Методика поверки «ГСОЕИ. Рабочий эталон единицы давления РЭД» (МП 231-0089-2021)

Федеральное государственное унитарное предприятие

«Всероссийский научно-исследовательский институт им. Д.И. Менделеева» ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Государственная система обеспечения единства измерений

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ

МП 231-0089-2021

Руководитель НИО государственных эталонов в области измерений давления

Р.А. Тетерук

Ведущий инженер НИЛ государственных эталонов и научных исследований в области измерений избыточного давления и разности давлений

Ь_______М.Ю. Леонтьев

г. Санкт-Петербург 2021 г.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

• 1.1 Настоящая методика поверки распространяется на рабочий эталон единицы давления РЭД (далее по тексту - РЭД) и устанавливает методы и средства первичной и периодической поверок.

• 1.2 Методикой поверки (далее по тексту - МП) предусмотрена возможность проведения поверки отдельных автономных измерительных блоков (далее по тексту - АБ) из состава РЭД в соответствии с заявлением заказчика с обязательным указанием об объеме проведенной поверки в установленном порядке.

• 1.3 Методика поверки должна обеспечивать прослеживаемость РЭД к Государственному первичному эталону единицы давления - паскаля ГЭТ 23-2010.

• 1.4 Метод, обеспечивающий реализацию методики поверки: непосредственное сличение.

2 ПЕРЕЧЕНЬ ОПЕРАЦИЙ ПОВЕРКИ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1 При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в таблице 2.1.

Таблица 2.1

• 2.2 Поверка прекращается при получении отрицательного результата по р. 7 или 8 настоящей МП.

3 ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ

• 3.1 При проведении операций поверки должны быть соблюдены следующие условия:

температура окружающего воздуха, °C                       от +18 до +22

относительная влажность воздуха, %                         от 40 до 80

атмосферное давление, кПа                                   от 84 до 106,7

в процессе поверки температура окружающего воздуха не должна изменяться более 1 °C в час;

вибрация, тряска, удары, магнитные поля, кроме земного, влияющие на работу и метрологические характеристики приборов, должны отсутствовать.

• 3.2 Перед проведением поверки РЭД следует выдержать при температуре окружающего воздуха в помещении для поверки не менее:

4ч- при разнице температур воздуха в помещении для поверки и местом, откуда вносится поверяемое СИ, более 10 °C;

1 ч - при разнице температур воздуха в помещении для поверки и местом, откуда вносится поверяемое СИ, от 1 до 10 °C.

При разнице указанных температур менее 1 °C выдержка не требуется.

4 ТРЕБОВАНИЯ К СПЕЦИАЛИСТАМ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИМ ПОВЕРКУ

• 4.1 Поверка проводится квалифицированным персоналом лабораторий, аттестованных в установленном порядке.

• 4.2 К поверке допускаются лица, прошедшие инструктаж по безопасности труда и ознакомленные с эксплуатационной документацией на средства поверки и поверяемые средства измерений.

5 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ПОВЕРКИ

• 5.1 При проведении поверки рекомендуются к применению средства поверки (эталоны единиц величин, средства измерений, вспомогательные технические средства), указанные в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Перечень средств поверки, рекомендуемых к применению при проведении поверки

Продолжение таблицы 5.1

• 5.2 Допускается применение средств поверки, не приведенных в рекомендуемом перечне, но обеспечивающих определение (контроль) метрологических характеристик поверяемого средства измерений с требуемой точностью, передачу единицы величины средству измерений при его поверке и прослеживаемость эталонов и средств измерений, применяемых при поверке, к государственным первичным эталонам единиц величин.

6 ТРЕБОВАНИЯ (УСЛОВИЯ) ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ

• 6.1 При поверке должны быть соблюдены требования безопасности труда, производственной санитарии и охраны окружающей среды, изложенные в эксплуатационных документах средств поверки и поверяемого средства измерений.

7 ВНЕШНИЙ ОСМОТР СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

• 7.1 При внешнем осмотре должно быть установлено соответствие РЭД следующим требованиям:

маркировка, обозначения на РЭД должны соответствовать требованиям технической документации;

механические повреждения, влияющие на правильность функционирования и метрологические характеристики должны отсутствовать;

внешний вид должен соответствовать конструктивным требованиям, указанным в эксплуатационной документации;

5 комплектность должна соответствовать комплектности, указанной в технической документации.

Примечание:

• 1)   при наличии сертификатов калибровки на грузы с датой выдачи не более 24 месяцев до даты предоставления РЭД в поверку, грузы допускается не предоставлять;

• 2)   при проведении поверки отдельных АБ из состава РЭД проверка комплектности осуществляется в соответствии с указанными в заявлении на поверку АБ.

• 7.2 При не соответствии РЭД требованиям п. 7.1 настоящей методики, РЭД не подлежит дальнейшей поверке.

8 ПОДГОТОВКА К ПОВЕРКЕ И ОПРОБОВАНИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

• 8.1 Перед опробованием РЭД должны быть выполнены следующие подготовительные работы.

  • 8.1.1  Устройство для создания давления должно быть установлено на горизонтальное основание, исключающее тряску, вибрацию и появление наклонов опорной поверхности.

  • 8.1.2  Устройство для создания давления должно обеспечивать в пределах всего рабочего хода поршня возможность плавного повышения и понижения давления.

  • 8.1.3  Должна быть осуществлена проверка наличия сертификата калибровки на грузы и поршень с грузоприёмным устройством с датой выдачи не более 24 месяцев до даты предоставления РЭД в поверку.

    • 8.1.3.1 Результатом калибровки должны быть условные значения массы грузов, поршня с грузоприемным устройством и дополнительных грузов, а так же расширенная неопределенность измерений массы.

    • 8.1.3.2 Условные значения массы грузов и поршня с грузоприемным устройством должны быть подогнаны в зависимости от значения под номинальное значение массы или под номинальное значение давления с учетом ускорения свободного падения.

    • 8.1.3.3 Условные значения массы грузов, поршня с грузоприемным устройством и дополнительных грузов проверяют взвешиванием на компараторе массы (весах) с применением наборов миллиграммовых и граммовых гирь класса Ei по ГОСТ OIMLR 111-1-2009.

  • 8.1.4 РЭД перед поверкой, после промывания поршневой пары, должен находиться в лаборатории не менее 8 часов.

• 8.2 При опробовании устанавливают соответствие эксплуатационных свойств АБ из состава РЭД требованиям, приведенным ниже.

  • 8.2.1  Соединение поршня с грузоприемным устройством должно исключать взаимное относительное перемещение.

  • 8.2.2  Поршень должен свободно, без затираний вращаться в цилиндре и перемещаться вдоль оси цилиндра.

  • 8.2.3  Грузы должны легко, без заедания, размещаться один на другой на грузоприемное устройство и сниматься без относительного взаимного радиального перемещения.

  • 8.2.4  Герметичность РЭД проверяют при давлении, равном верхнему пределу измерений. При указанном давлении измерительную поршневую систему (далее - ИПС) выдерживают пять минут. В течение последующих двух минут не должно наблюдаться падение давления, при этом изменение температуры воздуха в помещении не должно превышать ±0,1 °C.

• 9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

9.1 Отклонение от перпендикулярности опорной плоскости грузоприемного устройства к оси поршня

• 9.1.1 Отклонение от перпендикулярности опорной плоскости грузоприемного устройства к оси поршня определяют при вертикальном положении ИПС одним из двух способов.

• 9.1.2 Первый способ. На опорную плоскость устанавливают уровень или квадрант в двух взаимно перпендикулярных положениях, не приводя ИПС во вращение.

Разность показаний уровня или квадранта не должна превышать (5').

• 9.1.3 Второй способ. РЭД отключают вентилем от устройства для создания давлений. Устанавливают на штативе индикатор в вертикальное положение. Наконечник индикатора приводят в соприкосновение с опорной плоскостью грузоприемного устройства и рукой приводят во вращение поршень с грузоприемным устройством, наблюдая при этом за перемещением стрелки индикатора.

Опорная плоскость грузоприемного устройства РЭД должна быть перпендикулярной к оси поршня с допускаемым отклонением не более 1,45 мм/м (~5 ')•

Примечание:

Процедуру поверки проводят для указанных в заявлении на поверку АБ.

9.2 Определение продолжительности свободного вращения поршня

• 9.2.1  Продолжительность свободного вращения поршня определяют при помощи секундомера при установке РЭД в среднее рабочее положение с допускаемым отклонением ±1 мм.

• 9.2.2  Поршень РЭД нагружают грузами, создавая давление, равное 20% верхнего предела измерений, и приводят во вращение.

• 9.2.3  За продолжительность свободного вращения поршня принимают интервал времени от момента, соответствующего начальной частоте его вращения, равной (120±10) об/мин, до полной остановки поршня. Начальную частоту вращения поршня определяют при помощи тахометра или подсчетом числа оборотов за 10 с. Для удобства подсчета между грузами следует положить полоску бумаги.

• 9.2.4  Если температура РЭД в момент измерений отличается от 20 °C, то значение продолжительности вращения необходимо привести к температуре 20 °C, пересчитав по формуле:

  

7₂0

где Т20 - приведенное значение продолжительности вращения, с, г - подсчитанное значение продолжительности вращения, с,

7 - значение динамической вязкости рабочей жидкости при измерении, Па с,

Ц20 - значение динамической вязкости рабочей жидкости при измерении при температуре 20 °C, Па с.

Примечание:

Процедуру поверки проводят для указанных в заявлении на АБ.

9.3 Определение скорости опускания поршня

• 9.3.1  Скорость опускания поршня определяют при нагрузке, соответствующей верхнему пределу измерений РЭД. При этом запорный вентиль должен быть перекрыт, РЭД выдержан под нагрузкой не менее 15 минут.

• 9.3.2  Для определения скорости опускания поршня измеряют расстояние, на которое он переместился за некоторый промежуток времени. Расстояние измеряют отсчетным устройством, интервал времени опускания поршня отсчитывают по секундомеру.

• 9.3.3  Если температура РЭД в момент измерений отличается от 20 °C, то значение скорости опускания необходимо привести к температуре 20 °C, пересчитав по формуле:

‘'20=*'—, (2) ^20

где V20 - приведенное значение скорости опускания, мм/мин,

v - измеренное значение скорости опускания, мм/мин.

Примечание:

Процедуру поверки проводят для указанных в заявлении на поверку АБ.

9.4 Определение эффективной площади поршня

• 9.4.1  Эффективную площадь РЭД определяют методом непосредственного сличения РЭД с эталонным манометром. При этом проводят гидростатическое уравновешивание поршней одним из способов:

прямое уравновешивание (без предварительного уравновешивания) масс поршней с грузоприемным устройством и помещенных на них грузов,

уравновешивание масс грузов, помещенных на поршни РЭД и эталонного манометра, при условии предварительного уравновешивания поршней.

• 9.4.2  При прямом уравновешивании поршни РЭД и эталонного манометра необходимо установить так, чтобы в момент их равновесия нижние торцы поршней располагались в одной горизонтальной плоскости. В противном случае необходимо определить расстояние по вертикали между нижними торцами поршней и внести поправку на значение массы столба жидкости. Взаимное положение поршней должно быть определено с погрешностью не более 1 мм.

• 9.4.3  При условии применения метода с предварительным уравновешиванием нет необходимости располагать торцы поршней в одной горизонтальной плоскости.

• 9.4.4  При определении эффективной площади поршня должны быть выполнены следующие требования, приведенные ниже.

  • 9.4.4.1   Поршни эталонного и РЭД должны быть установлены в рабочее положение.

  • 9.4.4.2   Взаимное положение поршней следует контролировать во время их равновесия отсчетными устройствами для наблюдения за положением равновесия.

  • 9.4.4.3   Измерения следует проводить при постепенном увеличении значений давления до верхнего предела диапазона измерений РЭД, а затем при их постепенном уменьшении. Количество точек давления для прямого и обратного хода должно быть не менее 5.

  • 9.4.4.4   Погрешность определения действительных значений масс поршня с грузоприёмным устройством и грузов РЭД при определении эффективной площади поршня не должны превышать 0,05 d_nOe (где 0,05 dnoe- предел допускаемой погрешности РЭД, %), а для грузов массой менее 50 г погрешность не должна превышать 0,1 d_noe или 1 мг в зависимости от того, что больше.

Примечание: при отклонении действительных значений масс грузов от номинальных значений, не превышающем значения допускаемой погрешности определения массы, т.е. 0,2 dnoe, в протокол поверки записывают их номинальную массу. В противном случае учитывают действительное значение массы грузов.

• 9.4.4.5  Для уравновешивания поршней на грузоприёмные устройства РЭД и эталонного манометра помещают грузы соответствующей массы, необходимой для создания требуемого значения давления, затем приводят их во вращение с частотой не менее 30 оборотов в минуту. Равновесие считают достигнутым, если не наблюдается взаимное изменение положения поршней.

• 9.4.4.6  При определении эффективной площади ИПС без предварительного уравновешивания отношение масс А, при каждом отдельном уравновешивании поршней с учетом массы столба рабочей среды под поршнем ЭК определяют по формуле:

^m,-Pc ^F,_na. ^h+m,r_l

а с учетом массы столба рабочей среды под поршнем РЭД по формуле:

4 =------------------------------,                         (4)

где т_э и т_пов - действительная масса поршня с грузоприемным устройством эталонного манометра и РЭД соответственно, кг;

mri и тпов п - действительная масса грузов и гирь при /-м уравновешивании, нагружаемых на эталонный манометр и РЭД соответственно, кг;

F? но.м и F_noe ном - номинальные значения приведенных площадей ИПС эталонного манометра и РЭД соответственно, м²;

h - расстояние между нижними торцами поршней эталонного манометра и РЭД, м; h > 0, если нижний торец поршня эталонного манометра ниже торца поршня РЭД;

р_с - плотность рабочей среды, кг/м³;

qt - поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры и деформации на показания эталонного манометра и РЭД, определяемый по формуле:

q<~/ ^_*^_бя/э+ С12э)(1эг20 С)~(Щпов+ О-2пов)( tnoe i~20°C)+(рэ~ [3noe)pi,                 (5)

где а/_э и «2э - температурные коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня эталонного манометра, °C'¹;

а/лов и а2пов - температурные коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня РЭД, °C*¹;

tnoe i и /_э j - температура РЭД и эталонного манометра соответственно при /-м уравновешивании, °C;

р, - номинальное давление при z-м уравновешивании, Па;

Л И /Злое - коэффициенты деформации поршня и цилиндра от давления эталонного манометра и РЭД соответственно, Па'¹.

Поправочным коэффициентом q, пренебрегают, если его значение не превышает 10% предела допускаемой погрешности РЭД.

По результатам значений А, определяют среднее отношение масс с учетом массы столба рабочей среды под поршнем эталонного манометра по формуле:

А =~Г-^---------------’

X(^m3-Pc'F_3HOM-h + m_3n)

i=\

а с учетом массы столба рабочей среды под поршнем РЭД по формуле:

⁺ Рс ■        ■^{h +}        9,

/=1

п

Х^<т=^+т^)

где п - число поверяемых точек.

• 9.4.4.7 При определении эффективной площади ИПС по способу с предварительным уравновешиванием перед началом измерений проводят предварительное уравновешивание поршней эталонного манометра и РЭД путем накладывания тарировочных грузов, которые затем не снимают с грузоприемных устройств. Суммарные массы поршней с грузоприемными устройствами и грузов, помещенных при предварительном уравновешивании, при определении эффективной площади не измеряют и не учитывают.

Дальнейший порядок измерений такой же, как и при способе без предварительного уравновешивания.

Отношение масс Л; при каждом отдельном уравновешивании поршней по этому способу определяют по формуле:

(8)

а среднее отношение масс А - по формуле:

(9)

• 9.4.4.8  Эффективную площадь РЭД F_noe определяют по формуле:

= (10) где Fnoe — значение эффективной площади ИПС эталонного манометра, см². Примечание:

Процедуру поверки проводят для указанных в заявлении на поверку АБ.

9.5 Определение порога реагирования

• 9.5.1 Порог реагирования определяют при последнем уравновешивании, т.е. при давлении, соответствующем верхнему пределу измерений РЭД. При окончании уравновешивания поршень РЭД дополнительно нагружают гирями, масса которых не превышает (0,1дпоет_тах)/100 %, где т_тах - масса грузов РЭД, соответствующая верхнему пределу измерений, кг.

Примечание:

Процедуру поверки проводят для указанных в заявлении на поверку АБ.

10 ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СООТВЕТСТВИЯ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ТРЕБОВАНИЯМ

• 10.1 Обработка результатов измерений.

Обработку результатов измерений проводят в соответствии с указанными в заявлении на поверку АБ.

• 10.1.1 Результат проверки отклонения от перпендикулярности опорной плоскости грузоприемного устройства к оси поршня считают положительным, если полученное значение не превышает значений, указанных в п. 9.1.

• 10.1.2 Результат проверки продолжительности свободного вращения поршня, приведенной к температуре 20 °C, считают положительным, если полученное значение по п. 9.2 соответствует значениям, приведенным в таблице 10.1.

Таблица 10.1 - Значения продолжительности свободного вращения поршня

• 10.1.3 Результат проверки скорости опускания поршня считают положительным, по п. 9.3 не превышает значений, указанных в таблице 10.2.

Таблица 10.2 - Значения скорости опускания поршня

• 10.1.4 Для оценки точности полученных значений эффективной площади поршня вычисляют среднее квадратическое отклонение Sf результата в последовательности, приведенной ниже.

При каждом значении давления определяют разность отношений масс д', по формуле:

8, = А,-А.                                 (11)

Среднее квадратическое отклонение определяют по формуле:

_F S_F=-^-\^—-lWA>.                 (12)

^F_m I «-1

Среднее квадратическое отклонение результата определения эффективной площади поршня не должны превышать значений, указанных в таблице 10.3.

Таблица 10.3 - Значения среднего квадратического отклонения

Предельное отклонение значений эффективной площади поршня РЭД от номинального значения не должны превышать значений, указанных в таблице 10.4.

Таблица 10.4 - Значения предельного отклонения от номинального значения

• 10.1.5 Результат проверки порога реагирования считают положительным, если при перемещении добавочных гирь равновесие поршней нарушится, а значение, полученное по п. 9.5, не превышает значений, указанных в таблице 10.5.

Таблица 10.5 - Значения порога реагирования

• 10.2 Критерии соответствия средства измерений метрологическим требованиям.

  • 10.2.1 Проверка соответствия РЭД метрологическим требованиям осуществляется для указанных в заявлении на поверку АБ.

  • 10.2.2 При соблюдении всех требований пп. 10.1.1-10.1.5 пределы допускаемой основной погрешности РЭД не должны превышать значений, установленных в описании типа, и РЭД будет соответствовать требованиям, предъявляемым к рабочему эталону класса точности 0,005 согласно поверочной схеме «Государственная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 4000 МПа», утвержденной Приказом Росстандарта № 1339 от 29.06.2018 г. Результаты поверки считаются положительными.

  • 10.2.3 При несоответствии поверяемого АБ из состава РЭД любому требованию пп. 10.1.1-10.1.5 соответствующую ИПС разбирают, снова собирают, повторяют операции по пп. 9.1-9.5. Если в этом случае значения контролируемых характеристик превышают предельные значения, то результаты считаются отрицательными.

11 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

• 11.1 Результаты поверки подтверждаются сведениями о результатах поверки в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений.

• 11.2 При положительных результатах поверки, в соответствии с заявлением владельца средства измерений или лица, представившего средство измерений, оформляется свидетельство о поверке, с указанием состава средства измерений (приводится печень АБ и их заводские номера) и диапазонов, на которых поверено средство измерений, и (или) на средство измерений наносится знак поверки, и (или) в паспорт средства измерений вносится запись о проведенной поверке, заверяемая подписью поверителя с расшифровкой подписи (фамилия, инициалы), наносится знак поверки и указывается дата поверки.

• 11.3 При отрицательных результатах поверки, выдают извещение о непригодности к применению средства измерений.

• 11.4 Результаты измерений заносят в протокол произвольной формы.