Государственная поверочная схема для средств измерений влажности газов и температуры конденсации углеводородов

(утв. Приказом Росстандарта от 21.11.2023 № 2415)

Утверждена Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 ноября 2023 г. № 2415

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА

ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ КОНДЕНСАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ

1 Область применения

Государственная поверочная схема для средств измерений влажности газов и температуры конденсации углеводородов (далее — ГПС) устанавливает порядок передачи единиц: относительной влажности газов — процент (%), молярной (объемной) доли влаги — миллионная доля (млн-1), температуры точки росы/инея — градус Цельсия (°C), температуры конденсации углеводородов — градус Цельсия (°C) от государственного первичного эталона при помощи вторичных и рабочих эталонов средствам измерений с указанием погрешностей и основных методов передачи единиц.

Графическая часть ГПС представлена в приложении А.

Допускается проводить поверку средств измерений влажности газов и температуры конденсации углеводородов с помощью вторичных или разрядных рабочих эталонов более высокой точности, чем предусмотрено настоящей поверочной схемой.

2 Термины, определения и обозначения

2.1 В настоящей ГПС применены термины с определениями в соответствии с РМГ 29-2013 и РМГ 75-2014, а также:

высокоточное средство измерений: Средство измерений, уровень точности которого сопоставим с уровнем точности вторичных или рабочих эталонов соответствующих единиц величин по ГПС, а также нормируемые диапазоны величин, влияющих на результат измерений этим средством измерений, выходят за нормируемые пределы тех же влияющих величин для существующих в эксплуатации вторичных или рабочих эталонов;

пределы допускаемых погрешностей вторичных эталонов: Пределы суммарной погрешности, образованной случайными погрешностями и НСП первичного и вторичного эталонов при передаче единицы величины от первичного эталона, погрешностью передачи единицы величины от первичного вторичному эталону (погрешность метода), а также нестабильностью вторичного эталона.

2.2 В настоящей ГПС применены следующие обозначения:

\varphi — относительная влажность газа, %;

Td — температура точки росы/инея, °C;

Tc — температура конденсации углеводородов (ТКУ), °C;

xn — молярная доля влаги, млн-1;

xnw — молярная доля влаги в состоянии насыщения, млн-1;

xv — объемная доля влаги, млн-1;

ev — давление чистого водяного пара, Па;

evw — давление чистого насыщенного водяного пара, Па;

fv — повышающий коэффициент влажного газа;

nv — количество вещества водяного пара, моль;

na — количество вещества сухого газа, моль;

Vv — парциальный объем водяного пара, содержащегося во влажном газе, м3;

V — объем влажного газа, м3;

P — давление влажного газа, Па;

T — температура влажного газа, °C;

S — среднее квадратическое отклонение;

\Theta — неисключенная систематическая погрешность;

uA — неопределенность измерений по типу A;

uB — неопределенность измерений по типу B.

3 Государственный первичный эталон

3.1 Государственный первичный эталон предназначен для воспроизведения и хранения единиц относительной влажности газов, молярной (объемной) доли влаги, температуры точки росы/инея, температуры конденсации углеводородов, а также передачи указанных единиц с помощью вторичных и рабочих эталонов средствам измерений в целях обеспечения единства измерений влажности газов и температуры конденсации углеводородов.

3.2 В основу измерений величин влажности газов и температуры конденсации углеводородов должны быть положены единицы, воспроизводимые государственным первичным эталоном.

3.3 Государственный первичный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

эталонный генератор влажного газа в области положительных температур термостатирования (реализующий метод двух давлений при воспроизведении единицы относительной влажности газа, метод фазового равновесия — при воспроизведении единиц температуры точки росы/инея и молярной (объемной) доли влаги);

эталонный генератор влажного газа в области отрицательных температур термостатирования (реализующий метод двух давлений при воспроизведении единицы относительной влажности газа, метод фазового равновесия — при воспроизведении единиц температуры точки росы/инея и молярной (объемной) доли влаги);

эталонный генератор влажного газа, реализующий метод фазового равновесия (воспроизведение единиц температуры точки росы/инея и молярной (объемной) доли сверхнизких концентраций влаги);

эталонный генератор температуры точки росы/инея и температуры конденсации углеводородов высокого давления (реализующий метод двух давлений и метод фазового равновесия);

пульт управления эталонными генераторами в области положительных и отрицательных температур термостатирования;

пульт управления эталонным генератором, реализующим метод фазового равновесия, и эталонным генератором в области отрицательных температур термостатирования;

пульт управления эталонным генератором температуры точки росы/инея и температуры конденсации углеводородов высокого давления;

комплекс аппаратуры и средств подготовки газа;

набор прецизионных гигрометров и гигрометров-компараторов для контроля стабильности работы эталонных генераторов и передачи единиц влажности газов и температуры конденсации углеводородов вторичным и рабочим эталонам (генераторам).

3.4 Государственный первичный эталон воспроизводит единицы влажности газов при температуре от минус 60 °C до плюс 90 °C, единицу температуры конденсации углеводородов при температуре от минус 60 °C до плюс 30 °C. Диапазон давления газа от атмосферного до 3·104 кПа.

3.5 Диапазон значений относительной влажности газов \varphi , в котором воспроизводится единица, составляет: от 5% до 98%.

Диапазон значений молярной доли влаги xn, в котором воспроизводится единица, составляет от 0,1 до 700·103 млн-1.

Диапазон значений температуры точки росы/инея Td, в котором воспроизводится единица, составляет от минус 120 °C до плюс 90 °C (в том числе, в углеводородсодержащем газе: от минус 60 °C до плюс 30 °C).

Диапазон значений температуры конденсации углеводородов Tc, в котором воспроизводится единица, составляет от минус 60 °C до плюс 30 °C.

3.6 Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение и передачу следующих единиц:

относительной влажности газа (при реализации метода двух давлений) со средним квадратическим отклонением результата измерений S, не превышающим 0,05% при 15 независимых измерениях; неисключенной систематической погрешностью \Theta , не превышающей 0,1% — при положительных и 0,2% — при отрицательных температурах газа (при доверительной вероятности P = 0,99); стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу A, uA, не превышающей 0,05% при 15 независимых измерениях; стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу B, uB, не превышающей 0,04% — при положительных и 0,08% — при отрицательных температурах; суммарной стандартной неопределенностью воспроизведения — от 0,06% до 0,1%;

молярной (объемной) доли влаги xn со средним квадратическим отклонением результата измерений S0, не превышающим 0,3% при 15 независимых измерениях; неисключенной систематической погрешностью \Theta_{0} — от 0,13% до 1,4% (при доверительной вероятности P = 0,99); стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу A, uAо, не превышающей 0,3%; стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу B, uBо, от 0,05% до 0,6%; суммарной стандартной неопределенностью воспроизведения — от 0,3% до 0,65%;

температуры точки росы/инея Td со средним квадратическим отклонением результата измерений S, не превышающим 0,05 °C при 15 независимых измерениях; неисключенной систематической погрешностью \Theta (при доверительной вероятности P = 0,99): — от 0,04 °C до 0,08 °C для точки росы/инея от минус 60 °C до плюс 90 °C, не более 0,12 °C для точки росы/инея от минус 120 °C до минус 60 °C; стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу A, uA, не превышающей 0,05 °C; стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу B, uB, от 0,02 °C до 0,05 °C; суммарной стандартной неопределенностью воспроизведения — от 0,05 °C до 0,06 °C;

температуры конденсации углеводородов Tc со средним квадратическим отклонением результата измерений S, не превышающим 0,05 °C при 15 независимых измерениях; неисключенной систематической погрешностью \Theta от 0,11 °C до 0,14 °C (при доверительной вероятности P = 0,99); стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу A, uA, не превышающей 0,05 °C; стандартной неопределенностью воспроизведения, оцениваемой по типу B, uB, от 0,05 °C до 0,08 °C; суммарной стандартной неопределенностью воспроизведения — от 0,07 °C до 0,09 °C.

3.7 Для обеспечения воспроизведения единиц влажности газов с указанной точностью должны быть соблюдены правила содержания и применения эталона, утвержденные в установленном порядке.

3.8 Государственный первичный эталон применяют для передачи единиц относительной влажности газа, молярной (объемной) доли влаги, температуры точки росы/инея, температуры конденсации углеводородов вторичным эталонам, рабочим эталонам 1-го и 2-го разрядов, высокоточным средствам измерений методом сличений с помощью компаратора, методом прямых измерений и методом косвенных измерений (формулы взаимного пересчета величин влажности газов приведены в приложении Б).

4 Вторичные эталоны

4.1 В качестве вторичных эталонов применяют генераторы влажного газа и генераторы температуры конденсации углеводородов (ТКУ). Вторичные эталоны воспроизводят одну или несколько единиц, воспроизводимых государственным первичным эталоном в диапазоне:

относительной влажности газа от 0% до 100%;

молярной (объемной) доли влаги от 0,1 до 700·103 млн-1;

температуры точки росы/инея от минус 120 °C до плюс 90 °C;

температуры конденсации углеводородов от минус 60 °C до плюс 30 °C.

4.2 Пределы допускаемых погрешностей вторичных эталонов, в зависимости от рабочей температуры и давления газа, а также диапазона измерений, составляют:

абсолютных погрешностей \Delta относительной влажности газа от +/- 0,25% (включительно) до +/- 0,5% (не включительно);

относительных погрешностей \Delta_{o} молярной (объемной) доли влаги от 1,0% (включительно) до 2,0% (не включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры точки росы/инея от +/- 0,1 °C (включительно) до +/- 0,2 °C (не включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры конденсации углеводородов от +/- 0,15 °C (включительно) до +/- 0,25 °C (не включительно).

4.3 Вторичные эталоны применяют для воспроизведения и передачи единиц относительной влажности газов, молярной (объемной) доли влаги, температуры точки росы/инея, температуры конденсации углеводородов: рабочим эталонам 1 и 2 разрядов, высокоточным гигрометрам и измерителям ТКУ — методом прямых измерений и сличением с помощью компаратора; рабочим эталонам 2 разряда, а также высокоточным гигрометрам и измерителям ТКУ — методом косвенных измерений (формулы взаимного пересчета величин влажности газов приведены в приложении Б).

4.4 Отношение пределов допускаемой суммарной погрешности вторичных эталонов и применяемого метода передачи (с учетом их корреляции) к пределам допускаемой погрешности рабочих эталонов и высокоточных средств измерений, не должно быть более 0,5 (1:2).

Для отдельных рабочих эталонов 1 разряда с малой нестабильностью метрологических характеристик допускается увеличение отношения пределов допускаемой суммарной погрешности вторичных эталонов к пределам допускаемой погрешности рабочих эталонов 1 разряда путем применения варианта аттестации (поверки) способом отбраковки при подтверждении соответствия с защитной полосой в соответствии с МИ 3620-2019.

5 Рабочие эталоны

5.1 Рабочие эталоны 1-го разряда

5.1.1 В качестве рабочих эталонов 1-го разряда применяют генераторы влажного газа, генераторы ТКУ, гигрометры и измерители ТКУ в диапазоне измерений:

относительной влажности газа от 0% до 100%;

молярной (объемной) доли влаги от 0,1 до 700·103 млн-1;

температуры точки росы/инея от минус 120 °C до плюс 90 °C;

температуры конденсации углеводородов от минус 60 °C до плюс 30 °C.

5.1.2 Пределы допускаемых погрешностей рабочих эталонов 1-го разряда, в зависимости от рабочей температуры и давления газа, а также диапазона измерений, составляют:

абсолютных погрешностей \Delta относительной влажности газа от +/- 0,5% (включительно) до +/- 1,0% (не включительно);

относительных погрешностей \Delta_{\text{о}} молярной (объемной) доли влаги от 2,0% (включительно) до 4,0% (не включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры точки росы/инея от +/- 0,2 °C (включительно) до +/- 0,5 °C (не включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры конденсации углеводородов от +/- 0,25 °C (включительно) до +/- 0,5 °C (не включительно).

5.1.3 Рабочие эталоны 1-го разряда применяют для поверки рабочих эталонов 2-го разряда, гигрометров и измерителей ТКУ — методом прямых измерений и сличением с помощью компаратора; гигрометров и измерителей ТКУ — методом непосредственного сличения и методом косвенных измерений (формулы взаимного пересчета величин влажности газов приведены в приложении Б).

Для реализации поверки средств измерений относительной влажности методом непосредственного сличения, в состав рабочего эталона 1-го разряда должна входить термостатированная камера (гигростат). При этом, метрологические характеристики рабочего эталона 1-го разряда должны быть оценены комплектно.

При реализации поверки средств измерений относительной влажности методом непосредственного сличения может применяться термостатированная камера (гигростат), аттестованная в качестве испытательного оборудования, с достижимыми значениями относительной влажности в соответствии с методикой поверки на поверяемый гигрометр, и имеющая градиенты относительной влажности по объему камеры и стабильность во времени относительной влажности не превышающие 1/3 значения погрешности поверяемого гигрометра.

5.1.4 Отношение пределов допускаемой суммарной погрешности рабочих эталонов 1-го разряда и применяемого метода передачи (с учетом их корреляции) к пределам допускаемой погрешности рабочих эталонов 2-го разряда, а также средств измерений, не должно быть более 0,5 (1:2).

5.2 Рабочие эталоны 2-го разряда

5.2.1 В качестве рабочих эталонов 2-го разряда используются генераторы влажного газа, генераторы ТКУ, гигрометры и измерители ТКУ в диапазоне измерений:

относительной влажности газа от 0% до 100%;

молярной (объемной) доли влаги от 0,1 до 700·103 млн-1;

температуры точки росы/инея от минус 120 °C до плюс 90 °C;

температуры конденсации углеводородов от минус 60 °C до плюс 30 °C.

5.2.2 Пределы допускаемых погрешностей рабочих эталонов 2-го разряда, в зависимости от рабочей температуры и давления газа, а также диапазона измерений, составляют:

абсолютных погрешностей \Delta относительной влажности газа от +/- 1,0% (включительно) до +/- 3% (включительно);

относительных погрешностей \Delta_{o} молярной (объемной) доли влаги от 4% (включительно) до 6% (включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры точки росы/инея от +/- 0,5 °C (включительно) до +/- 1,5 °C (включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры конденсации углеводородов от +/- 0,5 °C (включительно) до +/- 1,5 °C (включительно).

5.2.3 Рабочие эталоны 2-го разряда применяют для поверки средств измерений методом прямых измерений и методом непосредственного сличения.

Для реализации поверки средств измерений относительной влажности методом непосредственного сличения, в состав рабочего эталона 2-го разряда должна входить термостатированная камера (гигростат). При этом, метрологические характеристики рабочего эталона 2-го разряда должны быть оценены комплектно.

При реализации поверки средств измерений относительной влажности методом непосредственного сличения может применяться термостатированная камера (гигростат), аттестованная в качестве испытательного оборудования, с достижимыми значениями относительной влажности в соответствии с методикой поверки на поверяемый гигрометр, и имеющая градиенты относительной влажности по объему камеры и стабильность относительной влажности во времени не превышающие 1/3 значения погрешности поверяемого гигрометра.

5.2.4 Отношение пределов допускаемой суммарной погрешности рабочих эталонов 2 разряда и применяемого метода передачи (с учетом их корреляции) к пределам допускаемой погрешности средств измерений, не должно быть более 0,5(1:2).

6 Средства измерений

6.1 В качестве средств измерений применяют: гигрометры; термогигрометры; гигрографы; анализаторы и преобразователи влажного газа; анализаторы, измерители и преобразователи температуры конденсации углеводородов в диапазоне измерений:

относительной влажности газа от 0% до 100%;

молярной (объемной) доли влаги от 0,1 до 700·103 млн-1;

температуры точки росы/инея от минус 120 °C до плюс 90 °C;

температуры конденсации углеводородов от минус 60 °C до плюс 30 °C.

6.2 Пределы допускаемых погрешностей средств измерений, в зависимости от рабочей температуры, давления и диапазона измерений составляют:

абсолютных погрешностей \Delta относительной влажности газа от +/- 0,5% (включительно) до +/- 15% (включительно);

относительных погрешностей \Delta_{o} молярной (объемной) доли влаги от 1,5% (включительно) до 10% (включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры точки росы/инея от +/- 0,1 °C (включительно) до +/- 5 °C (включительно);

абсолютных погрешностей \Delta температуры конденсации углеводородов от +/- 0,25 °C (включительно) до +/- 5 °C (включительно).

Приложение А (обязательное)

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ КОНДЕНСАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Часть А.1 Государственная поверочная схема для средств измерений относительной влажности газов

Часть А.2 Государственная поверочная схема для средств измерений температуры точки росы/инея

Часть А.3 Государственная поверочная схема для средств измерений молярной (объемной) доли влаги в газе

Часть А.4 Государственная поверочная схема для средств измерений температуры конденсации углеводородов

Приложение Б (справочное)

ФОРМУЛЫ ВЗАИМНОГО ПЕРЕСЧЕТА ВЕЛИЧИН ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ

Формулы взаимного пересчета величин влажности газов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Формулы взаимного пересчета величин влажности газов

Наименование величины влажности и обозначение	Формула по определению	Относительная влажность \varphi	Температура точки росы/инея Td	Молярная доля влаги, xn
Относительная влажность	\varphi = (\frac{x_{n}}{x_{nw}})P,T	1	\varphi = \frac{(e_{v}f_{v})_{P,T}}{(e_{vw}f_{v})_{P,T_{d}}}	\varphi = (\frac{x_{n}}{\frac{e_{vw}f_{v}}{P}})P,T
Температура точки росы/инея Td	\frac{(x_{n})_{P,T}}{(x_{nw})_{P,T_{d}}} = 1	(e_{vw}f_{v})_{P,T_{d}} = (\varphi e_{v}f_{v})_{P,T} <**>	1	(e_{vw} \cdot f_{v})_{P,T_{d}} = (x_{n}P)_{P,T} <**>
Молярная доля влаги xn	x_{n} = \frac{n_{v}}{n_{v} + n_{a}}	x_{n} = (\frac{\varphi \cdot e_{vw} \cdot f_{v}}{P})P,T	x_{n} = (\frac{e_{vw} \cdot f_{v}}{P})P,T_{d}	1
Объемная доля влаги <*> xv	x_{v} = \frac{V_{v}}{V}	x_{v} = (\frac{\varphi \cdot e_{vw} \cdot f_{v}}{P})P,T	x_{v} = (\frac{e_{vw} \cdot f_{v}}{P})P,T_{d}	1
<*> Объемную долю влаги xv принимают равной молярной доле влаги xn при условии, что влажный газ ведет себя как идеальный газ. <**> Значение температуры точки росы/инея Td определяют при решении уравнений методом последовательных приближений при начальном значении f(T, P) = 1.

Примечание — В формулы взаимного пересчета величин влажности газов (см. таблицу 1) входят давление насыщенного водяного пара evw и повышающий коэффициент fv, характеризующий отклонение молярной доли влаги реального влажного газа от молярной доли влаги для модели «идеальный газ» (в соответствии с РМГ 75-2014). Значения этих величин можно определить, используя справочные данные свойств влажных газов.

---