Совершенствование государственного первичного специального эталона единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75

Витковский О. С.; Тетерук Р. А.; Горобей В. Н.; Пименова А. А.; Фирсанов Н. А.

■ ЭТАЛОНЫ/measurement standards

DOI: 10.20915/2687-0886-2020-16-2-17-20 УДК 531.787.611, 531.787.3

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕРВИЧНОГО СПЕЦИАЛЬНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦЫ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ ГЭТ95-75

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева» (ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»), г. Санкт-Петербург, Россия e-mail: O. S. Vitkovskiy@vniim.ru

Поступила в редакцию - 05 февраля 2020 г., после доработки - 17 февраля 2020 г. Принята к публикации - 01 марта 2020 г.

Данная статья посвящена совершенствованию государственного первичного специального эталона единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75. В статье изложены этапы и результаты работ по совершенствованию эталона.

Ключевые слова: эталон, совершенствование, давление, разность давлений, микроманометр

DOI: 10.20915/2687-0886-2020-16-2-17-20

IMPROVEMENT OF THE STATE PRIMARY SPECIAL STANDARD OFTHE PRESSURE UNIT FORTHE PRESSURE DIFFERENCE GET95-75

D. I. Mendeleyev Institute for Metrology (VNIIM), Saint Petersburg, Russia E-mail: O. S. Vitkovskiy@vniim.ru

Received - 05 February, 2020. Revised - 17 February, 2020. Accepted for publication - 01 March, 2020.

Ссылка при цитировании:

Совершенствование государственного первичного специального эталона единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75/ О. С. Витковский [и др.] // Эталоны. Стандартные образцы. 2020. Т. 16. № 2. С. 17-20. DOI: 10.20915/2687-0886-2020-16-2-17-20. For citation:

Vitkovskiy O. S., Teteruk R. A., Gorobey V. N., Pimenova A. A., Firsanov N. A. Improvement of the state primary special standard of the pressure unit for the pressure difference GET 95-75. Measurement standards. Reference materials. 2020; 16(2): 17-20. DOI: 10.20915/2687-0886-2020-16-2-17-20 (In Russ.).

I Р.ЯТ1

вниим

im. Д И. Менделеева

Measurementstandards.ReferenceMaterials Vol.16. №2, 2020

This article is devoted to improving the state primary special standard of the pressure unit for the pressure difference ofthe GET95—75. The article describes the stages and results ofwork to improve the standard.

Keywords: standard, improvement, pressure, pressure difference, micromanometer

Введение

Государственный первичный специальный эталон единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75 возглавляет государственную поверочную схему для средств измерений разности давлений до 4104 Па [1]. Эталон разработан в 1970-е гг. Был усовершенствован и исследован в конце 1990-х гг. во ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» [2-5].

В основу эталона положен метод независимого воспроизведения разности давлений с помощью комплекса микроманометров и грузопоршневых манометров различных типов с взаимно перекрывающимися диапазонами измерений, а именно - набор из трех приборов: микроманометр весовой колокольный, микроманометр компенсационный с лазерной системой отсчета и микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на газовой смазке, для трех различных диапазонов давления, а также аппаратура для создания и поддержания давления.

В настоящее время в Российской Федерации имеются несколько десятков вторичных эталонов и несколько сотен эталонов 1-го разряда, находящихся в эксплуатации в центрах стандартизации и метрологии, а также в различных компаниях. Кроме того, от национального первичного специального эталона России осуществляется передача единицы давления национальным эталонам Казахстана и Беларуси.

В 2010 г. эталон участвовал в ключевых сличениях национальных эталонов единицы давления в диапазоне 100-5000 Па (COOMET.M.P-K14). В сличении участвовало 4 страны: Германия (являлась пилотом), Россия, Чехия, Литва. У России на данный момент 3 строки СМС в диапазоне разности давлений.

Эталон обеспечивает решение задач в приоритетных направлениях развития науки и техники, таких как создание транспортных, авиационных и космических систем, энергетика и энергосбережение, специальная техника, технологии создания новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники и многих других.

Между тем для решения указанных задач возникает потребность в создании и применении средств измерений разности давлений нового поколения с повышенной точностью и расширенным диапазоном. В связи с этим появилась необходимость в совершенствовании эталонной базы, в том числе первичного эталона.

В 2017 г. начались работы по совершенствованию государственного первичного специального эталона единицы давления для разности давлений. Выполнение мероприятий по совершенствованию эталона ГЭТ 95-75 было направлено на расширение функциональных возможностей эталона:

- в части расширения пределов измерений диапазона воспроизведения и передачи единицы давления -увеличение верхнего предела измерений от 40 кПа до 100 кПа и уменьшение нижнего предела измерений от 0,1 до 0,05 Па;

- в части повышения точности воспроизведения и передачи единицы давления - в 1,5-2 раза.

Расширение калибровочно-измерительных возможностей в области измерений разности давлений необходимо для обеспечения метрологических характеристик эталона на уровне ведущих стран мира в соответствии с «Соглашением о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов калибровки и измерений, выдаваемых национальными метрологическими институтами» (CIPM MRA).

Совершенствование эталона

Совершенствование эталона производилось путем поэтапной модернизации каждого микроманометра из состава эталона.

Микроманометр весовой колокольный (МВК) основан на принципе уравновешивания действия давлений на колокола, подвешенные к чашкам равноплечих весов.

До модернизации воспроизводил единицу давления в диапазоне от 0,1 до 1 -102 Па, СКО <0,05 Па.

Совершенствование микроманометра МВК реализовано за счет введения в конструкцию современных высокоточных весов-компаратора, новой весовой части и новых измерительных колоколов. Исследования подтвердили, что таким образом повысилась точность измерений СКО <0,025 Па. Диапазон измерений расширился за счет уменьшения нижнего предела измерений от 0,1 Па до 0,05 Па за счет чувствительности весов.

Микроманометр компенсационный с лазерной системой отсчета (МКШ) основан на уравновешивании действия давления столбом жидкости. Воспроизводил единицу давления в диапазоне от 100 до 5 103 Па, СКО <0,08 Па.

ВНИИМ

им. Д И. Менделеева

Совершенствование микроманометра (МКШ) выполнено за счет введения в конструкцию нового лазерного отчетного устройства взамен микроскопа и дополнительной системы контроля температуры микроманометра и параметров окружающей среды. Совершенствование микроманометра МКШ позволило повысить точность измерений микроманометра в 2 раза (СКО <0,04 Па).

Микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на газовой смазке МКП основан на принципе динамического взаимодействия тела и потока воздуха. Воспроизводил единицу давления в диапазоне от 103 Па до 4104 Па, СКО <0,4 Па.

Совершенствование микроманометра МКП реализовано за счет замены его специально разработанными грузопоршневыми манометрами МГП. Современный грузопоршневой манометр позволил повысить точность измерений в 2 раза (СКО <0,2 Па). Кроме того, был расширен диапазон измерений за счет увеличения верхнего предела измерений с 40 кПа до 100 кПа.

Общий вид усовершенствованного эталона ГЭТ 95 приведен на рис. 1.

Метрологические характеристики эталона, до совершенствования и после, приведены в табл. 1.

Выводы

На 2020 г. запланирована разработка обновленной государственной поверочной схемы для средств измерений разности давлений до 1 -105 Па.

Результаты проведенных работ удовлетворяют требованиям технического задания на совершенствование эталона. Работы, запланированные на 2017-2019 гг., выполнены в полном объеме. Полученные результаты исследований подтвердили правильность технических решений, принятых при совершенствовании эталона ГЭТ 95-75.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Рис. 1. Общий вид усовершенствованного эталона ГЭТ 95 Fig. 1. General view of the advanced standard GET 95

Таблица 1. Метрологические характеристики эталона ГЭТ 95 Table 1. Metrological characteristics of the standard GET 95

Микроманометр Метрологические характеристики до совершенствования эталона Метрологические характеристики после совершенствования эталона

МВК Диапазон: от 0,1 до 100 Па СКО: 0,05 НСП: 0,05 Диапазон: от 0,05 до 150 Па СКО: 0,025 НСП: 0,025

МКШ Диапазон: от 100 до 5000 Па СКО: 0,08 НСП: 0,3 Диапазон: от 50 до 5000 Па СКО: 0,04 НСП: 0,15

МКП - МГП Диапазон: от 5 до 40 кПа СКО: 0,4 НСП: 0,8 Диапазон: от 5 до 100 кПа СКО: 0,2 НСП: 0,4

ГЭТ 95 Диапазон: от 0,1 Па до 4 104 Па Диапазон: от 0,05 до 1-105 Па

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 8.187-76 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений разности давлений до 4104 Па. М : Изд-во стандартов, 1976. 9 с.

2. Витковский О. С. Государственный первичный специальный эталон единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75. Российская метрологическая энциклопедия: [в 2 т.] / подгот. и издана под ред. В. В. Окрепилова. 2-е изд. Санкт-Петербург: Лики России, 2015. Т. 1. С. 317-319.

1Р.ЯТ1

вниим

1М. Д И. Менделеева

Measurementstandards.ReferenceMaterials Vol.16. №2, 2020

3. Горобей В. Н. Государственный специальный эталон единицы давления для разности давлений // Измерительная техника. 2002. № 6. С. 3-4.

4. Белик Н. И. Приборы для измерений малых разностей давлений газов. М. : Машгиз, 1957. 227 с.

5. Хансуваров К. И., Цейтлин В. Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара. М. : Изд-во стандартов, 1989. 288 с.

REFERENCE

1. GOST 8.187-76 Gosudarstvennaya sistema obespecheniya yedinstva izmereniy (GSI). Gosudarstvennyy spetsial'nyy étalon i obsh-chesoyuznaya poverochnaya skhema dlya sredstv izmereniy raznosti davleniy do 4104 Pa [State system for ensuring the uniformity of measurements (GSI). The state special standard and the all-Union calibration scheme for pressure difference measuring instruments up to 4104 Pa]. Standards Publ. Moscow, 1976. 9 p.

2. Vitkovsky O. S. Gosudarstvennyi pervichnyi spetsial'nyi etalon edinitsy davleniia dlia raznosti davlenii GET 95-75 [State primary special standard of pressure unit for pressure difference GET 95-75]. In Okrepilov V. V. (ed.) Russian metrological encyclopedia: in 2 vol. St. Petersburg, 2015. Vol. 1. pp. 317-319. (In Russ.).

3. Gorobei V. N. Gosudarstvennyi spetsial'nyi etalon edinitsy davleniia dlia raznosti davlenii [State special standard of pressure unit for pressure difference]. Measurement Techniques. 2002;6:3-4. (In Russ.).

4. Belik N. I. Pribory dlia izmerenii malykh raznostei davlenii gazov [Instruments for measuring small differences in gas pressures]. Mashgiz Publ. Moscow, 1957. 227 p. (In Russ.).

5. Khansuvarov K. I., Tseitlin V. G. Tekhnika izmereniia davleniia, raskhoda, kolichestva i urovnia zhidkosti, gaza i para [Technique for measuring pressure, flow, quantity and level of liquid, gas and steam]. Standards Publ. Moscow, 1989. 288 p. (In Russ.).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Витковский Олег Сергеевич - канд. техн. наук, научный сотрудник ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». Российская Федерация, 190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19 e-mail: O. S. Vitkovskiy@vniim.ru

Тетерук Роман Анатольевич - канд. техн. наук, руководитель научно-исследовательского отдела государственных эталонов в области измерений давления ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». Российская Федерация, 190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19 e-mail: R. A. Teteruk@vniim.ru

Горобей Владимир Николаевич - канд. техн. наук, руководитель лаборатории ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». Российская Федерация, 190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19 e-mail: V. N. Gorobey@vniim.ru

Пименова Анастасия Александровна - инженер первой категории ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». Российская Федерация, 190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19 e-mail: A. A. Pimenova@vniim.ru

Фирсанов Никита Александрович - инженер ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева». Российская Федерация, 190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 19 e-mail: N. A. Firsanov@vniim.ru

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Oleg S. Vitkovskiy - PhD (Engineering), researcher D. I. Mendeleyev Institute for Metrology. 19 Moskovsky ave.,

St. Petersburg, 190005, Russian Federation e-mail: O. S. Vitkovskiy@vniim.ru

Roman A. Teteruk - PhD (Engineering), head of the research department of state standards in the field of pressure measurements, D. I. Mendeleyev Institute for Metrology. 19 Moskovsky ave.,

St. Petersburg, 190005, Russian Federation e-mail: R. A. Teteruk@vniim.ru

Vladimir N. Gorobey - PhD (Engineering), head of laboratory D. I. Mendeleyev Institute for Metrology. 19 Moskovsky ave.,

St. Petersburg, 190005, Russian Federation e-mail: V. N. Gorobey@vniim.ru

Anastasiya A. Pimenova - engineer D. I. Mendeleyev Institute for

Metrology.

19 Moskovsky ave.,

St. Petersburg, 190005, Russian Federation e-mail: A. A. Pimenova@vniim.ru

Nikita A. Firsanov - engineer D. I . Mendeleyev Institute for

Metrology.

19 Moskovsky ave.,

St. Petersburg, 190005, Russian Federation e-mail: N. A. Firsanov@vniim.ru

ВНИИМ

им. Д И. Менделеева

IMPROVEMENT OF THE STATE PRIMARY SPECIAL STANDARD OFTHE PRESSURE UNIT FOR THE PRESSURE DIFFERENCE GET 95-75

Текст научной работы на тему «Совершенствование государственного первичного специального эталона единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75»