РД 52.17.926-2023. Руководящий документ. Канал измерения солености СТД-систем. Методика градуировки по относительной электропроводности

(утв. и введен в действие Приказом Росгидромета от 27.10.2023 № 512)

Утвержден и введен в действие Приказом Росгидромета от 27 октября 2023 г. № 512

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ СОЛЕНОСТИ СТД-СИСТЕМ

МЕТОДИКА ГРАДУИРОВКИ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

РД 52.17.926-2023

Дата введения 1 декабря 2023 года

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» (ФГБУ «ААНИИ»)

2 РАЗРАБОТЧИКИ В.Э. Голавский (руководитель разработки), И.А. Паньшин, С.А. Юновидов

3 СОГЛАСОВАН:

• с Управлением государственной наблюдательной сети и научных исследований (УГСН) Росгидромета 26.10.2023;
• с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Научно-производственное объединение „Тайфун“ (ФГБУ „НПО „Тайфун“) 01.02.2023»

4 УТВЕРЖДЕН и ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Росгидромета от 27.10.2023 № 512

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН головной организацией по стандартизации Росгидромета ФГБУ «НПО „Тайфун“ 26.10.2023.»

ОБОЗНАЧЕНИЕ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА

РД 52.17.926-2023

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 СРОК ПЕРВОЙ ПРОВЕРКИ 2030 год

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕРКИ 7 лет

1 Область применения

Настоящий руководящий документ (далее — РД) устанавливает методику градуировки канала измерения солености СТД-систем по относительной электропроводности в соответствии с требованиями Международной шкалы практической солености ШПС-78 по ГСССД 77-84 «Государственная служба стандартных справочных данных. Таблицы стандартных справочных данных. Морская вода. Шкала практической солености 1978 г.».

Методика градуировки, приведенная в настоящем РД, может использоваться при разработке методик поверки или руководств по эксплуатации СТД-систем.

2 Нормативные ссылки

В настоящем РД использованы нормативные ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.0.004-2015 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения

ГОСТ 12.1.019-2009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 27752-88 Часы электронно-механические кварцевые настольные, настенные и часы-будильники. Общие технические условия

ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры

ГОСТ Р 58144-2018 Вода дистиллированная. Технические условия

ГСССД 77-84 Таблицы стандартных справочных данных. Морская вода. Шкала практической солености 1978 г.

РД 52.18.5-2012 Перечень нормативных документов (по состоянию на 01.08.2012)

Примечание - При пользовании настоящим РД целесообразно проверять действие ссылочных документов:

• стандартов — в информационной системе общего пользования — на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно издаваемого информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год;
• нормативных документов Росгидромета по РД 52.18.5 и ежегодно издаваемому информационному указателю нормативных документов (ИУНД), опубликованному по состоянию на 1 января текущего года.

Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим РД следует руководствоваться замененным (измененным) нормативным документом. Если ссылочный нормативный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем РД применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 СТД-система: Средство измерений параметров морской воды, оснащенное датчиками температуры, электропроводности и гидростатического давления.

Примечание - К СТД-системам относятся зондирующие средства измерений, а также входящие в состав буйковых станций или дрейфующих буев.

3.2 температура морской воды: Температура воды на уровне датчика температуры СТД-системы в градусах Цельсия.

3.3 соленость: Практическая соленость по ГСССД 77-84, то есть соленость, измерение которой основано на измерении электропроводности (кондуктометрия).

Примечание - Соленость измеряется в практических единицах солености, ПЕС.

[С учетом ГОСТ 30813-2002, статья 43]

3.6 нормальная морская вода: Очищенная морская вода с точно установленными содержанием хлора и соленостью, используемая в качестве международного эталона для определения хлорности и солености морской воды.

Примечание - Хлорность нормальной воды близка к 19,38‰ ; этому значению хлорности соответствует средняя соленость вод Мирового океана 35 ПЕС.

3.7 программное обеспечение; ПО: Совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ.

3.8 цифровой код электропроводности: Числовое значение, полученное по каналу измерения электропроводности до его пересчета в единицы физических величин.

3.9 градуировочная характеристика: Функциональная зависимость между входным и выходным значениями, построенная на основе результатов измерений входных и соответствующих выходных значений величин в точках диапазона.

4 Требования к показателям точности измерений

Пределы допускаемой погрешности измерений параметров морской воды по данной методике градуировки должны обеспечивать измерение солености с точностью не менее заданной в документации на градуируемую СТД-систему.

Максимальные значения погрешностей должны удовлетворять требованиям постановления [1], приведенным в таблице 1.

Таблица 1

5 Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам и реактивам

5.1 Средства измерений, применяемые при градуировке

5.1.1 Электросолемер ГМ-2007 (далее — электросолемер) по техническим условиям [2], имеющий следующие характеристики:

• диапазон измерений ОЭП, отн. ед. ............... от 1 \cdot 10^{- 5} до 1,50000;
  • диапазон измерений солености морской воды, ПЕС ............................................. от 0,020 до 42,000;
  • пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения солености, ПЕС ....................................... +/- 0,005.

5.1.2 Нормальная морская вода ГСО 5494-90. Стандартный образец относительной электропроводимости и хлорности морской воды по [3].

5.1.3 Термометр лабораторный электронный ЛТ 300 по техническим условиям [4], имеющий следующие характеристики: - диапазон измерений, °C ........................... от минус 2 до 30; - пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений температуры, °C, не более ............................. +/- 0,05.

5.1.4 Часы класса А или Б по ГОСТ 27752.

5.1.5 Допускается применять другие аналогичные средства измерений (СИ) солености морской воды и температуры, обеспечивающие измерения с показателями точности в соответствии с разделом 4.

5.1.6 Применяемые при градуировке СИ должны иметь действующие свидетельства о поверке.

5.2 Вспомогательные устройства и реактивы, применяемые при градуировке

5.2.1 Персональный компьютер (ПК), работающий под управлением операционной системы Windows XP/Vista/7/8/10/11.

5.2.2 Активный или пассивный термостат, обеспечивающий изменение температуры в нем не более чем на +/- 0,05 °C в минуту при температуре, соответствующей условиям градуировки по разделу 7. Термостат должен позволять поместить в него градуируемую СТД-систему так, чтобы расстояние от датчика солености (электропроводности) до стенки и дна было не менее 10 см. Термостат должен быть оборудован мешалкой любого типа, обеспечивающей перемешивание воды в нем.

5.2.3 Морская вода с соленостью, соответствующей максимальному значению диапазона, в котором градуируется СТД-система.

Допускается использование морской воды соленостью меньшей, чем предел диапазона СТД-системы, на 10%. В случае если предел диапазона больше этого значения, следует приготовить воду нужной солености путем выпаривания морской воды соленостью 35 ПЕС до заданных значений солености. В таблице 2 приведены значения доли (в процентах) объема выпаривания от первоначального объема морской воды соленостью 35 ПЕС (для достижения более высоких значений солености).

Таблица 2

Доля объема выпаривания от первоначального объема морской воды соленостью 35 ПЕС

Объем морской воды должен позволять погрузить датчик электропроводности (солености) на глубину не менее 20 см от его верхнего края.

5.2.4 Дистиллированная вода по ГОСТ Р 58144.

5.2.5 Стеклянные или полиэтиленовые склянки (бутылочки) для отбора проб морской воды с пробкой, позволяющей закрыть ее герметично. Объем склянок должен составлять от 150 до 400 мл. Число склянок должно соответствовать числу точек градуировки, умноженному на два.

6 Требования безопасности, охраны окружающей среды и к квалификации операторов

6.1 При выполнении градуировки должны быть соблюдены:

а) требования электробезопасности при работе с электрооборудованием в соответствии с ГОСТ 12.1.019;

б) правила техники безопасности в соответствии с правилами [5].

6.2 Операторы, осуществляющие градуировку, должны пройти обучение и инструктаж по технике безопасности в соответствии с ГОСТ 12.0.004.

6.3 К выполнению градуировки допускают инженеров и техников, имеющих навыки работы с гидрометеорологическими СИ и изучивших настоящий РД. Перед проведением градуировки операторы должны пройти обучение по работе с применяемым электросолемером и градуируемой СТД-системой.

6.4 Обработку результатов измерений, полученных при градуировке, выполняют работники, имеющие навыки работы с ПО на ПК и владеющие методами статистической обработки данных.

7 Требования к условиям градуировки

При выполнении градуировки соблюдают следующие условия: - температура окружающего воздуха, °C .................... от 16 до 30; - температура морской воды, °C ........................... от 16 до 30; - относительная влажность воздуха, % ..................... от 20 до 90; - атмосферное давление, кПа ............................. от 84 до 106.

8 Подготовка к выполнению градуировки

8.1 Проверка документации и готовности электросолемера

8.1.1 Проверяют наличие свидетельства о поверке электросолемера по 5.1.1 с указанием на нем срока действия поверки. К применению допускается электросолемер, имеющий действующее свидетельство о поверке.

8.1.2 Проверяют наличие ПО на ПК, предназначенном для приема информации от электросолемера. При отсутствии ПО устанавливают его с помощью дистрибутива.

8.1.3 Электрическое питание электросолемера осуществляют от сети переменного тока при следующих ее параметрах:

- <a id="p100120"></a>напряжение электрической сети, В ..................... от 187 до 240;
- <a id="p100121"></a>частота переменного тока, Гц ........................... от 49 до 51.

8.1.4 Дальнейшую подготовку электросолемера проводят в соответствии с руководством по эксплуатации [6].

8.1.5 Выполняют калибровку электросолемера по нормальной морской воде в соответствии с руководством по эксплуатации [6].

8.2 Проверка документации и готовности СТД-системы

8.2.1 К градуировке канала измерения солености по ОЭП допускается СТД-система, имеющая действующее свидетельство о поверке по каналам измерения температуры и гидростатического давления (глубины).

Примечание - Если к дате проведения градуировки истек срок поверки СТД-системы, то следует провести поверку отдельно каналов измерения температуры и гидростатического давления в аккредитованной на право поверки организации; это можно сделать по заявлению.

8.2.2 Проверяют наличие ПО на ПК, предназначенном для приема информации от СТД-системы. При отсутствии ПО устанавливают его с помощью дистрибутива.

Проверяют правильность показаний времени на ПК и в случае их некорректности устанавливают часы правильно.

8.2.3 Проверяют соответствие градуировочных коэффициентов каналов измерения температуры и гидростатического давления, указанных в свидетельстве о поверке или формуляре градуируемой СТД-системы, значениям в памяти СТД-системы или соответствующем файле на ПК. В случае их различия вносят необходимые изменения.

8.2.4 Проводят внешний осмотр СТД-системы и проверяют состояние всех датчиков, а также состояние разъема для кабельного подключения к ПК. Внешние элементы конструкции СТД-системы не должны иметь видимых дефектов и повреждений, которые могли бы сказаться на надежности работы или качестве измерений.

8.2.5 Обеспечивают питающее напряжение источников питания СТД-системы в соответствии с документацией на нее.

8.2.6 Дальнейшую подготовку СТД-системы проводят в соответствии с руководством по эксплуатации.

8.3 Проверка функционирования СТД-системы

8.3.1 Устанавливают время в СТД-системе, синхронизируя его с часами на ПК. Устанавливают минимально возможный для СТД-системы режим цикличности измерений.

8.3.2 Осуществляют проверку функционирования СТД-системы путем выполнения пробных измерений, которые допустимо проводить как в термостате, так и на воздухе.

8.3.3 Оценивают полученные результаты пробных измерений. Показания канала гидростатического давления должны равняться нулю (с учетом автоматического введения поправки на атмосферное давление). Показания датчика температуры воды должны соответствовать температуре помещения.

9 Порядок выполнения градуировки

9.1 Градуировку канала измерения солености выполняют путем расчета ОЭП пробы морской воды по измеренной электросолемером солености, и затем значения ОЭП связываются с выходным цифровым кодом канала электропроводности (солености) СТД-системы, что позволяет рассчитать градуировочные коэффициенты и получить градуировочную характеристику.

9.2 В термостат по 5.2.2 наливают морскую воду с соленостью, соответствующей максимальному значению диапазона, в котором градуируется СТД-система. СТД-систему погружают в воду так, чтобы расстояние от датчика солености (электропроводности) до стенки, дна и поверхности воды было не менее 10 см.

9.3 Включают мешалку и выдерживают СТД-систему в термостате до тех пор, пока изменение температуры воды, измеряемой термометром ЛТ-300 по 5.1.3, не установится в пределах +/- 0,05 °C в минуту. Если используют активный термостат, то на его блоке регулирования устанавливают температуру, близкую к температуре воздуха в помещении.

9.4 Отбирают из термостата пробы морской воды в две склянки по 5.2.5. Склянки должны быть предварительно пронумерованы и герметично закрываться. Пробы морской воды должны заполнять склянку полностью, до верха. Во время отбора каждой пробы записывают время по часам оператора по 5.1.4, синхронизированным с часами СТД-системы.

9.5 Выполняют электросолемером измерения солености пробы морской воды из каждой из двух склянок. Результаты измерения солености электросолемером записывают для каждой пробы с указанием номера склянки и времени отбора пробы. Время отбора пробы фиксируют по показаниям времени на ПК. Рекомендуемая форма записи приведена в приложение А.

Если полученные значения солености различаются не более чем на 0,01 ПЕС, то переходят к выполнению операции по 9.6. В противном случае повторяют операции по 9.4.

9.6 Морскую воду в термостате разбавляют дистиллированной водой по 5.2.4 так, чтобы соленость в термостате изменилась на (5 +/- 2) ПЕС. При разбавлении должно продолжаться перемешивание воды в термостате с помощью мешалки.

9.7 Выполняют операции по 9.3 - 9.6 до достижения нижнего предела диапазона измерения солености градуируемой СТД-системой.

10 Обработка результатов наблюдений

10.1 ОЭП морской воды рассчитывают по солености, измеренной электросолемером, и значениям температуры в термостате. Для расчета принимают среднее значение температуры из пяти показаний СТД-системы во время отбора пробы.

10.2 Расчет ОЭП выполняют в каждой точке диапазона по алгоритму расчета, приведенному в приложении Б. Расчеты проводят с помощью программы на ПК итеративным способом по методу Ньютона.

10.3 В случае отсутствия такой программы ОЭП определяют по [7] (таблица 2.7). При расчете ОЭП методом линейной интерполяции по этой таблице погрешность не превышает 4·10-5, то есть находится в пределах точности шкалы практической солености ШПС-78 ГСССД 77-84.

10.4 Рассчитанные значения ОЭП и соответствующие им значения выходного цифрового кода электропроводности СТД-системы обрабатывают методом наименьших квадратов. В результате получают градуировочную характеристику в виде полиномиальной функции степени n:

R = A_{0} + A_{1}N + A_{2}N^{2} + ... + A_{n}N^{n} = \sum_{i = 0}^{n} A_{i}N_{\text{ц}}^{i}, (1)

где Ai — градуировочные коэффициенты;

N_{\text{ц}}^{i} — десятичное значение цифрового кода СТД-системы;

i — номер члена полиномиальной функции.

11 Оформление результатов градуировки

В процессе выполнения градуировки записывают результаты измерений в форму, представленную в приложении А. Полученные градуировочные коэффициенты записывают в формуляр градуируемой СТД-системы и в память СТД-системы или файл ПО на ПК.

12 Контроль точности результатов градуировки

12.1 Контроль точности результатов градуировки выполняют сразу после расчета градуировочных коэффициентов и записи их в память СТД-системы или соответствующий файл на ПК.

12.2 Контроль точности результатов градуировки осуществляют путем сравнения значений солености, полученных с рассчитанными по 10.4 градуировочными коэффициентами СТД-системы и измеренных электросолемером.

12.3 Сравнительные измерения следует выполнить не менее чем в трех равномерно распределенных контрольных точках диапазона СТД-системы. В каждой точке выполняют по 3 — 5 сравнительных измерений.

12.4 При сравнительных измерениях выполняют операции по 9.2 - 9.6. Результаты измерений при контроле точности градуировки записывают в таблицу 3.

Таблица 3

Рассчитывают разность показаний SСТД - Sсол для всех полученных значений солености и записывают их в таблицу 3.

Оценку случайной погрешности измерений солености \Delta S , ПЕС, с доверительной вероятностью P = 0,95 определяют по формулам

x_{i} = S_{\text{СТД}_{i}} - S_{\text{сол}_{i}}, (2)

\delta = \sqrt{\frac{1}{n - 1} \cdot \sum_{i = 1}^{n} (x_{i} - \overline{x})^{2}} , (3)

\Delta S = 2\delta, (4)

где S_{\text{СТД}_{i}} - i-е значение солености, измеренное СТД-системой, ПЕС;

S_{\text{сол}_{i}} - i-е значение солености, измеренное электросолемером, ПЕС;

xi - разность показаний по СТД-системе и электросолемеру в i-й контрольной точке, ПЕС;

n - число контрольных точек по 12.3, в которых выполнены сравнительные измерения солености электросолемером и СТД-системой;

\overline{x} - среднее арифметическое значений разности показаний по СТД-системе и электросолемеру, ПЕС;

\delta - среднее квадратическое отклонение разности показаний по СТД-системе и электросолемеру, ПЕС.

12.5 Градуировка может считаться выполненной правильно, если погрешность, рассчитанная по формуле (4), не превышает погрешности измерения солености, заданной в документации СТД-системы.

12.6 Если условие по 12.5 не выполнено, требуется провести градуировку канала измерения СТД-системы по разделам 9 - 11 повторно.

12.7 Если при повторной градуировке условие по 12.5 снова не выполнено, то следует направить СТД-систему на поверку или в ремонт.

Приложение А (рекомендуемое)

ФОРМА ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГРАДУИРОВКЕ

_______________________________ место выполнения градуировки

Дата выполнения градуировки _________________ 20__ г.

Градуировочная характеристика:

R_{\text{ОЭП}} = ________________________________________________________

Градуировку выполнили

    _____________     ___________________     _____________________
      должность          подпись, дата          инициалы, фамилия

    _____________     ___________________     _____________________
      должность          подпись, дата          инициалы, фамилия

Приложение Б (рекомендуемое)

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ОЭП ПО СОЛЕНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЕ

Б.1 Алгоритм реализует расчет ОЭП по солености и температуре итеративным способом по методу Ньютона.

Б.2 Исходными данными для расчета являются:

• соленость пробы морской воды, измеренная электросолемером;
• температура в термостате, измеренная СТД-системой во время взятия пробы.

Б.3 Алгоритм расчета (программный код функции)

FUNCTION RtS(Sf,Tf:real):real; {Определение ОЭПRt по солености Sf и температуре Tf} Итеративный способ по методу Ньютона} const a1=-0.0846; a2=25.3851; a3=21.14115; a4=-14.0522; a5=6.77025; b1=-0.0028; b2=-0.0066; b3=-0,05625; b4=0.1272; b5=-0.036; k=0.0162; {допустимая разность исходной солености и полученной по рассчитанной ОЭП:} dopdS=1e-04; NN=33; Var i,n:byte; ProizvFS.aal,aa2,aa3,ds:real; Rt,S:array[1..NN] of real; Begin Rt[1]:=sqrt(Sf/35); S[1]:=fSt(Rt[1],Tf); {расчет солености по ОЭП на первом шаге итерации} i:=1; Repeat n:=i+1; aa1:=a1/sqrt(Rt[i])+a2+a3sqrt(Rt[i])+a4Rt[i]+a5Rt[i]sqrt(Rt[i]); aa2:=(15-Tf)/(1+k(15-Tf)); aa3:=b1/sqrt(Rt[i])+b2+b3sqrt(Rt[i])+b4Rt[i]+b5Rt[i]sqrt(Rt[i]); ProizvFS:=aa1+aa2aa3; Rt[n]:=Rt[i]-(s[i]-Sf)/ProizvFS; {расчет солености по ОЭП, рассчитанной на n — ом шаге итерации:} S[n]:=fSt(Rt[n],Tf); dS:=Abs(S[n]-S[i]); i:=i+1; Until (dS<dopdS) or (n>(NN-2)); RtS:=Rt[n]; End.

БИБЛИОГРАФИЯ