦСМ» канд. техн. наук, Malachit [email protected]

ведущим инженер по метрологии отдела теплотехнических измерений, г. Новосибирск, Россия

Для цитирования: Голобоков М.В. Метрологическая прослеживаемость при калибровке средств измерений давления // Компетентность / Competency (Russia). — 2022. — № 9-10.

DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-69-79

ключевые слова

калибровочная схема, метрологическая прослеживаемость, неопределенность измерений, правило принятия решения

дним из ключевых требований к калибровке средств измерений [1] является обеспечение метрологической прослеживаемости получаемых результатов к национальным и/или международным эталонам единиц величин. Про-слеживаемость обеспечивается посредством калибровки или поверки используемых эталонов (средств калибровки) [2].

Использование калиброванных эталонов позволяет обеспечить более высокую точность измерений. Однако дополнительно требуется обоснованный выбор калибруемых отметок для эталона, формализация правила интерполяции действительных метрологических характеристик в интервале между калибруемыми отметками, исследование влияющих факторов, оценка временной стабильности.

Использование поверенных эталонов позволяет неявным образом воспользоваться результатами исследований, выполненных при испытаниях в целях утверждения типа, однако точность измерений, как правило, будет ниже. Также при использовании поверенных эталонов необходимо учитывать влияние на неопределенность измерения правила принятия решения, использованного при оценке соответствия вышестоящего эталона описанию типа или иным требованиям.

Общие вопросы обеспечения метрологической проележиваемости периодически обсуждаются, однако подробные примеры детального анализа обеспечения прослеживаемости по тому или иному виду измерений практически отсутствуют.

Целью работы является демонстрация прослеживаемости измерений и обоснование значений наименьшей выдаваемой неопределенности измере-

ния давления, абсолютного давления в Новосибирском ЦСМ.

Эталоны давления

Первую ступень калибровочной схемы для средств измерений давления в Новосибирском ЦСМ образуют микроманометр ПМКМ, вторичный эталон в соответствии с [3], грузопоршневые манометры СРВ-5000-ХУ МГП-0,25, CPB-5000-XP МГП-16, МГП-160, СРВ-5000-ХН, МП-60, И-600, МП-1000 класса точности 0,005, рабочие эталоны в соответствии с [4].

Давление, измеряемое микроманометром ПМКМ, определяется по формуле [5]:

РИ ={Рш -Ра )^

где Рь — давление, измеряемое микроманометром;

рт — плотность дистиллированной воды;

ра — плотность воздуха; g — ускорение свободного падения; И — высота столба жидкости в микроманометре.

Стандартная неопределенность измеряемого давления оценивается по формуле:

'ghAPw . S

ghAPa

s

(pw -Pa ) hSg 1 ^ f(pw"PjgAh

1

s

где ии — стандартная неопределенность измерения давления микроманометром ПМКМ;

Држ — погрешность определения плотности дистиллированной воды;

Дра — погрешность определения плотности воздуха;

S„

среднеквадратическое откло-

70 МЕТРОЛОГИЯ

нение (СКО) значения ускорения свободного падения;

ДА — погрешность концевых мер длины из состава микроманометра.

Плотность дистиллированной воды с погрешностью не более ±0,001 кг/м3 приведена в таблицах [6]. Температура воды в микроманометре измеряется термометром ТЛ-18 с погрешностью не более ±0,2 °С, что эквивалентно погрешности определения плотности воды 0,042 кг/м3. Плотность воздуха при молярной массе (28,98 ± 0,02) г/моль, погрешности измерения температуры ±0,2 °С, погрешности измерения атмосферного давления ±3 гПа может быть вычислена по известной формуле Менделеева — Клапейрона с погрешностью не более ±0,0012 кг/м3. Среднее квадратическое отклонение (СКО) результатов инструментального определения местного ускорения свободного падения составляет 0,000003 м/с2 [7]. Допустимое отклонение действительного значения от номинала для концевых мер длины (10-400) мм второго класса точности, входящих в состав микроманометра, составляет (0,00040,0036) мм [8].

В численном выражении стандартная неопределенность измерения давления (100-4000) Па составляет (0,003-0,1) Па. Полученные значения согласуются с государственной поверочной схемой [3], устанавливающей СКО измерения давления микроманометром (вторичным эталоном) не более 0,1 Па.

Поверка микроманометра ПМКМ осуществляется с применением государственного первичного эталона (ГЭТ) разности давления. Поскольку измерение давления указанным микроманометром основано на измерении высоты столба жидкости поверенными концевыми мерами длины, то результаты измерений, по существу, прослеживаются к эталону длины. Поверку микроманометра можно рассматривать как процедуру контроля качества его сборки, юстировки, оценки случайной составляющей погрешности измерений. Накопление неопределенности измерения, связанное с используемым

правилом принятия решения о соответствии / несоответствии, отсутствует.

Давление, измеряемое грузопорш-невым манометром, определяется по формуле (1) [9, 10]:

Р =_т._

ё F(1 + Ра/Рт)(1 + -20))(1 + вРт)'

где рт — плотность материала грузов (подвижной части манометра);

а — коэффициент линейного расширения поршня и цилиндра; t — температура манометра; в — коэффициент деформации поршня и цилиндра от давления;

Рт — номинальное воспроизводимое давление.

Приведенная площадь поршня манометров класса точности 0,005 определяется единственно возможным способом — сличением с эталоном-копией единицы давления. Значение приведенной площади поршня и ее СКО приводятся в свидетельстве и/или протоколе поверки. Действительное значение массы грузов и подвижной части манометра определяется сличением с эталонными гирями разряда Е2, F1, F2 и также приводится в свидетельстве и/или протоколе поверки. Как правило, неопределенность действительного значения массы при поверке не указывается. Однако она может быть оценена исходя из требований [10-13] к погрешности подгонки и погрешности определения действительной массы грузов и подвижной части манометра.

Никаких иных параметров, входящих в уравнение (1), кроме приведенной площади поршня и масс грузов с соответствующими им неопределенностями измерений при калибровке грузопоршневого манометра, определено быть не может.

Оценка неопределенности измерения давления предполагает дифференцирование уравнения (1) по всем переменным. Это достаточно трудоемко и предполагает получение большого набора данных, который может меняться с течением времени. Практически целесообразно использовать структурную оценку неопределенности. Согласно [10] 50 % от суммарной неопреде-

ленности отводится на составляющие, связанные с определением приведенной площади поршня, в том числе на неопределенность вышестоящего эталона и метода сличения, 40 % — на составляющие неопределенности, связанные с подгонкой и определением массы грузов, 10 % — на совокупное влияние остальных составляющих неопределенности измерения.

Эффективная площадь поршня определяется как среднее из ряда многократных измерений и подчиняется нормальному закону распределения. Приняв для остальных факторов равномерный закон распределения, относительную расширенную неопределенность измерения грузопоршневым манометром можно оценить по формуле:

иё =

'0,58 е

0,48 ,

л/3

, , я _ , =^^

где и^ — относительная расширенная неопределенность измерения давления грузопоршневыми манометрами первой ступени — исходными эталонами;

— предел основной допускаемой относительной погрешности гру-зопоршневого манометра.

Руководствуясь принципом разумной достаточности при формировании области аккредитации, значение наименьшей неопределенности целесообразно указать равным классу точности и^ = 8^ Закон распределения следует принять нормальный, поскольку суммарная неопределенность является композицией трех составляющих, доминирующая из которых подчинена нормальному закону распределения.

Из изложенного следует, что результаты измерений, полученные средствами калибровки первой ступени, обладают свойством прослеживаемо-сти к государственному первичному эталону давления, разности давлений, массы и длины. Прослеживаемость измерений к ГПЭ давления и массы позволяет передавать единицу давления от вышестоящего к нижестоящему эталону с одновременным расширением диапазона измерений.

Средства калибровки первой ступени обеспечивают измерение давления в диапазонах: от минус 1-105 Па до минус 1-104 Па с расширенной неопределенностью не более ± 0,005 %, от минус 1-104 Па до минус 4103 Па с расширенной неопределенностью не более 0,5 Па, от минус 4103 Па до минус 1102 Па и от 1102 Па до 7102 Па с расширенной неопределенностью не более 0,2 Па, от 7102 Па до 2,5103 Па с расширенной неопределенностью не более 0,125 Па, от 2,5-103 Па до 1108 Па с расширенной неопределенностью не более 0,005 %.

На второй ступени калибровочной схемы находятся грузопоршневые манометры МП-60, МП-600, МП-2500 класса точности 0,01, пневматические калибраторы давления Метран-504 Воздух-1, Метран-504 Воздух-11 класса точности 0,01, пневматический калибратор давления Метран-505 Воздух-1 класса точности 0,015.

Поверка грузопоршневых манометров МП-60, МП-600, МП-2500 класса точности 0,01 выполняется сличением с исходными эталонами МГП-16, МП-60, МП-1000 класса точности 0,005. Обеспечение прослеживаемости измерений и оценка неопределенности измерений аналогичны описанному.

Поверка пневматических калибраторов давления осуществляется сличением с исходными эталонами МГП-0,25, МГП-2,5, МГП-16. Давление, воспроизводимое пневматическими калибраторами давления, определяется по формуле [14-15]:

Рь = Р0 (1 ±1,17 10-4 Н )(1 -a(t -20))(1 + 0,00Ц/ Ра/760 -1);

р = т§ (1 — Ра/Рт ) 0 ^(1 - д) ,

где РГ1 — выходное давление;

(2)

Н — расстояние между плоскостью среза сопла калибратора и плоскостью, на которой выполняет измерение калибруемый прибор;

Ра — атмосферное давление; F0 — геометрическая площадь поршня; д — параметр, зависящий от силы mg, скорости, расхода воздуха и характера истечения воздуха из поршневой системы.

Р — номинальное давление;

72 МЕТРОЛО1—ИЯ Компетентность / Сотре!епсу (Russia) 9-10/2022

DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-69-79

Значения и ^ в документации на калибраторы не приводятся и пользователю неизвестны. При поверке устанавливается соответствие массы всех грузов (поршней, навесок) расчетным значениям и соответствие в нескольких точках выходного давления заданному [14-16]. Последнее неявным образом подтверждает соответствие параметров F0 и q значениям, установленным при изготовлении прибора.

Калибраторы Метран-504 укомплектованы одним сферическим поршнем, поверяемые отметки включают в себя верхний и нижний предел воспроизведения давления, следовательно, значение воспроизводимого давления прослеживается к ГЭТ давления и ГЭТ массы.

Калибратор Метран-505 укомплектован коническим поршнем «Б» для воспроизведения давления (1-40) кПа, коническим поршнем «М» для воспроизведения давления (0,4-1) кПа и еще 16-ю коническими поршнями для воспроизведения давления (0,02-0,36) кПа. Поверка калибратора Метран-505 осуществляется на отметках 1, 3, 25 и 40 кПа с применением поршня и навески «Б». Соответствие / несоответствие параметров F0 и q устанавливается только для поршня «Б».

Значение давления, воспроизводимого калибратором Метран-505 в диапазоне (1-40) кПа, прослеживается к ГЭТ давления и массы, в диапазоне (0,02-1) кПа прослеживается только к ГЭТ массы. Считаем, что использование пневматического калибратора давления Метран-505 Воздух-1 для калибровки возможно только в диапазоне (1-40) кПа.

Значение неопределенности давления, воспроизводимого пневматическими калибраторами, определяют дифференцированием уравнения (2). Температура калибратора измеряется термометром ЦГА с погрешностью ±0,05 °С. Атмосферное давление измеряется барометром БОП-1М с погрешностью ±10 Па. Разность высот измеряется металлической линейкой с погрешностью ±1 мм. Совокупный вклад этих факторов в неопределен-

ность воспроизведения давления не превышает 0,001 % и может не учитываться.

При поверке пневматических калибраторов давления решение о соответствии / несоответствии выходного давления заданному принимается без учета погрешности исходного эталона [17, 18]. Расширенная неопределенность воспроизведения давления пневматическими калибраторами Мет-ран-504, Метран-505 (давление выше

3 кПа) оценивается по формуле:

= , (3)

где — расширенная неопределенность воспроизведения давления пневматическим калибратором;

Дш — предел основной допускаемой погрешности пневматического калибратора давления;

Дg — предел основной допускаемой погрешности грузопоршневого манометра, использованного для поверки.

Расширенная неопределенность воспроизведения давления (1-3) кПа пневматическим калибратором Мет-ран-505 оценивается по формуле:

ПШ = , (4)

где Sh — СКО измерения давления микроманометром ПМКМ.

Средства калибровки второй ступени обеспечивают измерение давления в диапазонах: от 1-103 Па до 2103 Па с расширенной неопределенностью не более 0,031 %, от 2-103 Па до 3103 Па с расширенной неопределенностью не более 0,018 %, от 3103 Па до 6105 Па с расширенной неопределенностью не более 0,013 %, от до 2,5108 Па с расширенной неопределенностью не более 0,01 %.

На третьей ступени калибровочной схемы находятся:

► грузопоршневые манометры МП-60, МП-600 класса точности 0,02 и 0,05;

► калибратор давления автоматический Элемер-АКД-12КИ-852 класса точности А0;

► модули давления эталонные Метран-518^63КА (^160КА, ^1МА, ^2,5МА, -6МА, ^25МА) класса точ-

ности 0,02, Метран-518-60МВ класса точности 0,025, Метран-518^6,3КА класса точности 0,04;

► калибраторы-контроллеры давления Метран-530-1, Метран-530-2 класса точности 0,04;

► цифровые манометры ДМ-5002М-А-6 (-13, -17) класса точности 0,06;

► цифровые манометры ДМ-5002М-А-9 (-13, -20) класса точности 0,1;

► преобразователи давления эталонные ПДЭ-010И-150 (-160, -170, -180, -190) кислородного исполнения класса точности 0,02 и 0,05.

Поверка грузопоршневых манометров МП-60, МП-600 выполняется сличением с грузопоршневыми манометрами МП-60, МП-1000 класса точности 0,005. Обеспечение просле-живаемости измерений и оценка неопределенности измерения аналогичны описанному.

Поверка остальных средств калибровки третьей ступени выполняется с применением микроманометра ПМКМ, грузопоршневых манометров класса точности 0,005 или 0,01 и пневматических калибраторов давления Метран-504, Метран-505 [3]. Решение о соответствии / несоответствии метрологических характеристик описанию типа принимается без учета метрологических характеристик используемого эталона [19-23].

Если поверка выполнена с применением микроманометра, ПМКМ, то расширенная неопределенность измерения давления оценивается по формуле:

иш = 2. ми+S^

(5)

где иш — расширенная неопределенность измерения давления средствами калибровки третьей ступени;

Дш — предел основной допускаемой погрешности средств калибровки третьей ступени.

Если поверка выполнена с применением грузопоршневого манометра, расширенная неопределенность измерения давления оценивается по формуле:

При поверке с применением пневматического калибратора давления минимальная расширенная неопределенность измерения давления оценивается по формулам:

или

иш = 2,

иш = 2.

А2тт + _Аш +

1 3 + 3 4

/А2тт + Ащ

пт 3

(7)

иттт = + . (6)

Средства калибровки третьей ступени в совокупности обеспечивают измерение (воспроизведение) давления от минус 1405 Па до 6107 Па с расширенной неопределенностью от 0,013 % до 0,69 %.

Формулы (4-7) демонстрируют накопление неопределенности измерения, вызванного применением порогового правила принятия решения о соответствии. Очевидно, что по мере «удаления» средства калибровки от исходных эталонов учет погрешности всех вышестоящих эталонов станет затруднительным и сведет на нет преимущества использования поверенных средств калибровки. Минимизировать накопление неопределенности измерения возможно за счет увеличения соотношения пределов основной допускаемой погрешности эталона и поверяемого средства измерений. Очевидно, что чем точнее эталон, тем меньше накопление ошибок.

Руководствуясь требованиями [24] и соображениями разумной достаточности, неопределенность измерения можно считать достаточно оцененной, если она известна с ошибкой не более 5 %. Ошибка оценивания определяется композицией факторов: неадекватность модели измерения, неполные исходные данные, отсутствие сведений о законах распределения входных величин, использованное правило принятия решения о соответствии эталона и прочее. Вклад любого из отдельных факторов представляется возможным установить на уровне 2,5 %.

Достичь целевого показателя возможно при соотношении пределов основной допускаемой погрешности эталонного и поверяемого средства из-

2

2

2

74 МЕТРОЛО—ИЯ

мерений не хуже 1/4, если в качестве эталона используется микроманометр ПМКМ или грузопоршневой манометр, и не хуже 1/5, если для поверки используются иные эталоны.

Приведенные требования выполнимы для всех средств калибровки, кроме пневматических калибраторов Мет-ран-504, Метран-505 и автоматического калибратора Элемер-АКД-12КИ-852.

Средства измерений абсолютного давления

сходными эталонами абсолютного давления в Новосибирском ЦСМ являются образцовые барометры БОП-1М с диапазоном измерения давления от 5102 до 2,8105 Па и пределом основной допускаемой погрешности 10 Па или в диапазоне свыше 1,1105 Па — 0,01 %.

Поверка барометров БОП-1М выполняется с применением грузопорш-невых манометров абсолютного давления класса точности 0,005, рабочих эталонов в соответствии с [25]. Решение о соответствии / несоответствии метрологических характеристик принимается без учета погрешности используемого эталона [26]. Расширенная неопределенность измерения абсолютного давления оценивается по формуле:

UIabs - 2

I abs

0 abs

UIabs - 2

д2

abs

Д2

abs

В численном выражении и^ при использовании двух барометров составит 9,6 « 10 Па. Использование одновременно двух барометров востребовано при калибровке изделий специального назначения, поступающих от одного из предприятий г. Новосибирска.

На второй ступени калибровочной схемы для средств измерений абсолютного давления находятся модули давления эталонные Метран-518-А160КВ и Метран-518-А1МВ класса точности 0,025 % с общим диапазоном измерений от 0 до 1406 Па. Их поверка выполняется с применением барометра БОП-1М и при необходимости грузопоршнево-го манометра МГП-16 класса точности 0,005. Решение о соответствии или несоответствии метрологических характеристик принимается без учета погрешности используемого эталона [19].

Погрешности грузопоршневых манометров абсолютного и избыточного давления могут не учитываться ввиду малости, тогда расширенная неопределенность измерения абсолютного давления оценивается по формуле:

и

IIabs

- 2.

Д 2 |ДIIabs Д2 ДI abs

\ 3 1 3 ,

3 4 ' где и1аЫ — расширенная неопределенность измерения давления барометром БОП-1М;

Д^ — предел основной допускаемой погрешности барометра БОП-1М;

До^. — предел основной допускаемой погрешности грузопоршневого манометра, использованного для поверки барометра.

При использовании для калибровки средств измерений абсолютного давления одновременно двух барометров за действительное значение принимается среднее измеренное значение давления. Расширенная неопределенность измерения оценивается по формуле:

где и^у — расширенная неопределенность измерения давления модулем Метран-518;

Дпо« — предел основной допускаемой погрешности модуля Метран-518;

Д^^ — предел основной допускаемой погрешности барометра БОП-1М.

Преобразователи давления с унифицированным выходным сигналом

Калибровка преобразователей давления с унифицированным выходным сигналом, при необходимости достижения максимальной точности, выполняется с применением калибратора-компаратора напряжения КМ300К и термостатированной меры сопротивления МС3050Т первого разряда по [27] с номинальным значением 100 Ом.

Значение давления, измеренное преобразователем, с линейной функ-

цией преобразования по формуле:

определяется

Р - гУт- c - P2 P1

Pm - c1 т> ' C1 -

R

-

(8)

где Рт — измеренное значение давления;

с1 — коэффициент чувствительности;

измеренное значение напря-

V

т

жения;

R — действительное значение меры сопротивления (для преобразователей с унифицированным потенциальным выходным сигналом — 1);

Р2 (Р1) — верхний (нижний) предел измерения преобразователя давления;

Х2 (Хх) — значение выходного сигналя, соответствующее верхнему (нижнему) пределу измерения преобразователя давления.

Стандартную неопределенность измерения выходного сигнала и2 при калибровке преобразователей давления с унифицированным токовым выходным сигналом можно оценить по формуле (9):

Щ -. I -Л'

^ Тэ J I R S

C1Vm 8 r 1

ClVm 812 R >/3

где и2 — стандартная неопределенность измерения выходного сигнала;

Дь — предел основной допускаемой абсолютной погрешности измерения напряжения;

8г1 — доверительные границы относительной погрешности меры МС3050Т;

8г2 — предел допускаемой относительной нестабильности меры МС3050Т.

Стандартную неопределенность измерения выходного сигнала и2 при калибровке преобразователей давления с унифицированным потенциальным выходным сигналом можно оценить по формуле:

Щ2 -

S

(10)

Применение формул (8-10) для конкретных измерительных задач не представляет затруднений. Для общих расчетов целесообразно использо-

0,0007 0,0006 0,0005 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0

- 0-1 V

-----0-10 V

---0-5 mA

.............. 0-20 mA

4-20 mA

10

20

30

40

50

вать значение неопределенности, приведенное к нормирующему значению. Приняв Р2 - Р1 = 100 %, получим значение коэффициента чувствительности: с1 = 100 %/В для выходного сигнала (0-1) В, с1 = 10 %/В для выходного сигнала (0-10) В, с1 = 200 %/В для выходного сигнала (0-5) мА, с1 = 50 %/В для выходного сигнала (0-20) мА, с1 = 62,5 %/В для выходного сигнала (4-20) мА. Метрологические характеристики меры МС3050Т — 8г1 = 0,0002 %, 8г2 = 0,0006 % в соответствии с [27]. Погрешность измерения напряжения Дь — в соответствии с описанием типа компаратора КМ300К:

Ч(о-о,1о) - 0,0000130 Vm + 0,00000004;

лв(01-1v) - 0,0000100Vm + 0,00000015;

А в

Ав (0_10о) = 0,0000085 Vm + 0,00000100.

Зависимость приведенной стандартной неопределенности измерения выходного сигнала от измеряемого давления представлена на рис. 1.

Наибольшее значение приведенной стандартной неопределенности соответствует унифицированному сигналу (4-20) мА и составляет 0,0008 %. Используем его в качестве оценки «сверху» возможного значения приведенной стандартной неопределенности измерения любого выходного сигнала. Расширенная неопределенность измерения при калибровке преобразователей давления оценивается по формуле:

60

70

80

90 Pm, %

Рис. 1. Зависимость приведенной стандартной неопределенности измерения выходного сигнала от измеряемого давления Pm [The dependence of the reduced standard measurement uncertainty of the output signal on the measured pressure Pm]

u2, %

0

76 1М ЕТРОЯОГИЯ Компетентность / Competency (Russia) 9-10/2022

DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-69-79

и* - 2^4^,

где и* — расширенная неопределенность измерения при калибровке преобразователей давления;

и — расширенная неопределенность

измерения давления (абсолютного или избыточного).

При использовании в качестве эталона давления: микроманометра ПМКМ и* = 0,0052 %, гру-зопоршневого манометра класса точности 0,005 и* = 0,0038 %, грузо-

Рис. 2. Калибровочная схема эталонов давления [Calibration scheme for pressure standards]

поршневого манометра класса точности 0,01 и*= 0,0071 %, пневматического калибратора давления класса точности 0,01 и* = 0,0102 % « 0,01 %. Как и ранее, при формировании области аккредитации, полученные значения расширенной неопределенности следует округлить до значений 0,005 % и 0,01 % соответственно.

Использование компаратора

КМ300К и меры МС3050Т востребовано не всегда. В большинстве случаев для измерения унифицированного выходного сигнала используется калибратор давления портативный Мет-ран-517. Стандартная неопределенность измерения выходного сигнала оценивается по формуле:

u =

clAout

л/3 '

где Доц4 — предел основной допускаемой абсолютной погрешности измерения выходного сигнала.

Значение стандартной неопределенности измерения выходного сигнала (0-1) В, (0-10) В, (0-5) мА, (0-20) мА, (4...20) мА составляет соответственно 0,017 %, 0,035 %, 0,10 %, 0,058 % и 0,075 % от верхнего предела измерений калибруемого преобразователя давления.

При поверке калибратора-компа-

ратора КМ300К, калибратора Мет-ран-517, меры МС3050Т решение о соответствии / несоответствии их метрологических характеристик описанию типа принимается без учета метрологических характеристик эталонов. Тем не менее, это не приводит к накоплению ошибок, так как предусмотренные [27-29] средства поверки не менее чем в 6 раз точнее поверяемых средств измерений.

В зависимости от диапазона измерений и вида выходного сигнала результаты калибровки преобразователей давления прослеживаются к ГЭТам давления, разности давления, абсолютного давления, массы, длины, напряжения, тока и сопротивления.

Графически прослеживаемость эталонов давления, абсолютного давления к ГЭТам приведена на рис. 2, 3, в которых использованы следующие обозначения: dP — диапазон измеряемой разности давления; Р — диапазон измеряемого (воспроизводимого) давления; 90 — неисключенная систематическая погрешность; — СКО результата измерений; — СКО результата передачи единицы величины от ГЭТа к вторичному эталону (ВЭТ); Sfl — СКО измерения давления микроманометром ПМКМ; Р(1 — диапазон измеряемого (воспроизводимого) дав-

Рис. 3. Калибровочная схема эталонов абсолютного давления [Calibration scheme for absolute pressure standards]

78 МЕТРОЛО1—ИЯ Компетентность / Сотре!епсу (Russia) 9-10/2022

DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-69-79

Статья поступила в редакцию 2.09.2022

ления из состава стандартного ряда, предусмотренного [30]; и — расширенная неопределенность измерения (воспроизведения) давления; и^ — расширенная неопределенность измерения

Список литературы

1. ГОСТ ^0/1ЕС 17025-2019. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий. — М.: Стандартинформ, 2021.

2. Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»; http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_77904.

3. Государственная поверочная схема для средств измерений разности давлений до 1-105 Па. — М.: Росстандарт, 2021.

4. Государственная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 4000 МПа. — М.: Росстандарт, 2019.

5. ХД 2.832.005 ТО. Микроманометр образцовый переносной ПМКМ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — п/я А-1742, 1981.

6. ГСССД 2-77. Вода. Плотность при атмосферном давлении и температурах от 0 до 100 °С. — М.: Издательство стандартов, 1978.

7. Технический отчет о гравиметрических измерениях. — Новосибирск: СГУГиТ, 2016.

8. ГОСТ 9038-90. Меры длины концевые плоскопараллельные. Технические условия. — М.: Издательство стандартов, 1990.

9. ГОСТ 8291-83. Манометры избыточного давления грузопоршневые. Общие технические требования. — М.: Издательство стандартов, 1998.

10. Грузопоршневой манометр СРВ 5000. Руководство по эксплуатации. — Германия, WIKA, 2014.

11. МИ 2429-97. Манометры грузопоршневые. Метрологические и технические характеристики. Виды метрологического контроля. — М.: ФГУП ВНИИМС, 1997.

12. МП АП-01-2016. Манометры грузопоршневые МП и МГП. Методика поверки. — Челябинск: Альфапаскаль, 2016.

13. МП 231-0084-2021. Манометр грузопоршневой И-600. Методика поверки. — СПб: ВНИИМ имени Д.И. Менделеева, 2021.

14. 1554.000.00 РЭ. Калибратор давления пневматический Метран-504 Воздух-1. Руководство по эксплуатации. — Челябинск: ПГ «Метран», 2010.

15. 1559.000.00 РЭ. Калибратор давления пневматический Метран-504 Воздух-11. Руководство по эксплуатации. — Челябинск: ПГ «Метран», 2010.

16. 1558.000.00 РЭ. Калибратор давления пневматический Метран-505 Воздух. Руководство по эксплуатации. — Челябинск: ПГ «Метран», 2010.

17. Калибраторы давления пневматические Метран-504 Воздух. Методика поверки. — Челябинск: ПГ «Метран», 2010.

18. Калибраторы давления пневматические Метран-505 Воздух. Методика поверки. — Челябинск: ПГ «Метран», 2010.

19. 1595.200.00. Модуль давления эталонный Метран-518. Методика поверки. — Челябинск: Пг «Метран», 2009.

20. НКГЖ.406233.015 МП. Преобразователи давления эталонные ПДЭ-010, ПДЭ-010И. Методика поверки. — М.: НПП «Элемер», 2012.

21. НКГЖ.408749.007 МП. Калибраторы давления автоматические Элемер-АКД-12К. Методика поверки. — М.: НПП «Элемер», 2016.

22. 3111.000.00 МП. Калибратор-контроллер давления Метран-530. Методика поверки. — Челябинск: ПГ «Метран», 2010.

23. 5Ш0.283.342 МП. Манометры цифровые ДМ5002М, ДМ5002Вн. Методика поверки. — Томск: Манотомь, 2017.

24. ГОСТ 34100.3-2017. Руководство по выражению неопределенности измерения. Часть 3. — М.: Стандартинформ, 2017.

25. Государственная поверочная схема для средств измерений абсолютного давления в диапазоне до 1-106 Па. — М.: Росстандарт, 2021.

26. ИКЛВ.406525.001 Д52. Барометры образцовые переносные БОП-1М. Методика поверки. Приложение к руководству по эксплуатации. — М.: Аэроприбор-Восход, 2004.

27. Государственная поверочная схема для средств измерений электрического сопротивления постоянного и переменного тока. — М.: Росстандарт, 2019.

28. 0ИУСН.140.008 РЭ. Калибратор-компаратор КМ300К. Руководство по эксплуатации. — Краснодар: Зипнаучприбор, 2013.

29. 1595.000.00. Калибратор давления портативный Метран-517. Методика поверки. — Челябинск: ПГ «Метран», 2009.

30. ГОСТ 22520-85. Датчики давления, разряжения и разности давлений

с электрическими аналоговыми выходными сигналами. Общие технические условия. — М.: Издательство стандартов, 2003.

(воспроизведения) давления, приведенная к диапазону измерения давления. Пунктиром показан планируемый к приобретению грузопоршневой манометр МГП-16 и соответствующие ему цепи прослеживаемости.

Заключение

ходе проведенных исследований были получены следующие результаты:

► продемонстрирована метрологическая прослеживаемость результатов измерений при калибровке средств измерений давления, абсолютного давления;

► получена количественная оценка значений наименьшей выдаваемой неопределенности измерения;

► составлена калибровочная схема для средств измерений давления, абсолютного давления;

► установлено, что использование в качестве эталонов (средств калибровки) микроманометра ПМКМ, грузопорш-невых манометров исключает накопление неопределенности измерения, связанное с используемым правилом принятия решения о соответствии;

► расширенная неопределенность измерения давления грузопоршневыми манометрами составляет 70 % от предела их основной допускаемой погрешности;

► обоснована целесообразность использования для поверки собственных эталонов (средств калибровки) давления только микроманометра ПМКМ и гру-зопоршневых манометров класса точности 0,005 и 0,01;

► показано, что при оценке неопределенности измерения, выполняемого калибраторами Метран-504, Метран-505, Элемер-АКД-12КИ-852, следует учитывать метрологические характеристики эталонов, использованных для их поверки;

► прослеживаемость давления менее 1 кПа, воспроизводимого пневматическим калибратором Метран-505, поставлена под сомнение.

Результаты исследований использованы при подготовке ФБУ «Новосибирский ЦСМ» к аккредитации на право калибровки средств измерений. ■

Kompetentnost / Competency (Russia) 9-10/2022 IV/ICTQOI flPV

ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-69-79 MClnULUUI 79

Metrological Traceability During Calibration of Pressure Measuring Instruments

M.V. Golobokov1, FBI Novosibirsk Center for Standardization and Metrology, PhD, [email protected]

1 Leading Metrology Engineer of Thermal Measurements Department, Novosibirsk, Russia

Citation: Golobokov M.V. Metrological Traceability During Calibration of Pressure Measuring Instruments, Kompetentnost'/ Competency (Russia), 2022, no. 9-10, pp. 69-79. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-9-69-79

key words

calibration scheme, metrological traceability, measurement uncertainty, decision rule

References

The analysis of the sequence of transferring the pressure unit and the absolute pressure unit from the state primary standards to the calibration instruments used in the Novosibirsk CSM is carried out. The accumulation of measurement uncertainty caused by the used rule of decision-making on the compliance / non-compliance of the calibration tool with the established requirements is analyzed.

It is shown that cargo piston pressure gauges and micromanometers with end length measures are free from the accumulation of measurement uncertainty associated with the decision rule used. The extended uncertainty of the measurement by cargo piston pressure gauges is about 70 % of the limit of their basic permissible error. A reliable assessment of the uncertainty of measurements performed by various calibrators and digital devices requires taking into account the metrological characteristics of a higher standard. The traceability of a pressure of less than 1 kPa reproduced by the Metran-505 pneumatic calibrator has been questioned.

The research materials were used in the preparation of the FBI Novosibirsk CSM for accreditation for the right of calibration of measuring instruments and may be useful for demonstrating metrological traceability by other laboratories.

1. GOST ISO/IEC 17025-2019 General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. — Moscow, Standartinform, 2021.

2. Federal Law of 26/06/2008 N 102-FZ On Ensuring the uniformity of measurements; http://www.consultant.ru/document/cons_doc_ LAW_77904.

3. State verification scheme for measuring instruments of pressure difference up to 1-105 Pa, Moscow, Rosstandart, 2021, 6 P.

4. State verification scheme for measuring instruments of excess pressure up to 4000 MPa, Moscow, Rosstandart, 2019, 16 P.

5. HD 2.832.005 TO. Exemplary portable PMKM micromanometer. Technical description and operating instructions, p/ya A-1742, 1981, 30 P.

6. GSSSD 2-77 Water. Density at atmospheric pressure and temperatures from 0 to 100 ° C, Moscow, Izdatel'stvo standartov, 1978, 6 P.

7. Technical report on gravimetric measurements, Novosibirsk, SGUGiT, 2016, 5 P.

8. GOST 9038-90 End-plane parallel length measures. Technical conditions, Moscow, Izdatel'stvo standartov, 1990, 10 P.

9. GOST 8291-83 Cargo piston overpressure gauges. General technical requirements, Moscow, Izdatel'stvo standartov, 1998, 14 P.

10. Cargo piston pressure gauge SRV 5000. Operation manual, Germany, WIKA, 2014, 29 P.

11. MI 2429-97 Cargo piston pressure gauges. Metrological and technical characteristics. Types of metrological control, Moscow, FGUP VNIIMS, 1997, 34 P.

12. MP AP-01-2016 MP and MGP cargo piston pressure gauges. Verification procedure, Chelyabinsk, Al'fapaskal', 2016, 14 P.

13. MP 231-0084-2021 Cargo piston pressure gauge I-600. Verification procedure, St. Petersburg, VNIIM imeni D.I. Mendeleeva, 2021, 11 P.

14. 1554.000.00 RE Pressure calibrator pneumatic Metran-504 Air-I. Operation manual, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2010, 31 P.

15. 1559.000.00 RE Pressure calibrator pneumatic Metran-504 Air-II. Operation manual, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2010, 29 P.

16. 1558.000.00 RE Pressure calibrator pneumatic Metran-505 Air. Operation manual, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2010, 43 P.

17. Pneumatic pressure calibrators Metran-504 Air. Verification procedure, Chelyabinsk Promyshlennaya gruppa Metran, 2010, 19 P.

18. Pneumatic pressure calibrators Metran-505 Air. Verification procedure, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2010, 25 P.

19. 1595.200.00 Pressure module reference Metran-518. Verification procedure, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2009, 8 P.

20. NKGZh.406233.015 MP Reference pressure converter PDE-010, PDE-010I. Verification procedure, Moscow, NPP Elemer, 2012, 26 P.

21. NKGZh.408749.007 MP Automatic pressure calibrators Elemer-AKD-12K. Verification procedure, Moscow, NPP Elemer, 2016, 16 P.

22. 3111.000.00 MP Calibrator-pressure controller Metran-530. Verification procedure, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2010, 10 P.

23. 5Sh0.283.342 MP Digital pressure gauges DM5002M, DM5002Vn. Verification procedure, Tomsk, Manotom', 2017, 9 P.

24. GOST 34100.3-2017 Guide to the expression of measurement uncertainty. Part 3, Moscow, Standartinform, 2017, 104 P.

25. State verification scheme for absolute pressure measuring instruments in the range up to 1-106 Pa, Moscow, Rosstandart, 2021, 9 P.

26. IKLV.406525.001 D52 Exemplary portable barometers BOP-1M. Verification procedure. Appendix to the operating manual, Moscow, Aeropribor-Voskhod, 2004, 15 P.

27. State verification scheme for measuring instruments of electrical resistance of direct and alternating current, Moscow, Rosstandart, 2019, 16 P.

28. 0IUSN.140.008 RE Calibrator-comparator KM300K. Operation manual, Krasnodar, Zipnauchpribor, 2013, 117 P.

29. 1595.000.00 Portable pressure calibrator Metran-517. Verification procedure, Chelyabinsk, Promyshlennaya gruppa Metran, 2009, 8 P.

30. GOST 22520-85 Pressure, discharge and pressure difference sensors with electrical analog output signals. General technical conditions, Moscow, Izdatel'stvo standartov, 2003, 23 P.