Калибровка средств измерений давления. Конспект лекции

АКАДЕМИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (учебная)

А.П. Лепявко

КАЛИБРОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ

Конспект лекции

Москва 2022

УДК 531. 7.87

Лепявко А.П. Калибровка средств измерений давления. Конспект лекции. – М.: АСМС, 2022. – 40 с.

средств измерений давления, а также выдержки из российского документа с формулами для вычисления неопределенности калибровки.

разработанной Национальным институтом метрологии Германии

(PTB).

Представлены примеры калибровок средств измерений давления

«Поверка и калибровка средств теплотехнических измерений (средств измерений давления, температуры и расхода)». Учебное пособие также может быть полезно специалистам в области поверки и калибровки средств измерений температуры.

Автор:

заведующий кафедрой «Теплотехнические измерения» ФГАОУ ДПО АСМС, кандидат технических наук Лепявко Александр Петрович.

2

1.Калибровка

Всоответствии Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» «Калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений».

ВРМГ 29‒2013 приведено следующее определение калибровки

«Калибровка (средств измерений). Совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения метрологических характеристик этого средства измерений.

П р и м е ч а н и я:

1.Примером метрологической характеристики является диаграмма калибровки, несущая информацию об инструментальной неопределенности измерений. При калибровке могут быть определены

идругие метрологические характеристики средств измерений.

2.Результаты калибровки позволяют определить значения измеряемой величины по показаниям средства измерений, или поправки к его показаниям, или оценить погрешность этих средств.

3.В международном метрологическом словаре VIM3 термин

«калибровка» определен как операция, в ходе которой при заданных условиях на первом этапе устанавливают соотношение между значениями величин с неопределенностями измерений, которые

обеспечивают эталоны, и соответствующими показаниями с присущими им неопределенностями, а на втором этапе на основе этой информации устанавливают соотношение, позволяющее получать результат измерения, исходя из показания».

Из ГОСТ ISO/IEC 17025‒2019 (ISO/IEC 17025:2017) «Общие

требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий»:

3

«7.6.1. Лаборатории должны определять вклад(ы) в неопределенность измерений. При оценивании неопределенности измерений все существенные вклады, в том числе связанные с отбором образцов, должны учитываться с применением соответствующих методов анализа.

7.6.2.Лаборатория, выполняющая калибровки, в том числе собственного оборудования, должна оценивать неопределенность измерений для всех калибровок.

7.6.3.Лаборатория, выполняющая испытания, должна оценивать неопределенность измерений. В тех случаях, когда метод испытаний исключает строгую оценку неопределенности измерений, оценивание должно проводиться на основе понимания теоретических принципов или практического опыта выполнения метода.

7.8.4.1.Специальные требования к свидетельствам (сертификатам)

окалибровке, подпункт d): «результаты, полученные до и после регулировки или ремонта, если таковые проводились».

П р и м е ч а н и е.

Выполнение п. 7.8.4.1 позволяет оценить нестабильность средства измерений, следовательно, учесть нестабильность при оценке инструментальной неопределенности в эксплуатации.

ГОСТ Р 8.879‒2014 «ГСИ. Методики калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению» предусматривает необходимость указания о неопределенности (в том числе целевой) или описание процедуры оценки неопределенности измерений при калибровке.

В тоже время в соответствии с РД РСК 02‒2020 «Порядок

организации деятельности Российской системы калибровки» Приложение 3.6. «Пример оформления Сертификата о калибровке»

иРМГ 120‒2013 «ГСИ. Общие требования к выполнению

калибровочных работ». Приложение Е. «Пример оформления Сертификата о калибровке» оценка неопределенности калибровки проводится при необходимости.

4

Фактически калибровка, отвечающая требованиям Российской системы калибровки (РСК), – это калибровка в соответствии с определением Закона «Об обеспечении единства измерений» 1993 года.

«Калибровка средства измерений – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому надзору и контролю».

Таким образом, калибровкой можно было считать как собственно калибровку, т.е. определение действительных метрологических характеристик, так и операцию подтверждения соответствия средства измерений требованиям конкретного производства.

В соответствии с определением калибровки, данным в Законе 1993 г. результатом калибровки в любом случае является установление пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому надзору, т.е. тех средств, которые ранее подлежали ведомственной поверке. Критерием пригодности к применению, как правило, являлось соответствие средства

измерений требованиям технической документации. При этом могут быть определены действительные метрологические характеристики средства измерений. Но это не является обязательным.

Вторая часть определения калибровки в Законе 1993 г. после и (или) полностью соответствует ведомственной поверке. Результатом было то, что сотрудники метрологических служб большинства предприятий не понимали (и до сих пор не понимают) различия между калибровкой и ведомственной поверкой.

При этом, поскольку в Российской Федерации фактически отсутствуют методики калибровки, отвечающие международным требованиям, «калибровка» проводится по методикам поверки.

Калибровка не является операцией подтверждения соответствия. Но по результатам калибровки могут быть сделаны следующие выводы.

Согласно ГОСТ ISO/IEC 17025–2019 может быть сделано заключение о соответствии.

5

Пункт 7.8.6.1. «Если по результатам испытания или калибровки делается заключение о соответствии спецификации или стандарту, лаборатория должна документировать правило принятия решения, принимая во внимание уровень риска (например, ложноположительное или ложноотрицательное решение, статистические предположения), связанный с применяемым правилом принятия решения, и применить данное правило.

П р и м е ч а н и е. Если правило принятия решения установлено заказчиком, правилами или нормативными документами, дальнейшее рассмотрение уровня риска не требуется.

В ГОСТ Р 8.879‒2014 «ГСИ. «Методики калибровки средств

измерений. Общие требования к содержанию и изложению» приведено определение:

«Оценка пригодности – подтверждение путем исследования и предоставления объективных доказательств, что конкретные требования к специфическому целевому использованию выполняются».

2. Нормативные документы по калибровке средств измерений давления

Описание калибровки приведено в ГОСТ Р 8.905‒2015 «ГСИ.

в Приложении 3. В этом документе впервые используются такие понятия «погрешность гистерезиса» и «зона нечувствительности», которые в технической документации ранее не использовались.

Методика оценки неопределенности вызывает сомнения.

Кроме того, при минимальной дополнительной информации затраты на калибровку будут значительно больше стоимости манометра.

Очевидно, что калибровка манометров в соответствии с этим ГОСТ никогда проводиться не будет.

6

В Европе опубликованы два нормативных документа по калибровке средств измерений давления.

1. Guidelines on the Calibration of Electromechanical and Mechanical Manometers. EURAMET Calibration Guide N 17. Version 3.0 (04/2017)

(Руководство по калибровке электромеханических и механических манометров).

Основные положения руководства.

Методики проведения калибровки различаются в зависимости от целевой неопределенности.

Базовая методика калибровки при целевой расширенной неопределенности U ≥ 0,2 % шкалы. Калибровка проводится при 6 точках шкалы при повышении и понижении давления. Повторяемость определяется по трем измерениям при повышении давления в двух точках предпочтительно 0 и середина шкалы (между 40 и 60 % шкалы).

В отчете расширенная неопределенность калибровки не может быть менее 0,2 %.

Стандартная методика калибровки при целевой расширенной неопределенности 0,05 % ≤ U < 0,2 %. Измерения проводится в 11 точках шкалы при повышении и понижении давления. Повторяемость определяется в четырех точках шкалы (предпочтительно 0 %, 20 %, 50 % и 80 % шкалы) по трем измерениям при повышении давления.

В отчете расширенная неопределенность калибровки не может быть менее 0,05 %

Комплексная (полная) методика калибровки при целевой расширенной неопределенности U менее 0,05 % шкалы. Измерения проводится в 11 точках шкалы. В каждой точке проводится 3 измерения при повышении давления и 3 измерения при понижении давления. Всего 66 измерений.

Если показание (выходной сигнал) может зависеть от крепления средства измерений, 3-я серия измерений проводится при другом закреплении.

7

Отношение инструментальной неопределенности калибруемого средства измерений к инструментальной неопределенности эталона должно быть (если возможно) не менее 2.

Разность значений эталонного давления в разных сериях измерений не должна превышать 1 % диапазона калибровки.

Руководство EURAMET Calibration Guide N 17 в первую очередь фактически описывает автоматическую калибровку электромеханических средств измерений давления в процессе производства.

Несмотря на то, что в названии документа присутствует «Mechanical Manometers» фактически все его содержание относится именно к электромеханическим средствам измерений давления достаточно высокой точности.

2. Методическая инструкция DKD-R 6-1 08 2019 «Калибровка приборов для измерения давления», разработанная Национальным институтом метрологии Германии (PTB). В интернете доступен русский перевод.

Сравнение этих двух документов позволяет сделать вывод, что инструкция DKD-R 6-1 ближе к практической деятельности работников Российских метрологических служб и специалистов, непосредственно занимающимся измерениями в производстве.

Затраты на калибровку значительно ниже. Инструкция DKD-R 6-1 лучше методически проработана с точки зрения проведения измерений при калибровке.

Можно рекомендовать использование инструкции DKD-R 6-1 для использования в практической деятельности метрологических служб.

3. Методическая инструкция DKD-R 6-1 08 2019 «Калибровка приборов для измерения давления».

Согласно инструкции DKD-R 6-1 методики (последовательности) калибровки различаются в зависимости от желаемой инструментальной неопределенности калибруемого средства измерений.

8

Желаемая неопределённость измерений калибруемого манометра

– это неопределённость, которую можно достичь при установленных затратах на калибровку (неопределённость измеренных значений эталона, количество рядов измерений и т.д). В тексте инструкции DKD-R 6-1 приведена следующая таблица.

с измеренными значениями исходного или рабочего эталона, не должна превышать 1/3 от желаемой неопределённости измерений, предположительно приписываемой измеренным значениям объекта калибровки.

Отсчет показаний необходимо проводить после установления режима (достаточно стабильного показания эталона и объекта калибровки).

Для манометров с пружиной Бурдона время выдержки при верхнем пределе диапазона измерений составляет 5 минут.

Если при последовательности А показание (выходной сигнал) может зависеть от крепления средства измерений, проводится дополнительный рад измерений при другом закреплении.

9

Определяется промежуточная прецизионность (англ. reproducibility –

воспроизводимость).

Значение крутящего момента в данном случае должно документироваться.

Предельные значения для выражения неопределённости измерений.

Для всех последовательностей калибровки (A, B, C) вычисляется неопределённость измерений.

Независимо от результата калибровки неопределённость измерений указывается:

при последовательности B – не меньше чем 0,04 % диапазона измерений;

при последовательности C – не меньше чем 0,30 % диапазона измерений.

осоответствии должно быть указано значение:

при последовательности B – не меньше чем 0,06 % диапазона измерений;

при последовательности C – не меньше чем 0,60 % диапазона измерений.

При последовательности калибровки A указываются фактически полученные значения неопределённости измерений и диапазона отклонений.

Оценка неопределенности калибровки

Уравнение (модель) измерений из DKD-R 6-1 Обозначения в тексте соответствуют DKD-R 6-1.

р рпоказаний рэталон δрi

При раздельном рассмотрении результатов измерений при прямом и обратном ходе

pвверх/вниз pпоказ.вверх/вниз pэталон

δpпогр.нуля δpсходимость

10