О модернизации государственных эталонов влажности газа Республики Казахстан Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

20 МЕТРОЛОГИЯ

О модернизации государственных эталонов влажности газа Республики Казахстан

Проанализирована текущая ситуация в области метрологического обеспечения измерения влажности газа в Республике Казахстан. Обозначена проблема отсутствия государственного эталона для единицы объемной доли влаги. Предложены меры по решению данной ситуации, включая разработку первичного эталона влажности газа с использованием имеющегося оборудования РГП «КазСтандарт». УДК статьи 543.275.1.089.68

А.К. Жумагали1, 2

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, РГП «Казахстанский институт стандартизации и метрологии» wap.aseke.kz@mail.ru

лажность очень многое значит для понимания природы климатических изменений. Но не меньшую роль она играет и как один из важнейших параметров, влияющих на качество продукции.

Контроль влажности важен во многих сферах человеческой деятельности: от управления производством до создания комфортных условий жизни. Влажность может меняться в широком диапазоне, поэтому для ее измерения необходимы устройства и датчики, способные работать в таком же диапазоне и при различных климатических условиях, обеспечивая надежное функционирование систем контроля и мониторинга в течение длительного времени.

В последнее десятилетие появились новые методы измерения влажности, произошло значительное развитие и усовершенствование технологий изготовления имеющихся датчиков влажности, а также различных измерительных систем с повышенной эффективностью. В результате поле влажности сенсора значительно расширилось [1].

Анализ ситуации

целях обеспечения единства измерения влажности газа в Республике Казахстан были созданы Государственный эталон единицы относительной влажности (регистрационный номер ^.01.01.00033-2007) и Государственный эталон температуры точки росы/инея (регистрационный номер ^.01.01.00062-2017).

Государственный эталон единицы относительной влажности состоит из:

► генератора влажного воздуха типа НитйаЬ для поверки/калибровки не-зондовых гигрометров, диапазоном измерения от 10 % до 90 %, абсолютной погрешностью ±1,0 %;

► генератора влажного воздуха HygroGen 2А для поверки/калибровки зондовых гигрометров, диапазоном измерения от 5 % до 95 %, абсолютной погрешностью ±1,0 %;

► гигрометра конденсационного MBW 473^Р2, диапазоном измерения от 5 % до 95 %, абсолютной погрешностью ±0,5%;

► термогигрометра Rotronic НР32, диапазоном измерения от 5 % до 95 %, абсолютной погрешностью ±1,0%.

1 аспирант, г. Томск, Россия

2 ведущий специалист, г. Астана, Республика Казахстан

Для цитирования: Жумагали А.К. О модернизации государственных эталонов влажности газа Республики Казахстан // Компетентность / Competency (Russia). — 2024. — № 4. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-4-20-23

ключевые слова

эталоны, измерения, системы контроля, метрологические характеристики

Таблица

Метрологические характеристики эталонов лаборатории [Metrological characteristics of laboratory standards]

Наименование эталона [Name of standard] Метод измерения [Measurement method] Диапазон измерения [Measurement range] Погрешность [Error]

Генератор влажного Двух давлений от 10 % до 98 % ±1 %

газа от -80 °С до +20 °С ±0,2 °С

от 10 млн-1 до 460000 млн-1 ±1,5 %

Смешения газовых потоков от 0 % до 96 % ±1 %

от -80 °С до +20 °С ±1 °С

Гигрометр Конденсационный, °С от -80 °С до +50 °С ±0,1 °С

Кулонометрический от 0 млн-1 до 1000 млн-1 ±2,5 %

Сорбционный, % от 0 % до 100 % ±1 %

МЕТРОЛОГИЯ 21

Государственный эталон температуры точки росы/инея состоит из:

► системы калибровки точки росы DCS80, диапазоном измерения от -80 °С до +20 °С, абсолютной погрешностью ±0,1 °С (конденсационного гигрометра S8000 RS, входящего в состав системы);

► конденсационного гигрометра S4000, диапазоном измерения от -50 °С до +20 °С, абсолютной погрешностью ±0,1 °С.

При рассмотрении государственных эталонов выясняется, что они являются вторичными системами калибровки, а не первичными, но выбраны в качестве государственного эталона. В то же время разделение единиц измерения влажности газа на относительную влажность и температуру точки росы увеличивает риск того, что про-слеживаемости единиц не связаны друг с другом.

В настоящее время поверочные/ калибровочные лаборатории имеют эталоны, которые находятся на том же уровне точности, что и государственный эталон страны, что приводит к новым проблемам при калибровке эталонов лаборатории со снижением точности и прослеживаемости единицы измерения в зарубежных национальных метрологических институтах.

РГП «КазСтандарт» провел анализ существующих методов и эталонов лаборатории в стране. Результаты анализа представлены в таблице. Как из нее следует, метрологические характеристики эталонов лаборатории находятся в широком диапазоне влажности газа. При этом используются единицы измерения объемной доли влаги, которых нет в государственных эталонах.

Эталон

Для решения перечисленных проблем РГП «КазСтандарт» планирует разработать первичный эталон влажности газа, измеряемый в единицах относительной влажности, температуры точки росы/инея и объемной доли влаги.

В ходе обзора литературы и анализа имеющегося оборудования в РГП

Контроль влажности важен во многих сферах человеческой деятельности: от управления производством до создания комфортных условий жизни

«КазСтандарт» были установлены требования к эталону влажности газа:

► диапазон воспроизведения температуры точки росы/инея от -80 °С до +20 °С, относительной влажности от 5 % до 95 %, объемной доли влаги от 1 млн-1 до 22 000 млн-1;

► возможность приготовления стабильного влажного газа в насытителе и непосредственного измерения температуры точки росы/инея;

► возможность калибровки гигрометров относительной влажности с использованием единицы температуры точки росы/инея и температуры воздуха.

Выбор метода измерения

|етод измерения эталона влажного газа основан на одно-напорном давлении 1-Р при двухтемпературном режиме 2-Т [2, 3]. На рисунке приведена схема генератора влажного газа, собранного из имеющихся измерительных приборов на технической базе РГП «КазСтандарт». В состав генератора влажного газа включены измерительные приборы: эталонный термометр сопротивления типа Fluke 5699S и типа ЭТС-100, барометр типа БОП-1М, жидкостной термостат типа Fluke 7841 и типа Neslab RTE 17. Насытитель и камера являются основными элементами генератора влажного газа, поскольку в насытителе будет определяться эталонное значение температуры точки росы, а в камере — эталонное значение относительной влажности, которое требуется для исследований.

Принцип работы генератора влажного газа осуществляется следующим образом:

1. В осушитель поступает воздух от компрессора.

справка

В быту датчик контроля влажности воздуха обеспечивает контроль микроклимата, точность технологических процессов и сохранность оборудования, оценку качества почв, их плодородности

22 МЕТРОЛОГИЯ

Схема генератора влажности газа [Scheme of gas humidity generator]

Статья поступила в редакцию 20.02.2024

Список литературы

1. Korotcenkov G. Handbook of humidity measurement: methods, materials and technologies, vol. 2: Electronic and electrical humidity sensors. — CRC Press, 2019.

2. Heinonen M. // EUROMET Workshop P758. — 2006.

3. Nielsen J., etc // Measurement. — 2003.

4. Sairanen H., etc // International Journal of Thermophysics. — 2018. — Т. 39. — № 9.

5. Oguz Aytekin S., Ince R. // International Journal of Thermophysics. — 2018. — Т. 39.

6. Sestan D., Zvizdic D., Sariri K. // International Journal of Thermophysics. — 2018. — Т. 39.

7. Dubovikov N.I., etc // International Journal of Thermophysics. — 2016. — Т. 37.

8. Constantin B., etc // Metrologia. — 2019. — Т. 56. — № 1A.

Термостат

2. Осушенный воздух далее попадает в генератор влажного газа, где возможна установка нужной температуры точки росы.

3. Температура точки росы, устанавливаемая в генераторе, должна быть равна температуре термостата для быстрого выхода на режим и стабильности показаний, а также низкой вероятности конденсации трубок.

4. Скорость потока воздуха на выходе из генератора регулируется с помощью вентиля [4].

Увлажненный воздух, попав в теплообменник, полностью охлаждается/ нагревается до температуры термостата и в дальнейшем попадает в насытитель. Здесь воздух проходит над поверхностью воды/льда, обеспечивая полное насыщение. Насытитель представляет собой горизонтально расположенный прямоугольный сосуд с несколькими перегородками для обеспечения длины пути прохождения потока воздуха над поверхностью воды/льда, который почти наполовину заполнен водой/льдом. В насытителе измеряется температура и давление, температура насытителя равна температуре точки росы [5].

После насытителя насыщенный воздух поступает в камеру через теплообменник, который нагревает/охлаждает его до температуры второго термостата. Камера представляет собой горизонтальную трубу, где располагается эталонный термометр и термогигрометр. Здесь проводится калибровка

Термостат

термогигрометров по показателю относительной влажности. (Предыдущие исследования автора относительно пропорциональности объема камеры и стабильности измерений подтвердили, что чем меньше объем камеры, тем меньше показатель стабильности измерений.) Зная температуру точки росы поступающего насыщенного воздуха, температуру воздуха камеры, а также давление, для определения коэффициента эффективности [6] эталонное значение можно получить расчетным методом.

В данном генераторе влажного газа единица объемной доли влаги будет определяться [7] по формуле:

x =

e(ts) ■ f(PH, Q P

где ^ — температура насыщения и Рн — абсолютное давление в насытителе;

е(^) — давление насыщенного пара при а /(Рн, — коэффициент эффективности водяного пара при ^ и Рн.

Заключение

Принимая во внимание калибровочные возможности температуры в жидкостных термостатах РГП «КазСтандарт» с неопределенностью ±0,04 °С [8], мы можем провести калибровку конденсационных гигрометров. Также при этом следует учитывать источник неопределенности эффективности насытителя, который будет найден в ходе экспериментальных исследований. ■

Kompetentnost / Competency (Russia) 4/2024

ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-4-20-23

METROLOGY 23

On the Modernization of State Gas Humidity Standards of the Republic of Kazakhstan

A.K. Zhumagali1' 2, National Research Tomsk Polytechnic University, RSE Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology, wap.aseke.kz@mail.ru

1 Graduate Student, Tomsk, Russia

2 Leading Specialist, Astana, Republic of Kazakhstan

Citation: Zhumagali A.K. On the Modernization of State Gas Humidity Standards of the Republic of Kazakhstan, Kompetentnost'/ Competency (Russia), 2024, no. 4, pp. 20-23. DOI: 10.24412/1993-8780-2024-4-20-23

key words

standards, measurements, control systems, metrological characteristics

References

The current situation in the field of metrological support for measuring gas humidity in the Republic of Kazakhstan is analyzed. The problem of the lack of a state standard for a unit of volume fraction of moisture is investigated. The metrological characteristics of standards of verification/calibration laboratories and state standards of relative humidity and dew/frost point temperature, which are practically at the same level of accuracy, are considered. Measures have been proposed to solve this situation, including the development of a primary gas moisture standard using the existing equipment of the KazStandard. The author's research and proposed improvements in the article are supported by mathematical calculations.

1. Korotcenkov G. Handbook of humidity measurement: methods, materials and technologies, vol. 2: Electronic and electrical humidity sensors, CRC Press, 2019.

2. Heinonen M., EUROMET Workshop P758, 2006, 48 P.

3. Nielsen J., etc, Measurement, 2003, pp. 1-33.

4. Sairanen H., etc, International Journal of Thermophysics, 2018, vol. 39, no. 9, 104 P.

5. Oguz Aytekin S., Ince R., International Journal of Thermophysics, 2018, vol. 39, pp. 1-16.

6. Sestan D., Zvizdic D., Sariri K., International Journal of Thermophysics, 2018, vol. 39, pp. 1-8.

7. Dubovikov N.I., etc, International Journal of Thermophysics, 2016, vol. 37, pp. 1-12.

8. Constantin B., etc, Metrología, 2019, vol. 56, no. 1A, p. 03003.

СОБЫТИЕ

Обучение для поверителей в Уральском филиале АСМС

Уральский филиал АСМС провел повышение квалификации по программе «Поверка и калибровка средств измерений (по видам измерений)». Обучение осуществлялось как в очном формате, так и дистанционно, в формате онлайн-трансляции

К занятиям были привлечены специалисты-практики региональных центров стандартизации, метрологии и испытаний ФБУ «Уралтест» и ФБУ «Тюменский ЦСМ», которые провели очные консультации, где подробно разбирались вопросы слушателей, а также конкретные производственные ситуации, возникающие в процессе повседневной работы, были даны практические рекомендации.

После снятия ковидных ограничений участились запросы предприятий на проведение обучения сотрудников в очном формате. Очевидно, что такой формат позволяет слушателям получить прямую консультацию от преподавателей по интересующим вопросам, приобрести практические компетенции. Так, например, сетевое сотрудничество филиала с ООО «КРЕЙТ» (далее — организация) — ведущим

российским производителем и разработчиком современных контрольно-измерительных приборов и комплексных систем КИПиА позволило организовать очные лабораторные работы для слушателей программы «Поверка и калибровка средств теплотехнических измерений (давления, температуры и расхода)». Были проведены 3 лабораторных занятия по поверке датчиков температуры и давления на примере комплекта термопреобразователей сопротивления КТСП-Н и Метран-55-ДИ, а также по поверке преобразователей контрольно-измерительных ТЭКОН-19. Во время лабораторных работ слушатели смогли обменяться опытом со специалистами организации и задать им интересующие вопросы по поверке средств измерений данной группы.

Проведение подобных практических занятий получило положительные отзывы слушателей. Отмечалось, что непосредственное общение со специалистами и изучение средств измерений напрямую дают лучшие результаты в приобретении практических навыков.

По материалам Уральского филиала АСМС