Методика поверки «ГСИ. Системы термометрии волокно-оптические распределенного типа Astro E5» (МП 010.ФЗ-19)

УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора ФГУП «ВНИИОФИ»

Государственная система обеспечения единства измерений

СИСТЕМЫ ТЕРМОМЕТРИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ТИПА ASTRO Е5

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ

Главный метролог

С.Н. Негода

ФГУП ЗИИОФИ»

« 21 » марта 2019 г.

Москва

2019 г.

Настоящая методика распространяется на системы термометрии волоконно-оптические распределенного типа ASTRO Е5 (далее - системы) и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверки. Системы предназначены для измерений распределения по расстоянию (длине) температуры в оптическом волокне.

Интервал между поверками - 4 года.

• 2.1 При проведении первичной и периодической поверок должны быть выполнены операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1 - Операции поверки

• 2.2 При получении отрицательных результатов при проведении хотя бы одной операции поверка прекращается.

• 2.3 Поверку средств измерений осуществляют аккредитованные в области обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели.

• 3.1 При проведении первичной и периодической поверок применяются средства поверки, указанные в таблице 2.

Таблица 2 - Средства поверки

• 3.2 Допускается применение других средств поверки, обеспечивающих определение необходимых метрологических характеристик поверяемых средств измерений с требуемой точностью.

• 3.3 Средства измерений, используемые при проведении поверки, должны быть поверены и аттестованы в установленном порядке.

К проведению поверки допускаются лица изучившие настоящую методику и руководства по эксплуатации (РЭ) поверяемой системы и средств поверки, а также правила содержания и применения ГЭТ, имеющие квалификационную группу не ниже III в соответствии с правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, указанных в приложении к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.13 № 328Н, и имеющие опыт работы с высокоточными средствами измерений в области волоконно-оптических систем передачи информации, прошедших обучение на право проведения поверки по требуемому виду измерений.

• 5.1   При проведении поверки соблюдают требования, установленные ГОСТ Р 12.1.031-2010, ГОСТ 12.1.040-83, правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, указанными в приложении к приказу Министерства труда и социальной защиты РФ от 24.07.13 № 328Н, нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров ГОСТ 31581-2012. Оборудование, применяемое при поверке, должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-91. Воздух рабочей зоны должен соответствовать ГОСТ 12.1.005-88 при температуре помещения, соответствующей условиям испытаний для легких физических работ.

• 5.2 Система электрического питания прибора должна быть защищена от колебаний и пиков сетевого напряжения, искровые генераторы не должны устанавливаться вблизи прибора.

• 5.3 Помещение, в котором проводится поверка, должно соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.

• 6.1 Все этапы поверки, за исключением особо оговоренных, проводят при следующих

условиях:

6.2 Помещение, где проводится поверка, должно быть чистым и сухим, свободным от пыли, паров кислот и щелочей. Допускаемый перепад температуры при проведении поверки -не более 2 °C.

• 6.3 В помещении не допускаются посторонние источники электромагнитного излучения, мощные электрические и магнитные поля.

• 7.1 Оптические разъемы поверяемой системы и средств поверки очищают безворсовой салфеткой, смоченным изопропиловым спиртом ГОСТ 9805-84. Протирают торцы волоконно-оптических кабелей, используемых при проведении поверки.

• 7.2 Выдерживают испытуемые системы в условиях, указанных в п. 6.1 настоящей методике поверки, не менее 2 часов.

• 7.3 Включают питание всех приборов, используемых при поверке в соответствии с их руководствами по эксплуатации. Проводят прогрев всех включенных приборов в течение 2 часов.

• 8 Проведение поверки

• 8.1.1 Комплектность поверяемой системы должна соответствовать комплектности приведенной в нормативной документации (руководство по эксплуатации и описание типа).

• 8.1.2 При внешнем осмотре должно быть установлено:

• - наличие маркировки, подтверждающей тип и идентифицирующей поверяемую систему;

• - отсутствие на наружных поверхностях поверяемой системы повреждений, влияющих на её работоспособность;

• - отсутствие ослаблений элементов конструкции, сохранность пломб, чистота разъемов;

• - целостность волоконно-оптических кабелей и разъемов поверяемой системы.

• 8.1.3 В случае обнаружения механических повреждений или нарушения целостности волоконно-оптических кабелей и разъемов необходимо связаться с производителем системы с помощью контактной информации, указанной в РЭ, указать характер повреждений и определить работоспособность прибора. Если система не работоспособна - дальнейшие операции поверки не проводят.

• 8.1.4 Система считается прошедшей операцию поверки, если корпус, внешние элементы, органы управления и индикации не повреждены, отсутствуют механические повреждения и ослабления элементов конструкции, а комплектность поверяемой системы соответствует разделу «Комплектность» её руководства по эксплуатации.

• 8.2.1 Подготавливают поверяемую систему к работе согласно её РЭ.

• 8.2.2 Запускают на персональном компьютере (ПК) программное обеспечение (ПО) поверяемой системы.

• 8.2.3 Система считается прошедшей операцию опробования, если ПО системы запускается, на дисплее ПК из состава системы отображается меню ПО в соответствии с РЭ на системы.

• 8.3.1 Проверяют соответствие заявленных идентификационных данных ПО сведениям, приведенным в описании типа на системы. Для этого включают систему, выбирают в меню ПО строку «About».

• 8.3.2 Система считается прошедшей операцию поверки, если идентификационные данные ПО соответствуют значениям, приведенным в таблице 3.

Таблица 3 - Идентификационные данные ПО

8.4 Определение метрологических характеристик

• 8.4.1.1 Для определения диапазона измерений длины и расчёта абсолютной погрешности измерений длины поверяемой системой предварительно измеряют длину образцов оптического волокна (ОВ) с помощью комплекса средств измерений для воспроизведения и передачи единиц длины и времени распространения сигнала в световоде из состава ТЭТ 170-2011. Выбирают рабочую длину волны 1550 нм. Для модификации поверяемой системы с одномодовым типом оптического волокна (ОВ) используют ОМ образцы ОВ, для модификаций систем с многомодовым типом ОВ используют ММ образцы ОВ. Температуру образцов устанавливают равной (23 ± 1) °C, значение показателя преломления ОВ используют 1,478 для ММ ОВ и 1,4682 для ОМ ОВ. Для термостабилизации образцов ОВ используют термостат воздушный лабораторный ТВЛ-К (150) в соответствии с его РЭ. Измеряют длину образцов в соответствие с правилами содержания и применения ТЭТ 170-2011 и фиксируют полученные значения длин образцов ММ ОВ Llref и L2ref с номинальной длиной 0,01 и 16,0 км или образцов ОМ ОВ Llref и L2ref с номинальной длиной 0,8 и 80 км соответственно.

• 8.4.1.2 Собирают установку согласно схеме, представленной на рисунке 1. В случае многомодовой (ММ) поверяемой системы для определения нижней границы диапазона используют образец ОВ с номинальным значением длины 0,01 км, в случае с одномодовой 0,8 км. Образец ОВ помещают в воздушный термостат. Подключают образец ОВ одним концом к поверяемой системе. Термостат нагревают до температуры (23 ± 1) °C и выдерживают в нём образец ОВ в течение 2 часов.

----------_П

3          ¹

I             ⁰             I

I                                                                    I

I_________I

1 - поверяемая система; 2 - образец ОВ; 3 -термостат воздушный Рисунок 1 - Схема установки для определения диапазона и абсолютной погрешности измерений длины

• 8.4.1.3 Измеряют длину образца ОВ с помощью поверяемой системы в соответствии с её РЭ. Для этого в настройках ПО системы выбирают длительность измерений 60 с, длину линии устанавливают в соответствии с длиной используемого образца ОВ и запускают измерения температуры образца ОВ нажав кнопку «Начать сбор данных». Результатом измерений являются зависимость температуры от длины ОВ (термограмма) и зависимость амплитуды сигнала от длины ОВ (рефлектограмма). При определении диапазона и абсолютной погрешности измерений длины используют рефлектограмму. Измерения проводят 10 раз и фиксируют значения длины Li, м, где i=(l;10), за которые принимают участок на полученной рефлектограмме от выходного разъёма поверяемой системы до точки начала отражения излучения от выходного торца на конце образца ОВ (см. п.3.4.4.3 РЭ на поверяемую систему).

• 8.4.1.4 Вычисляют среднее арифметическое измеренных значений длины образца ОВ L, м, по формуле:

  

  п

  

где п - количество измерений (п=10).

• 8.4.1.5 Вычисляют среднее квадратическое отклонение (СКО) результатов измерений (п=10) длины S, м, поверяемой системой по формуле:

  

(2)

• 8.4.1.6 Вычисляют неисключённую систематичекую погрешность (НСП) измерений длины поверяемой системой 0, м, по формуле:

0 = |£-Zj,                            (3)

где L_ref - эталонное значение длины образца ОВ, м, равное Ll_ref в случае нижнего края диапазона и L2_ref в случае верхнего, определённые в п.8.4.1.1.

• 8.4.1.7 Вычисляют абсолютную погрешность измерений длины Al, м, поверяемой системы по формуле:

  

(4)

где Д_£ - абсолютная погрешность измерений длины образцов ОВ в соответствии с паспортом ГЭТ, м.

• 8.4.1.8 Повторяют операции по 8.4.1.2-8.4.1.7 для верхней границы диапазона измерений длины с помощью образцов ОВ с номинальным значением длины 16 км в случае ММ поверяемой системы и 80 км в случае ОМ.

• 8.4.1.9 Система считается прошедшей операцию поверки, если значения диапазона измерений длины и абсолютной погрешности измерений длины поверяемой системы не превышают соответствующих пределов, указанных в таблице 4 метрологических характеристик систем.

Таблица 4 - метрологические характеристики систем в части измерений длины

• 8.4.2.1 Пространственное разрешение системы определяется длиной переходного участка рефлектограммы между образцами ОВ, нагретыми до разных температур с отличием более 20 °C. Для определения пространственного разрешения системы собирают установку, схема которой приведена на рисунке 2. Для ММ систем подключают образец ММ ОВ длиной 1,5 км к поверяемой системе. Участок образца ММ ОВ длиной 1 км оставляют на столе при комнатой температуре, а следующий за ним участок ОВ длиной 150 метров помещают в воздушный термостат. Для ОМ систем подключают образец ОМ ОВ длиной 25 км к поверяемой системе. К образцу ОМ ОВ длиной 25 км присоединяют образец ОМ ОВ длиной 10 км, помещённый в воздушный термостат. Нагревают участок ОВ в термостате до температуры, отличающейся от

комнатной на 20 ^СС в сторону увеличения. Температуру в термостате контролируют с помощью измерителя температуры двухканального прецизионного МИТ 2.05 и термометра сопротивления ТСПВ-1. Выдерживают образец ОВ в термостате в течение не менее 1 часа.

I                                                               I

1 - поверяемая система; 2 - образец ОВ при комнатной температуре; 3 - образец ОВ в термостате; 4 - термостат воздушный; 5 - измеритель температуры двухканальный МИТ 2.05; 6 -эталонные термометры сопротивления

Рисунок 2 - Схема установки для определения пространственного разрешения системы

• 8.4.2.2 Проводят измерения температуры собранной трассы ОВ с помощью поверяемой системы в течение не менее 600 сек. Сохраняют и фиксируют полученный результат измерений распределенной температуры Ti(Lj), °C, где i - точки отсчёта рефлектограммы. По завершению измерений определяют средние температуры участков ММ ОВ на длине 150 м, а ОМ ОВ 4000 м, до и после точки перепада температур Ti, °C и Тг, °C, соответственно по формулам:

7]= =-----,                                  (5)

,                                                 (6)

где ш и П2, м - точки отсчёта на термограмме, соответствующие началу и концу линейного участка ММ ОВ длиной 150 м или ОМ ОВ длиной 4000 м до температурного перепада;

пз и пл, м - точки отсчёта на термограмме, соответствующие началу и концу участка ОВ длиной 150 м после температурного перепада.

• 8.4.2.3 По полученным средним значениям температур Ti и Т2, °C, двух участков ОВ вычисляют критические границы, равные 10 % и 90 % от температурного перепада T_Kpi и Т_кр2, °C, по формулам:

T^=T_l+(T₂-T,)0,\,                             (7)

^2 = ^+(7’2-7’,)-0,9.                                 (8)

где Т_кр1 - нижняя критическая граница (10 % от температурного перехода), °C;

Т_кр2 - верхняя критическая граница (90 % от температурного перехода), °C.

• 8.4.2.4 Определяют значения пространственных координат L_Kpi и Ь_кр2, м, соответствующих точкам на термограмме Т_кр1 и Т_кр2, °C (см. рисунок 3), по формулам:

, А^-ту^-ь,) _{t г} ~ т —Т ⁺  »

где i - номер ближайшей точки на термограмме слева к полученному значению T_Kpi.

“     Т -Т        J⁹

Jj+l ^lJ

где) - номер ближайшей точки на термограмме слева к полученному значению Т_кр2.

Рисунок 3 - Графическое изображение точек для определения пространственного разрешения

• 8.4.2.5 Вычисляют значение пространственного разрешения AL, м, по формуле:

= ^2 ~ (11)

• 8.4.2.6 Проводят операции по 8.4.2.1-8.4.2.4 с образцом ОВ длиной 16 км в случае ММ систем.

• 8.4.2.7 Система считается прошедшей операцию поверки, если полученные значения пространственного разрешения AL, м, не превышают соответствующих пределов, указанных в таблице 5 метрологических характеристик систем.

Таблица 5 -

систем в части

* - пространственное разрешение (S) для многомодовых систем указано для значений длины до 1000 м; для значений длины более 1000 м пространственная разрешающая способность определяется по формуле S’= S+(L-1000)-10^-4, где L - длина оптического волокна, м

• 8.4.3.1 В связи с использованием разных измерительных волоконно-оптических линий для работы поверяемых систем перед проведением измерений необходимо выполнить процедуру подстройки поверяемой системы под используемую для поверки волоконную линию.

Для ММ систем собирают установку согласно схеме рисунка 4. Волоконная линия включает в себя три участка ОВ по 150 м свободной намотке и участок длиной 1 км, которые вместе являются образцом ОВ номинальной длиной 1,5 км с акрилатным покрытием. Под свободной намоткой понимается ОВ, смотанное в бухту радиусом не менее 10 см, скреплённое полиимид-ным скотчем (термостойким). Линия состоит из участков 2, 3 и 5 по 150 м (см. рисунок 4 позиции 2, 3, 5) и участка 4 длиной 1 км. Между участками 2, 3 и 4 желательно отсутствие оптических сварок, поэтому их можно просто смотать с образца ОВ длиной 1,5 км, между участками 4 и 5 допускается сварное соединение. На конце линии необходимо с помощью сварки установить терминатор - отрезок одномодового волокна, смотанный в кольцо с минимально возможным радиусом.

Для ОМ систем собирают установку согласно схеме рисунка 5. Волоконная линия включает в себя два участка ОВ 10 и 25 км на катушках соединенных между собой с помощью сварки. На конце линии также должен быть терминатор, установленный при помощи сварки.

Измерения производят для стандартного диапазона измерений температуры поверяемой системы с временем усреднений 600 сек.

• 8.4.3.2 В климатической камере 6 устанавливают температуру минус 55 °C, а в воздушном термостате 7 устанавливают температуру плюс 35 °C. Выдерживают образцы ОВ в течение 2 часов. Далее производят одно измерение в соответствие с РЭ на поверяемую систему. После чего в программе ASTRO DTS Client открывают вкладку «Поверка». Для ММ системы указывают в формах 3-х свободно намотанных участков ОВ длиной 150 м соответствующие температуры согласно показаниям измерителя температуры 8 с подключенными к нему термометрами сопротивления 9 и нажимают кнопку “Настроить”. Для ОМ систем указывают в формах 2-х катушек ОМ ОВ соответствующие температуры согласно показаниям измерителя температуры 8 с подключенными к нему термометрами сопротивления 9 и также нажимают кнопку “Настроить”. Программа выдаст всплывающее сообщение о статусе выполненной настройки (Успеш-но/Неуспешно). В случае «неуспешно» необходимо прекратить поверку и обратиться к изготовителю систем с описанием проблемы. В случае «успешно» можно переходить к следующему пункту процедуры поверки.

• 8.4.3.3 Проводят 10 измерений температуры образца ОВ с помощью МИТ 2.05 и поверяемой системы в соответствии с их РЭ. Результатом измерений температуры с помощью поверяемой системы является среднее значение температуры Тх, °C, на длине участка ОВ 100 м для ММ систем и 4000 м для ОМ систем.

  

1 - поверяемая система; 2 - участок образца ОВ длиной 150 м; 3 - участок образца ОВ длиной 150 м; 4 - образец ОВ длиной 1,0 км; 5 - участок образца ОВ длиной 150 м; 6 - климатическая камера; 7 - термостат воздушный; 8 - измеритель температуры двухканальный МИТ 2.05; 9 -эталонные термометры сопротивления

Рисунок 4 - Схема установки для определения диапазона и абсолютной погрешности измерений температуры ММ систем

• 8.4.3.4 Повторяют операции п.8.4.3.3 для значений температуры в климатической камере в диапазоне от минус 55 до плюс 80 °C для ММ систем и от минус 55 до плюс 100 °C для ОМ систем с шагом в соответствии с таблицей 6. Фиксируют полученные значения результатов измерений температуры в климатической камере Tx_mit_i9 °C, температуры образца ОВ, измеренных системой Tx_t, °C, где i=( 1; 10). По результатам измерений заполняют таблицу 6.

  

1 - поверяемая система; 2 - участок образца ОВ длиной 10 км; 3 - участок образца ОВ длиной 25 км; 4 - климатическая камера; 5 - термостат воздушный; 6 - измеритель температуры двухканальный МИТ 2.05; 7 - эталонные термометры сопротивления

Рисунок 5 - Схема установки для определения диапазона и абсолютной погрешности измерений температуры ОМ систем

Таблица 6 - Результаты измерений температуры

• 8.4.3.5 Среднее значение температуры образца ОВ Тхсред, °C (х - номинальное значение измеряемой температуры), вычисляют по формуле:

Тх _ сред = —---,

п

где п - количество измерений (п=10).

• 8.4.3.6 Среднее значение температуры в термостате Tx_ref, °C (х - номинальное значение измеряемой температуры), вычисляют по формуле:

Тх ref = —-------,

п

ЪАЗ.1 СКО результатов измерений температуры с помощью поверяемой системы St, °C, вычисляют по формуле:

5 =---!--У(Тх,-Тх сред)²

• 8.4.3.8 СКО результатов измерений температуры с помощью МИТ-2.05 St_ref, °C, вычисляют по формуле:

S, ⁼ V / n' TS^Tx-^mit> ~ ^Тх-^ге/У

• 8.4.3.9 Неисключённая систематическая погрешность (НСП) измерений температуры с помощью поверяемой системы - это разность между средним значением температуры в жидкостном термостате и средним значением температуры образца ОВ, измеренной с помощью поверяемой системы. НСП измерений температуры с помощью поверяемой системы, 0_t, °C, вычисляют по формуле:

0, =\Тх _ сред-Тх _ ref \                           (16)

• 8.4.3.10 Значение абсолютной погрешности измерений температуры поверяемой системы Ат, °C, вычисляют по формуле:

  

  & мит ⁺ ^тспв ⁺     _|_ 5 ² _|_ 5    ²

  (17)

где Амит - значение абсолютной погрешности измерений температуры с помощью измерителя температуры МИТ 2.05 (см. таблицу 2), °C;

Атсп - значение абсолютной погрешности измерений температуры с помощью термометра сопротивления типа ТСПВ-1 с номинальным сопротивлением 100 Ом (см. таблицу 2), °C.

• 8.4.3.11 Проводят операции по 8.4.3.3 - 8.4.3.10 для времени измерений 60 секунд.

• 8.4.3.12 По требованию заказчика для ММ систем проводят измерения по 8.4.3.2 -8.4.3.11 в точке плюс 120 °C с использованием образца ОВ номинальной длиной 1,5 км с поли-имидным защитным покрытием с целью определения абсолютной погрешности измерений температуры в повышенном диапазоне.

• 8.4.3.13 По требованию заказчика для ММ систем проводят измерения по 8.4.3.2 -8.4.3.11 в точке плюс 300 °C с использованием образца ОВ номинальной длиной 1,5 км со специальным защитным покрытием с целью определения абсолютной погрешности измерений температуры в расширенном диапазоне. Для точки плюс 300 °C используют термокамеру ШС-80-01 вместо климатической камеры.

• 8.4.3.14 Система считается прошедшей операцию поверки, если все полученные значения абсолютной погрешности Ат, °C, не превышают соответствующих пределов, а диапазон измерений температуры соответствует значениям, которые указаны в таблице 7 метрологических характеристик систем.

Таблица 7 - метрологические характеристики систем в части измерений температуры

• 9.1 Результаты измерений при поверке заносят в протокол (форма протокола приведена в приложении А настоящей методики поверки).

• 9.2 При положительных результатах поверки система признается годной к дальнейшей эксплуатации. На неё выдаётся свидетельство о поверке установленной формы с указанием полученных по п.п. 8.4.1 - 8.4.3 фактических значений метрологических характеристик системы и наносят знак поверки (место нанесения указано в описании типа) согласно Приказу Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №1815 от 02.07.2015 «Об утверждении Порядка проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке», и системы допускают к эксплуатации.

• 9.3  Система, прошедшая поверку с отрицательным результатом, признаётся непригодной, не допускается к применению и на неё выдается извещение о непригодности с указанием причин. Свидетельство о предыдущей поверке и знак поверки аннулируют и выписывают «Извещение о непригодности» с указанием причин в соответствии с требованиями Приказа Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №1815 от 02.07.2015.

  

  К.Б. Савкин

  А.К. Митюрев

Начальник лаборатории Ф-3

Старший научный сотрудник лаборатории Ф-3

ПРИЛОЖЕНИЕ А к методике поверки МП 010.ФЗ-19 «Системы термометрии волоконно-оптические распределенного типа ASTRO Е5»

ПРОТОКОЛ

первичной / периодической поверки от «_______»____________20__года

Средство измерений: «Системы термометрии волоконно-оптические распределенного типа ASTRO Е5»

Наименование системы, тип

Зав. №________№/№__________________

Заводские номера блоков

Принадлежаще е______________________________

Наименование юридического лица, ИНН

Поверено в соответствии с методикой поверки МП 010.ФЗ-19 «ГСП. Системы термометрии

волоконно-оптические распределенного типа ASTRO Е5. Методика поверки», утверждённой

ФГУП «ВНИИОФИ» «25» марта 2019 г._____________________________________

Наименование документа на поверку, кем утвержден (согласован), дата

С применением эталонов

(наименование, заводской номер, разряд, класс точности или погрешность)

При следующих значениях влияющих факторов:

(приводят перечень и значения влияющих факторов, нормированных в методике поверки)

• - температура окружающей среды, °C                      от +15 до +25;

• - относительная влажность воздуха, не более %              75

• - атмосферное давление, кПа                               от 96 до 104

Внешний осмотр:______________________________________________________________

Опробование:_________________________________________________________________

Подтверждение соответствия программного обеспечения:____________________________

Получены результаты поверки метрологических характеристик:

Рекомендации_____________________________________________

Средство измерений признать пригодным (или непригодным) для применения

Исполнители:_____________________________________________________

подписи, ФИО, должность