Ускоренная поверка счетчиков расхода воды

В. А. Гогин, директор, Ю. М. Макаров, начальник сектора, ФГУ «Татарстанский ЦСМ», А. С. Вербицкий, ведущий научный сотрудникМосводоканалНИИпроект, А. Г. Горохов, директор ООО «Водоучет»


Хорошо известные стандартные [1] методы поверки счетчиков воды основаны на определении погрешностей измерения нескольких, как правило трех, различных расходов воды (м3/ч), расположенных внутри диапазона измерений того или иного типа и калибра (диаметра) счетчиков. Эти методы позволяют с высокой степенью точности характеризовать качество технологий производства или ремонта счетчиков – положительный результат поверки служит основанием для допуска счетчика к эксплуатации. Однако такие методы поверки не полностью соответствуют нормам Закона РФ от 27 апреля 1993 года№4871-I «Об обеспечении единства измерений», который предусматривает, что «государственный метрологический контроль и надзор» (ст. 12, ч. 2) осуществляется не только «за выпуском, состоянием и применением средств измерений», но и «за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций» (ст. 12, ч. 3).


При этом сфера распространения государственного метрологического контроля и надзора охватывает любые «торговые операции и взаимные расчеты между покупателем и продавцом» (ст. 13), а значит и расчеты за приобретаемую покупателями воду питьевого качества (холодную и горячую). Поэтому необходимо введение дополнительных метрологических норм, которые могли бы характеризовать не только погрешность измерения поверочного объема воды при различных расходах, но и общего количества (объема) воды, прошедшей через счетчик за все время измерения при различных значениях расходов, изменявшихся во всем диапазоне измерения. Ведь именно общее количество воды (определяется в м3 по разности показаний счетчика в конце и в начале расчетного периода) является «количеством товара, отчуждаемого» при продаже воды и подлежит оплате покупателем продавцу, которые и должны в соответствии с указанным законом иметь оценки точности выполняемых «взаимных расчетов».


Именно поэтому еще в 1983 году при разработке методов поверки счетчиков воды [1] была введена «среднеинтегральная относительная погрешность» (п. 3.4.7), которая, по сути, и является погрешностью измерения количества воды. Следует заметить, что позднее (в 1994 году) необходимость использования погрешности измерения количества воды (дополнительно к погрешностям измерения отдельных расходов) была отмечена и в работах американских специалистов [5], которые на базе оценок таких погрешностей делают сопоставление затрат на поверку счетчиков при различных межповерочных интервалах с потерями потребителей (или поставщиков) при оплате воды.


Необходимо также указать и на то, что в постановлении Правительства Москвы от 10.02.04 года № 77-ПП «О мерах по улучшению системы учета водопотребления и совершенствованию расчетов за холодную, горячую воду и тепловую энергию в жилых зданиях и объектах социальной сферы города Москвы» предусмотрено использовать для оценки погрешности расчетов за горячую и холодную воду значения среднеинтегральных относительных погрешностей. Для этого в прил. 1 к указанному постановлению введено требование (п. 7.7) о том, что применяемые в Москве квартирные счетчики горячей и холодной воды должны проходить первичную поверку «в соответствии с требованиями ГОСТ 8.156 (п. 3) иМИ 1592-99». Кроме того, в соответствии с п. 7.8 необходимо, чтобы «в технической документации (паспорте) приборов учета холодной и горячей воды [было бы] указано, что темп изменения среднеинтегральной погрешности приборов учета холодной и горячей воды в процессе их эксплуатации соответствует требованиям ГОСТ 8.156 (п. 3.4.8) и МИ 1592-99». Здесь важно заметить, что используя среднеинтегральные относительные погрешности достаточно просто оценивать качество измерений не только для новых счетчиков, но и счетчиков, находящихся в эксплуатации различное время и измеривших за это время различное количество воды.


Согласно [1], среднеинтегральную относительную погрешность определяют как сумму пяти произведений относительных погрешностей и соответствующих им весовых коэффициентов, каждый из которых относится к одному из пяти поверочных расходов. Эти весовые коэффициенты являются относительными количествами воды (в долях общего, измеряемого за время поверки количества воды, которое принимается равным 1), прошедшей через счетчик при том или ином значении поверочного расхода воды. Численные значения таких весовых коэффициентов определяются на базе математической модели режимов водоразбора в зданиях различного назначения [2, 3, 4]. Указанная модель описывает ранжированные ряды расходов воды, что вполне допустимо при определении погрешности измерения количества воды. В этих рядах реально наблюдаемая последовательность расходов воды (так называемый график водопотребления) заменяется такой последовательностью расходов, в которой расходы располагаются в порядке возрастания их величин – от минимальных до максимальных. В таких рядах полностью сохраняются основные особенности исходных графиков водопотребления – средний расход, диапазон изменения расходов, относительное время превышения тех или иных расходов, дисперсия расходов. Для целей настоящей статьи ранжированные ряды расходов воды далее будут называться загрузочными кривыми для различных калибров счетчиков.


Для ускорения и упрощения поверок счетчиков воды в соответствии с требованиями действующего стандарта ГОСТ 8.156 и постановления Правительства Москвы от 10.02.04 года№77-ПП, ФГУ «Татарстанский ЦСМ», при участии специалистов ряда других организаций разработана автоматизированная установка «АКВА-15», обеспечивающая поверку всех типов отечественных и зарубежных крыльчатых счетчиков воды.


Метод поверки, реализуемый в установке «АКВА»*, позволяет определять среднеинтегральную относительную погрешность счетчиков при изменении расхода во всем диапазоне по заданной весовой функции, соответствующей любой заданной загрузочной кривой счетчиков воды, в том числе соответствующей данным ранее проведенных исследований режимов водопотребления на различных объектах [2, 3, 4].


Способ поверки счетчиков, реализуемый в автоматизированной поверочной установке «АКВА», заключается в установке и поддержании в начальной части гидравлического тракта установки только одного расхода, равного номинальному поверочному расходу для конкретного калибра счетчика. Далее этот общий поток разделяется между двумя параллельными испытательными участками, в которых установлены поверяемые счетчики. Одна из основных особенностей установки «АКВА» состоит в циклическом (несколько раз за время поверки) изменении потока в каждом испытательном участке с помощью особого устройства – устройства регулирования расходов. При работе установки «АКВА» поток, пропускаемый через поверяемые счетчики, в каждом испытательном участке поочередно изменяется от нуля до значения номинального расхода поверяемого счетчика по закону, соответствующему загрузочной кривой для данного калибра счетчика. Поток, пропущенный через счетчики, поступает в эталонные мерники, установленные в конце каждого испытательного участка. Среднеинтегральные относительные погрешности счетчиков определяются при сопоставлении объемов воды, измеренных каждым из поверяемых счетчиков (установленных в первом и втором испытательных участках), с объемами воды в эталонных мерниках.


Установка для поверки крыльчатых счетчиков воды содержит насос, расходный бак, эталонный расходомер-счетчик, устройство регулирования расхода, два параллельных испытательных участка для монтажа поверяемых счетчиков, связанных соответственно с эталонными мерниками, запорно-регулирующую арматуру и трубную обвязку, а также систему автоматизации сбора и обработки измерительной информации с поверяемых счетчиков.


Устройство регулирования расхода состоит из двух шаровых кранов, смонтированных в двух параллельных испытательных участках. Отверстия в шарах этих кранов смещены друг относительно друга на 900, шары жестко связаны с выходным валом редуктора, вращающегося со скоростью 1 об/мин. Скорость вращения выбрана так, чтобы свести динамическую составляющую погрешности поверяемых счетчиков к пренебрежимо малой величине. Входной вал редуктора приводится во вращение электродвигателем. При включенном электроприводе редуктора шары в кранах вращаются одновременно таким образом, что при полностью открытом шаровом кране в одной линии, шаровой кран в параллельной линии устанавливается полностью закрытым и наоборот.


Каждый поверяемый на установке «АКВА» счетчик в ходе поверки работает во всех точках диапазона изменения расходов. Поэтому измеренный им за время поверки объем воды позволяет установить средневзвешенную (среднеинтегральную) погрешность измерения во всех точках изменения расхода. Объем, измеренный поверяемым счетчиком за время измерения tи, можно представить в виде

, (1)

при этом действительный объем воды, прошедший через счетчик, можно графически интерпретировать как площадь, ограниченную кривой функции изменения расхода (загрузочной кривой) и осью абсцисс за время поверки tи (см. рисунок). В формуле (1) величина Q – расход воды, а ∂Q – относительная погрешность его измерения.

Рис. Зависимость расхода воды от времени поверки

Так как значение объема Vсч, измеренного за время поверки счетчиком, учитывает относительные погрешности измерения объема на всех интервалах Dt общего времени измерения tи, то относительная погрешность счетчика, вычисляемая по формуле (2) является среднеинтегральной, то есть взвешенной по величинам объемов жидкости, прошедших через счетчики при различных величинах расходов:

, (2)

где Δu – среднеинтегральная погрешность, Vэ – объем воды по эталонному мернику, Vсс – объем воды, измеренный каждым поверяемым счетчиком.


Примененный метод определения среднеинтегральной относительной погрешности счетчиков на установке «АКВА» во всем диапазоне изменения расходов позволяет устранить при поверке операции установки пяти дискретных значений расходов, позволяет отказаться от измерения действительных значений объемов на каждом из поверочных расходов и вычисления относительных погрешностей при каждом значении расхода. Изменяя профиль отверстий в шаровых кранах, которые регулируют потоки по каждой из испытательных линий, можно обеспечить загрузочные кривые с различными величинами продолжительности каждого из проходящих через счетчики расходов воды.


Таким образом, применение метода определения среднеинтегральной относительной погрешности во всем диапазоне изменения расходов для каждого калибра счетчиков позволяет значительно повысить производительность поверки, сократить время, снизить энергозатраты на нее и тем самым уменьшить себестоимость поверки счетчиков.


Сокращение времени поверки можно проиллюстрировать на примере поверки счетчиков Ду 15 мм. Для таких счетчиков время собственно поверки на установке «АКВА» составляет 108 с, в то время как на традиционных поверочных установках – не менее 300 с.


При этом на установке «АКВА» исключены операции установки минимальных и переходных расходов, вычисление погрешностей измерений на этих расходах.


Применение эталонныхмерников позволяет обеспечить высокую точность и достоверность поверки, увеличить межповерочный интервал для установки «АКВА» до двух лет.


На установке предусмотрена автоматизированная проверка порога чувствительности поверяемых счетчиков. Система автоматизации установки предусматривает автоматизированный сбор и обработку измерительной информации, архивирование данных и печать протоколов поверки.


По технико-экономическим и метрологическим показателям поверочная установка «АКВА» превосходит показатели некоторых зарубежных и отечественных аналогов: относительная погрешность установки 0,1–0,15 %, количество одновременно поверяемых счетчиков – до 24шт, межповерочный интервал – 2 года.


Начавшееся массовое поступление квартирных счетчиков на периодическую поверку требует резкого увеличения производительности поверочных работ. Очевидно, что имеющиеся поверочные установки, реализующие традиционные методы поверки, не смогут обеспечить своевременное выполнение этих работ при минимальных затратах. Именно поэтому при разработке программы массового использования счетчиков холодной и горячей питьевой воды в Москве было признано необходимым, чтобы все применяемые счетчики имели в своих паспортах отметки о среднеинтегральной погрешности (о поверке при выпуске из производства в соответствии с требованиями ГОСТ 8.156-83, п. 3.4.7). И в процессе эксплуатации именно эти погрешности должны являться основой для метрологической оценки и каждого отдельного прибора, и всего парка счетчиков в целом, как было обосновано еще в 1994 году в работах, выполненных в МГП «Мосводоканал» [6, 7]. Поверочная установка «АКВА» как раз и обеспечивает эффективное решение этой проблемы для больших парков счетчиков (только вМоскве уже через 2–3 года парк квартирных крыльчатых счетчиков горячей и холодной воды составит более 1 млн шт.).

Поматериалам сайта www.rf-energy.ru