1 РАЗРАБОТАН всероссийским научно-исследовательским институтом расходометрии (ВНИИР), Производственным объединением "Теплоприбор"

РАЗРАБОТЧИКИ: Б.Г. Хусаинов, канд. техн. наук (руководитель темы); Астафьев А.А., Ахметвалеев Н.Г., Батманов Р.К.

2 УТВЕРЖДЕНА ВНИИР

3 ЗАРЕГИСТРИРОВАНА ВНИИР 28.08.92 г.

4 РАЗРАБОТАНА ВПЕРВЫЕ

5 ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Настоящая рекомендация распространяется на уровнемеры буйковые пневматические РУП-1, РУП-2 (в дальнейшем - уровнемеры), предназначенные для преобразования значений уровня-границы раздела сред газ-жидкость или двух несмешивающихся жидкостей в пневматические унифицированные выходные сигналы и устанавливает методику их первичной и периодической поверок.

Допускается применять настоящую рекомендацию для других буйковых уровнемеров.

1.1 При проведении поверки должны быть выполнены операции и применены средства поверки, приведенные в таблице.

1.2 Допускается применять другие образцовые средства измерений, обеспечивающие определение метрологических характеристик поверяемых уровнемеров с требуемой точностью и удовлетворяющие требованиям приложения 1.

1.3 Все средства поверки должны быть поверены органами Государственной метрологической службы и иметь действующие оттиски доверительных клейм или свидетельства о поверке.

Примечание: Первичную поверку допускается совмещать с приемосдаточными испытаниями при наличии работников предприятия, аттестованных в установленном порядке в качестве ведомственных поверителей.

2.1 При проведении поверки должны быть соблюдены требования безопасности и производственной санитарии, установленные в эксплуатационной документации на поверяемые уровнемеры и применяемые средства поверки.

3.1 При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

3.2 Перед проведением поверки необходимо выполнить следующие подготовительные работы:

Уровнемер выдерживают не менее 6 часов в помещении, где проводят поверку;

Уровнемер подготавливают к работе в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации;

Средства поверки подсоединяют в соответствии с одной из выбранных схем, приведенных на рис. 1 и 2;

Для снижения пульсации давления воздуха питания при необходимости подключают в линию выходного сигнала уровнемера баллон вместимостью не более 0,10 дм³.

Примечание. Приборы 2, 3, 4, 5, и 6 могут быть конструктивно объединены в рабочее место поверителя с автоматизированной обработкой измерительной информации (АРМП)

4.1 Внешний осмотр

При внешнем осмотре устанавливают соответствие поверяемого уровнемера требованиям эксплуатационной документации в части комплектности, отсутствие повреждений и дефектов, ухудшающих внешний вид уровнемера и препятствующих проведению поверки. Маркировка уровнемера должна соответствовать данным, указанным в паспорте

4.2 Опробование

При опробовании проверяют работоспособность уровнемера, изменяя измеряемый параметр от нижнего предельного значения до верхнего и обратно. При этом должно наблюдаться изменение выходного сигнала уровнемера по показаниям образцового прибора, установленного на конце пневматической линии длиной не более 4 м и внутренним диаметром трубки 6 мм.

При снятии показаний по образцовому прибору размах (удвоенная амплитуда) пульсации выходного сигнала поверяемого уровнемера не должен превышать 0,5% от диапазона изменения выходного сигнала, т.е. 0,4 кПа при значениях 20 и 100 кПа или близких к ним значений.

4.3 Определение метрологических характеристик.

Определение метрологических характеристик уровнемера проводят имитационным методом, основанным на имитации выталкивающей силы, действующей на чувствительный элемент (буек) уровнемера, эквивалентной массой настроенных грузов-гирь и (или) разновесов.

4.3.1 Основную погрешность определяют в пяти точках (0; 25; 50; 75; 100%), равномерно распределенных по всему диапазону измерений уровня и соответствующих выходным сигналам уровнемера, равным 20, 40, 60, 80, 100 кПа при прямом и обратном ходе.

Начальное значение выходного сигнала уровнемера 20 кПа настраивают (устанавливают) с учетом массы подвески (M_п) из условия

где M_б - масса буйка, г;

M_в - наибольшее значение массы настроечных грузов, соответствующее наибольшему значению выталкивающей силы при верхнем пределе измерений уровня, г.

Настройку начального значения проводят уравновешивающими грузами после подачи и сброса давления питания в порядке, установленном в эксплуатационной документации на уровнемер. При этом погрешность установки начального значения выходного сигнала должна быть не более 0,2 предела допускаемой основной погрешности поверяемого уровнемера.

На подвеску последовательно укладывают (снимают) гири и (или) разновесы, массой, равной значениям массы настроечных грузов, которые приведены в табл. 1 и 2 Приложения 2, и рассчитанные для поверяемых значений измеряемого параметра при соответствующей плотности (разности плотностей), указанной в паспорте на уровнемер. При этом не менее, чем через 4 с, снимают показания выходного сигнала.

Перед измерениями при обратном ходе уровнемер выдерживают в течение 5 минут под воздействием наибольшей массы настроечного груза, соответствующей верхнему пределу измеряемого параметра.

Зависимость выходного сигнала (S) в килопаскалях от входного измеряемого параметра для уровнемеров РУП-1, РУП-2 описывается формулой

где: H - измеряемый уровень или граница раздела двух несмешивающихся жидкостей, м;

H_в - верхний предел измерения уровня или границы их раздела, м;

M - масса настроечного груза, соответствующая значению выталкивающей при уровне H, г;

M_в - наибольшая масса настроечного груза, соответствующая наибольшему значению выталкивающей силы при уровне H_в, г;

20,0 - начальное значение выходного сигнала при нулевой отметке измеряемого параметра, кПа;

80 - значение диапазона изменения выходного сигнала, кПа.

Основную погрешность в процентах вычисляют по результатам измерений, полученных при приближении к измеряемому параметру как от меньших его значений к большим (прямой ход), так и от больших к меньшим (обратный ход) по формуле:

где: S - измененное значение выходного сигнала поверяемого уровнемера, по показаниям образцового манометра, кПа;

S' = 20; 40; 60; 80; 100 кПа - поверяемые значения выходного сигнала уровнемера.

За основную погрешность принимают наибольшее значение вычисленной разности.

Уровнемер признается годным, если его основная погрешность не превышает значений, указанных в паспорте на прибор.

4.3.2 Вариацию выходного сигнала определяют при каждом поверяемом значении измеряемого параметра, кроме значений, соответствующих нижнему и верхнему пределам измерений уровнемера.

Вариацию (В) в процентах вычисляют по формуле:

где , - значения основной погрешности уровнемера в процентах от нормируемого значения для одной и той же поверяемой точки при прямом и обратном ходе соответственно.

Уровнемер признают годным, если во всех поверяемых точках наибольшее значение вариации выходного сигнала не превышает предела допускаемой основной погрешности.

4.3.3 При определении основной погрешности и вариации выходного сигнала уровнемеров с помощью АРМП (см. рис. 2) информация о результатах поверки выводится на дисплей или выдается в виде протокола в печатном виде, форма которого приведена в Приложении 3.

5.1 Положительные результаты первичной поверки уровнемера оформляют записью в паспорте оттиском повелительного клейма, удостоверенной подписью поверителя и нанесением этого клейма на прибор.

5.2 Положительные результаты периодической поверки оформляют выдачей свидетельства установленной формы.

5.3 Результаты ведомственной поверки оформляют в порядке, установленном ведомственной метрологической службой.

5.4 При отрицательных результатах поверки уровнемер к выпуску из производства или ремонта не допускается, а находящийся в эксплуатации - изымается из применения. Клеймо гасится, и в паспорте делают запись о его непригодности, свидетельство аннулируется.

Применение МИ 187-86, МИ 188-86 "ГСИ. Достоверность и требования к методикам поверки средств измерений".

1 Краткое описание объекта поверки.

1.1 Приведем некоторые основные нормативно-технические характеристики уровнемеров РУП-1, РУП-2 достаточные для установления значений параметров методики поверки:

1.2. Уровнемеры работают в следующих условиях:

при изменяющейся в пределах рабочей области температуре и избыточном давлении измеряемой среды;

при изменяющемся в пределах рабочей области пневматическом давлении питания;

медленно изменяющемся входном параметре (уровня жидкостей или их раздела), при котором динамическая составляющая погрешности измерений отсутствует;

методические составляющие погрешности измерений также отсутствуют;

при отсутствии адгезии измеряемых вязких сред с поверхностью чувствительного элемента (буйка).

1.3. При поверке уровнемеров основную погрешность контролируют на соответствие пределу допускаемых для нее значений в 5 точках диапазона измерения при медленном увеличении и уменьшении входного измеряемого параметра в каждой проверяемой точке. При разработке методики поверки выбор указанного числа проверяемых точек диапазона измерения осуществлялся из условий, чтобы разность между наибольшим значением систематической составляющей основной погрешности (в пределах диапазона измерения) и наибольшим ее значением в проверяемых точках для любого экземпляра уровнемера не превышала 0,05 от предела допускаемого значения систематической составляющей погрешности. Число наблюдений при одностороннем изменении входного параметра равно единице. Уровнемер признается годным по основной погрешности, если он признан годным во всех проверяемых точках и бракуется, если признается негодным хотя бы в одной проверяемой точке. Погрешность поверки практически полностью определяется погрешностью средств поверки. Задача состоит в том, чтобы установить значения параметров методики поверки уровнемеров, обеспечивающие требуемую достоверность поверки, описываемую критериями достоверности, регламентированными в разд. 1 МИ 187-86.

2 Номенклатура параметров методики поверки.

В соответствии с указаниями п. 2.4. МИ 187-86 методика поверки уровнемеров относится к методикам поверки измерительных устройств с несущественной случайной составляющей основной погрешности, поскольку m = 5 > 1 и n = 1

В соответствии с указаниями п. 2.4.2 МИ 187-86 номенклатуру параметров методики поверки уровнемеров составляют: параметры 1-ой группы - m, ; параметры 2-ой группы - n, , .

3 Исходные данные.

В соответствии с указаниями п. 1.2; 1.6 МИ 188-86 в качестве основных исходных данных для измерительных устройств с несущественной случайной составляющей должны приниматься допускаемые значения наибольшей вероятности ошибочно признанного годным в действительности дефектного уровнемера {P_bam}_p и отношения наибольшего модуля контролируемой характеристики погрешности уровнемера, который может быть ошибочно признан годным, к пределу ее допускаемых значений - .

Необходимость задания допускаемых критериев достоверности поверки предусмотрена ГОСТ 8.009. При задании допускаемых значений критериев следует руководствоваться технико-экономическими показателями и с учетом назначения и условий применения конкретного типа уровнемера рекомендуется задавать их значения различными при первичной, периодической и послеремонтной поверках.

Исходя из условий применения уровнемеров, описанных в п. 1.2 настоящего приложения и в соответствии с рекомендациями примечания п. 1.2 МИ 188-86 можно принять и {P_bam}_p = 0,5. Однако, учитывая заинтересованность в уменьшении ошибочного признания годными дефектных экземпляров принимается для первичной поверки P_bam <= 0,2 и ; для периодической поверки P_bam <= 0,2 и . В соответствии с указаниями п. 1.3 и п. 1.6 МИ 188-86 в качестве дополнительных исходных данных следует использовать значения параметров m и , а также значения P_о и .

Как следует из описания, приведенного выше в п. 1.3, имеем m = 5, .

Наиболее приемлемой областью значений для P_о следует считать область от 0 до 0,05. Принимается P_о = 0, поскольку погрешность поверки является аддитивной по отношению к контролируемой систематической погрешности и ее плотность распределения вероятностей в соответствии с п. 3 приложения 1 МИ 188-86 можно описать функцией, входящей в класс симметричных одномодельных функций, область существования которых ограничена конечными пределами.

Значение рекомендуется принимать равным 0,8. Учитывая заинтересованность потребителя в браковке экземпляров уровнемеров, у которых значение основной погрешности лежит в области от до (где ) и из-за наличия дрейфа основной погрешности может выйти за пределы после поверки.

Поскольку n = 1, то установлению подлежат значения параметров и .

4 Установление значений параметров методики поверки.

4.1 Методика поверки уровнемера относится к методикам поверки измерительных устройств с несущественной случайной составляющей основной погрешности. Поэтому порядок расчета значений параметров и производится в соответствии с указаниями разд. 3 МИ 188-86 в следующем порядке.

4.2 Для заданных значений {P_bam}_p и в табл. 1 МИ 188-86 проводят границу области, внутри которой лежат значения и (в данном случае обозначение , используемое в табл. 1 МИ 188-86, заменяется на , обеспечивающие выполнение основных требований. Обозначим: а) - первичную поверку с P_bam <= 0,2; ; б) - периодическую поверку с P_bam <= 0,2; .

Двигаясь по границе области, записываем ряды значений:

4.3 Для каждого значения полученных рядов вычисляем значения по формуле

где .

Составляем новые ряды значений из вычисленных значений 

4.4 Для каждой пары значении и предыдущих рядов вычисляем значения и по формулам (3) МИ 188-86, предварительно вычислив значения c и m" по формулам (4) с использованием данных примечания к п. 3.4, тогда получаем

а)

б)

4.5. Для каждой пары значений и полученных рядов а) и б) находим значения по данным первого ряда п. 3.5 приложения 1 МИ 188-86, поскольку в табл. 1 и 2 нет нужных значений и .

После нескольких вычислений методом интерполяции находим значения

4.6 Окончательные значения параметров методики первичной и периодической поверок приведены в таблице

4.7. Из анализа полученных результатов с целью нахождения компромисса между возможностью практической реализации значений и приемлемым значением критерия видно, что при увеличении до 0,25 значение близко к нулю, что заведомо приемлемо. При дальнейшем увеличении начинает расти значение критерия . Поэтому проверку возможности практической реализации надо начинать со значения . Реализация встречает существенные трудности приобретения и практической работой с образцовыми СИ высоких классов точности. Поэтому необходимо рассматривать следующее значение , при котором значение критерия , т.е. лежит в области приемлемых значений от 0 до 0,05.

4.8. Таким образом, выбор средства поверки уровнемеров осуществляют исходя из технико-экономических показателей и результатов установления значений параметров методики поверки. При выборе средств поверки должны соблюдаться следующие условия, выраженные соотношениями:

при поверке на образцовых уровнемерных установках по ГОСТ 8.321

при поверке имитационным способом

или

где - предел допускаемой абсолютной погрешности образцовой уровнемерной установки или суммы настроечных грузов-гирь и разновесов;

- предел допускаемой абсолютной погрешности образцового прибора измеряющего выходной сигнал уровнемера;

- суммарное значение составляющих основных погрешностей средств поверки, входящих в состав АРМП;

H_в - верхний предел измерения уровнемера, м;

M_в - наибольшее значение массы настроечного груза, соответствующее наибольшему значению выталкивающей силы при H_в, г;

80 - значение диапазона изменения выходного сигнала, кПа;

- отношение предела допускаемого значения погрешности поверки к пределам допускаемых значений основной погрешности поверяемого уровнемера;

- отношение контрольного допуска к пределу допускаемой основной погрешности поверяемого уровнемера.

4.9. Средства поверки, используемые в настоящей рекомендации выпускаются серийно. В качестве средств измерения выходных сигналов поверяемых уровнемеров применяются образцовые пневматические приборы типа МО, ИПД классов точности 0,1; 0,15 с пределами измерений до 100 кПа. Для имитации измеряемого параметра применяют набор гирь и разновесов типа Г3-1110 или Г4-111,10 класса точности 3 и 4 соответственно. Возможно применение других имитаторов с погрешностью не более 0,05% и .

Пример. Для рассматриваемого случая определим:

пределы допускаемых значений погрешности уровнемера по формуле

модули границ полей контрольных допусков при контроле основной погрешности уровнемера по формуле

В результате подстановки в формулы (1) и (2) для уровнемеров классов точности 0,5; 1,0; 1,5 значений их погрешностей получаем и соответственно.

Масса настроечных грузов, имитирующих выталкивающую силу, действующую на чувствительный элемент (буек) уровнемера рассчитывается по формуле

для РУП-1:

для РУП-2:

где - площадь поперечного сечения чувствительного элемента (буйка), м²;

H - измеряемый параметр - уровень жидкости или граница раздела двух несмешивающихся жидкостей, м;

, - плотности нижней и верхней жидкостей соответственно, кг/м³;

d - диаметр чувствительного элемента (буйка), мм.

Значения массы настроечных грузов (M·10³) в граммах, рассчитанные на жидкости с различными плотностями (разностями плотностей) для уровнемеров РУП-1, РУП-2 приведены соответственно в табл. 1 и 2. За фактический диаметр (d) буйка принимается среднее арифметическое значение результатов измерений диаметров (d_ср), проводимых в 3-х местах каждой секции буйка: посередине и на расстоянии 0,1 длины каждой секции от ее торцов. Каждое измерение диаметра проводится в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с точностью +/- 0,05 мм и вычисляется по формуле

где i - номер секции буйка, в которой проводились измерения (i = 1, 2 ..., K);

K - количество секций буйка;

j - номер измерения в i-ой секции (j = 1, 2, ... 6);

d_ij - диаметр i-ой секции буйка при j-измерении;

n - общее число измерений (n = 6·K)

В случае отклонения результата измерений среднего значения диаметра буйка более чем на +/- 1,0 мм от его номинального значения (по чертежам) необходимо произвести перерасчет массы настроечных грузов по формулам (1) и (2) и провести поверку уровнемера с другими значениями массы настроечных грузов.