Мета роботи полягає у вирішенні науково-прикладного завдання забезпечення простежуваності вимірювань об'ємної витрати природного газу шляхом удосконалення методів, пристроїв та розроблення нормативної бази забезпечення простежуваності розміру одиниці вимірювання об'ємної витрати газу робочих засобів вимірювання до державного первинного еталона. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: - провести аналіз відомих методів та засобів забезпечення простежуваності та передавання розміру одиниці вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу; - здійснити теоретичні та експериментальні дослідження критичних сопел для використання їх як еталонів передавання; - удосконалити методологію розрахунку геометричних розмірів критичного сопла, для підвищення точності відтворення значення об'ємної витрати; - розробити та дослідити методи для забезпечення простежуваності розміру одиниці об'єму та об'ємної витрати газу до державного первинного еталона в діапазоні вимірювань відмінному від діапазону відтворюваних ним витрат; - розробити ланцюг простежуваності для засобів вимірювань об'єму та об'ємної витрати газу; - розробити та впровадити нові нормативні документи, для реалізації калібрування критичних сопел та еталонів передавання на базі лічильників газу, і технічні засоби для забезпечення простежуваності вимірювань об'єму та об'ємної витрати газу. Об'єктом дослідження є процес забезпечення простежуваності вимірювання кількості природного газу шляхом передавання розміру одиниці об'ємної витрати газу від еталонів до робочих засобів вимірювальної техніки. Предметом дослідження є наукова, нормативна та технічна бази забезпечення простежуваності вимірювань об'ємної витрати газу. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ ПІДХОДІВ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОСТЕЖУВАНОСТІ ТА ПЕРЕДАВАННЯ РОЗМІРУ ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ОБ'ЄМУ ТА ОБ'ЄМНОЇ ВИТРАТИ ГАЗУ 13 1.1 Загальні підходи до забезпечення простежуваності результатів вимірювань 13 1.2 Аналіз методологічних підходів при передаванні розміру одиниці вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу 17 1.2.1 Аналіз повірочної схеми для засобів вимірювань об'єму та об'ємної витрати газу в Україні 18 1.2.2 Аналіз схеми передавання розмірів одиниць об'єму та об'ємної витрати газу в Німеччині 20 1.2.3 Аналіз схеми передавання розмірів одиниць об'єму та об'ємної витрати газу в Нідерландах 22 1.3 Сучасний стан технічного забезпечення передавання розміру одиниць вимірювання об' єму та об' ємної витрати газу 24 1.3.1 Еталони передавання на базі еталонних лічильників газу 25 1.3.1.1 Лічильники газу роторного типу 26 1.3.1.2 Лічильники газу барабанного типу 30 1.3.1.3 Лічильники газу турбінного типу 32 1.3.1.4 Лічильники газу ультразвукового типу 34 1.3.2 Еталони передавання на базі критичних сопел 36 1.3.3 Еталони передавання на базі ламінарних витратомірів 39 1.4 Нормативні основи забезпечення простежуваності та передавання розміру одиниці вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу 40 1.5 Висновки до першого розділу та обґрунтування напрямку дослідження 42 РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СОПЕЛ КРИТИЧНОГО ВИТОКУ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ ЇХ ЯК ЕТАЛОНІВ ПЕРЕДАВАННЯ 44 2.1 Вибір конструкції критичних сопел для застосування їх як еталонів передавання 45 2.2 Удосконалення рівнянь вимірювання для застосування критичних сопел як еталонів передавання 47 2.3 Удосконалення методології розрахунку геометричних розмірів критичного сопла 56 2.4 Експериментальні дослідження впливу тиску на виході критичного сопла на величину коефіцієнта витоку 61 2.5 Чисельне моделювання впливу тиску на виході критичного сопла на величину коефіцієнта витоку 66 РОЗДІЛ З РОЗРОБЛЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОСТЕЖУВАНОСТІ РОЗМІРУ ОДИНИЦІ ОБ'ЄМУ ТА ОБ'ЄМНОЇ ВИТРАТИ ГАЗУ 84 3.1 Розроблення методу передавання з використанням паралельного під'єднання критичних сопел 84 3.1.1 Метрологічний аналіз методу з використанням паралельного під'єднання критичних сопел 92 3.2 Удосконалення методу передавання з використанням послідовного під'єднання критичних сопел 98 3.2.1 Аналіз невизначеності вимірювань за методом послідовного під'єднання критичних сопел 101 3.3 Удосконалення методу передавання з використанням паралельного під'єднання критичних сопел та еталонного лічильника газу 103 3.3.1 Метрологічний аналіз методу з паралельним застосуванням набору критичних сопел та еталонного лічильника газу 110 3.4 Розроблення ланцюга простежуваності вимірювань об'єму та об'ємної витрати газу 111 РОЗДІЛ 4 РОЗРОБЛЕННЯ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ НОРМАТИВНОЇ БАЗИ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОСТЕЖУВАНОСТІ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ ПРИ ПЕРЕДАВАННІ РОЗМІРУ ОДИНИЦІ ОБ'ЄМУ ТА ОБ'ЄМНОЇ ВИТРАТИ ГАЗУ 115 4.1 Удосконалення повірочної схеми для засобів вимірювань об'єму та об'ємної витрати газу 115 4.2 Розроблення нормативного документа для калібрування критичних сопел 117 4.2.1 Процедура визначення номінального значення об'ємної витрати сопла 121 4.2.2 Процедура визначення максимально допустимого критичного відношення тисків на соплі 126 4.2.3 Процедура визначення коефіцієнту витоку критичного сопла 126 4.2.4 Оцінювання невизначеності 128 4.3 Розроблення методики калібрування еталонів передавання на базі лічильників газу 129 4.3.1 Процедура визначення коефіцієнтів перетворення еталонного лічильника та апроксимаційного полінома 133 4.3.2 Оцінювання невизначеності еталона передавання 137 4.4 Впровадження результатів досліджень 138 ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ 141 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 143 Додаток А 156 Додаток Б 160 Додаток В 165 Додаток Г 170