Насущные вопросы с надеждой на ответы (по итогам семинара ВНИИМ 10-12 ноября 2009 г.)

Говорят, что если правильно сформулировать проблему, то вы уже на полпути к ее решению. Если вопросов нет, то нет и ответов. Конференции, семинары и совещания – хорошее место для формулировки проблем. Много участников из многих регионов. Есть вероятность, что «глас народа», т.е. в нашем случае, специалистов в области изготовления и поверки датчиков температуры, будет услышан теми, кто, может как-то продвинуть решение насущных вопросов.

Тематика прошедшего во ВНИИМ 10-12 ноября семинара была довольно узкая. Обсуждались платиновые термометры сопротивления, которые, хотя и являются основными приборами для реализации международной температурной шкалы и самыми точными контактными датчиками температуры, не охватывают наверное и 1/10 части всей массы температурных СИ. Докладов было не много, но были поставлены очень важные вопросы. Хотелось бы, чтобы проблемы, поднятые на семинаре «не потерялись». Ведь иногда бывает, что дискуссии, начатые на важных заседаниях, кончаются буквально «ничем». Обсудили – и разошлись. Или написали какую-то резолюцию, отчет, или даже концепцию, которую потом никто и никогда и не вспомнит.

К счастью, у нас есть такое мощное СМИ как Интернет, где можно опубликовать вопросы, решения, мнения, и они сразу же будут доступны огромному числу специалистов. Причем без всяких бюрократических предварительных согласований.

То, что я хочу отметить по итогам семинара – это не какое-то официальное обращение, это только мое мнение. Я могу ошибаться в чем-то. Возможно, какую-то проблему семинара я пропустила. Буду очень благодарна, если участники семинара и все, кому близка тематика семинара, дополнят мою заметку, выскажут свое мнение или поспорят. Это можно сделать, не выходя из сайта, сразу же в конце статьи, нажав на «добавить комментарий». Также приглашаю обсудить семинар на ФОРУМЕ.

Итак, какие вопросы поднимались на семинаре, и есть ли шанс их когда-то решить?

Как уже отмечалось, платиновый термометр является основным образцовым средством для поверки всех нижестоящих СИ температуры. В моей, по сути, «общеобразовательной» лекции я пыталась рассказать о том, что ограничения на точность измерения температуры по МТШ-90 накладывает сам принцип построения шкалы, допускающий применение множества разнообразных термометров для реализации шкалы. Внимание было также уделено обзору процессов, происходящих в платине при различных условиях и связанных с этими процессами методик обращения с термометрами, позволяющих получить наивысшую точности измерения температуры. Все, что касается эталонных измерений, должно быть особенно интересно специалистам НИИ и ЦСМ, которые используют ПТС и ВТС 1 разряда. И вопрос, вытекающий из моего изложения следующий: будут ли разработаны новые стандарты на образцовые термометры? Возможно, нужны не только стандарты на поверку, а также рекомендации по эксплуатации термометров. Именно эта проблема была также поднята в выступлении гл. специалиста Ростест-Москва В.А. Медведева. Валерий Афанасьевич, исходя из огромного опыта первичной и периодической поверки образцовых термометров, предложил ввести процедуру проверки стабильности ПТС при выпуске из производства путем циклического отжига, а также включить промежуточную отжиговую обработку термометров в течение межповерочного интервала в руководящий документ по их эксплуатации. Важным предложением является также изменение порядка присвоения разрядов образцовым термометрам. Мне не нравятся расчеты «погрешности» из опубликованных тезисов доклада В.А. Медведева, т.к. я убеждена, что проще и корректнее складывать случайные составляющие и нестабильность именно как стандартные неопределенности, а не погрешности. Но суть предложений от этого не меняется. Важно повысить точность измерений на эталонном уровне. Хочется в этой связи упомянуть также и проблему комплектования поверочной лаборатории, которая обсуждалась в первой половине второго дня семинара. Сейчас фирмы-производители поверочного оборудования изготавливают как единичные приборы, так и комплекты поверочного оборудования, состоящие из термостатов, измерительной установки и программного обеспечения. Это, наверное, самое простое решение для вновь организуемой лаборатории – купить все, как говориться, в «одном флаконе». Однако есть и оборотная сторона – опасность, что персонал лаборатории не будет вникать в суть поверочных работ, перейдет на «автоматизм» вместе с установкой. Кроме того, надо очень осторожно относиться к «готовому» расчету суммарной неопределенности комплекта оборудования, который предлагает изготовитель. Расчет лучше провести самостоятельно по характеристикам всех составляющих.

Не хочется еще раз поднимать вопрос о поверочной схеме в целом. Я уже об этом писала раньше в «колонке редактора». Критика схемы в плане нормирования погрешностей образцовых ПТС звучит также в опубликованных тезисах доклада В.А. Медведева «О разрядах рабочих эталонов температуры (образцовых термометров сопротивления) и границах доверительной погрешности передачи размера единицы температуры в диапазоне от минус 200 до 1085 °С» (см. отчет о семинаре). Хочу процитировать автора: «Что же указано в прямоугольниках поверочной схемы?: указаны (вообще – то не указаны, а только могут быть условно вычислены, простой прямолинейной интерполяцией, - а что делать?) доверительные погрешности на момент поверки разрядного термометра, или те же погрешности на конец межповерочного интервала?». Хочется ответить на вопрос «что делать?» внутри цитаты, так я это представляю. Возьмем ПТС 1-го разряда. В схеме погрешность при 0 °С равна 0,002 °С при 1085 °С 0,2 °С, интерполируем для 420° С и получаем 0,077, а для 660 °С вообще 0,12 °С. Это же точность термопар, а не термометров первого разряда! Что делать? Не интерполировать. Я понимаю, что в этом случае поверочная схема практически никакой конкретной информации о точности образцовых СИ не несет. Если мы заглянем в последний проект новой поверочной схемы (он опубликован на сайте в разделе «проекты стандартов»), то для эталонных термометров мы не увидим предложения что-то интерполировать. Зато для рабочих средств какая-то странная линейная интерполяция предусмотрена, причем аж на интервал от 0 до 3000 °С! (п.2.4.2 – Пределы допускаемых абсолютных погрешностей рабочих средств измерений составляют от 0,003 °С при температуре 0 °С до 25 °С при температуре 3000 °С, при линейной зависимости от значения измеряемой величины.)

В то время как эталонные термометры первого разряда интересуют в основном специалистов НИИ и ЦСМ, термометры второго и третьего разряда нужны всем, причем в массовом количестве. Причем желательно, чтобы они были в металлическом корпусе, не бились, не ломались и «не уходили» на несколько десятых градуса за год. Не удивительно, что спрос рождает предложение, и в последнее десятилетие появились относительно прочные термометры в металлическом корпусе типов ПТС-100, ЭТС-100, ПТСВ и т.д. Все они очень хорошо продаются, но проблемы возникают со стабильностью. Дело в том, что это совсем другой класс термометров, чем ПТС-10. Чувствительный элемент по-другому устроен. Он устроен, как у обычного рабочего ТСП. Из этого, вообще говоря, следует, что и точность мы можем получить на уровне МЭК 60751. Если не попробуем усовершенствовать конструкцию ЧЭ. И работа в этом направлении идет. Например, в докладе гл. метролога ООО «Теплоприбор-сенсор» Подмосковновой Н.С. была заявлена новая разработка – остеклованный платиновый чувствительный элемент. Интересно, что авторам идеи удается подобрать стекло с коэффициентом расширения, близким к платине. А это решает сразу много проблем – и герметичность, и вибропрочность, и повышение стабильности. Нельзя не упомянуть очень интересный доклад Ядевича А.И (ОДО МСМ, г. Минск) о новейших разработках немецкой фирмы Heraeus, производящей пленочные платиновые датчики. Возможно, уже очень скоро именно этот тип ЧЭ полностью заменит намотанные из проволоки термометры, причем даже на уровне образцовых СИ. Также как микрочипы и флешкарты пришли на смену ламповой технике. Остается сожалеть, что как чипы для компьютеров, так и пленочные ЧЭ в России не изготавливают…Мы опять попадаем в зависимость от заграницы. Из всего моего рассуждения про термометры 3 разряда следует одно предложение – термометры 2 и 3 не должны объединяться с термометрами первого разряда в одном нормативном документе. Первый разряд – это кварцевые ПТС, для них должны быть максимальные, соответствующие МТШ-90 требования по чистоте платине, свободе от напряжений, нужен и соответствующий отжиг, стабилизация, методика правильной эксплуатации. Второй и третий разряд – фактически рабочие термометры повышенной точности. К ним важнейшим требованием является стабильность при циклическом нагреве. Допустимы различные конструкции, пониженные требования к чистоте платины, упрощенные методики интерполяции. Их поверка должна происходить сличением с первым разрядом. Если у кого-то другое мнение, или совпадающее с моим, то, пожалуйста, оставляйте комментарий сразу после этой статьи.

Одной из основных тем семинара являлись комплекты термометров для измерения разности температур, применяемые в приборах учета тепловой энергии (КТСПР). Большинство термометров этого типа изготавливаются сейчас с применением импортных ЧЭ пленочного типа. Как было показано в докладе ведущего специалиста ЗАО «Взлет» Е.С. Иванчуры термометры получаются надежными и, как правило, не менее 75 % термопреобразователей сопротивления признаётся соответствующими классу допуска А; отбраковывается, в среднем, 1 – 1,5 %. Учитывая низкую стоимость пленочных ЧЭ, технология напыленных сенсоров уже, можно сказать, «победила» проволочную намотку. Причем технология непрерывно совершенствуется. Особый интерес вызывает отмеченный в докладе А.И. Ядевича тонкопленочный платиновый температурный сенсор на элементе проводящей платы серии PCB, который разработан специально для тепловых измерений. В основе разработки – обеспечение повышенных требований к точности, долговременной стабильности, минимальная цена, а также возможность автоматизированного монтажа.

Актуальной проблемой в области производства и поверки теплосчетчиков является нормирование погрешности измерения температуры. В докладе В.А. Медведева приведен пример требований к погрешности, установленных в ЗАО «ТЕРМИКО». Для класса А относительная погрешность не должна превышать%.

Такие же требования устанавливает и ООО «Теплоприбор-Сенсор», ЗАО «Взлет», ЗАО «ТЭМ». Фактически, в России стандартизированы два класса точности для комплектов: А и В. По международным нормам EN 1434 требования значительно ниже.

Таким образом, класс А российский не совпадает с требованиями международными по EN 1434-1997, которые введены во многих странах, в том числе в Белоруссии. Но вопрос не только в установленных требованиях, т.к. казалось бы, что термометры годные по нашим, более точным требованиям, будут годны и по международным. Вопрос в методике поверки комплектов. Если у каждого будет своя методика, то может так случиться, что термометры годные в России забракуют в Белоруссии. Универсальной должна быть методика оценки погрешности комплекта, которая фактически сводится к компьютерной обработке индивидуальных зависимостей термометров комплекта с целью получения массива значений погрешностей для всевозможных комбинаций температур холодного и горячего сенсора. Иногда, по крайней мере, судя по докладам ЗАО «Взлет» и ООО «Теплоприбор-Сенсор», предприятие разрабатывает свою методику подбора пар и поверки, причем считается, что чем ближе термометры, входящие в пару по своим индивидуальным R(T), тем пара точнее. Однако это не всегда так, учитывая, что вычисление температуры выполняется теплосчетчиком по стандартной НСХ. Это хорошо было показано в устном докладе В.А. Медведева.

Еще один актуальный вопрос был затронут на семинаре. Это ускоренные испытания термометров на надежность и увеличение межповерочного интервала. Сейчас многие производители хотят установить для термометров поверочный интервал в 5 лет. Для этого необходимо подтвердить, что большинство термометров этого типа могут работать 5 лет без поломок и потери стабильности. Лучший метод – это статистическая обработка результатов периодической поверки большого количества термометров, работающих при предельных температурах в течение длительного времени. Обычно подобная статистика отсутствует. К тому же новый тип ТС еще не проработал пяти лет. В этом случае проводят «ускоренные» испытания, в которых нагрузка на термометр (температура применения, вибрации) повышается. И хотя существуют общие рекомендации по планированию ускоренных испытаний СИ, простая логика показывает, что для термометрии это не всегда правильный путь. Каждая конструкция имеет свою предельную температуру, превышение которой приведет к потере стабильности. Особенно критичны для платины температуры в районе 400 - 500 °С. Если при 400 °С термометр может работать очень долго, то при 500 °С он сразу же может выйти из строя. Для всех СИ невозможно установить единый подход к «ускорению» испытаний. На мой взгляд, только долгий опыт использования термометров может дать какие-то гарантии для увеличения рекомендуемого межповерочного интервала. Наиболее прогрессивным решением представляется разработка и внедрение на особо важных объектах систем непрерывной обработки информации, поступающей от датчиков, с целью отслеживания возможных сбоев. Было бы интересно на сайте услышать мнение опытных людей по этому вопросу.

Не могу не отметить проблему, которая прозвучала на семинаре в выступлении нач. отдела ВНИИМ, председателя комиссии РАН по температурным измерениям А.И. Походуна. Проблема в том, что многие стандарты по температурным датчикам, таким как жидкостно-стеклянные термометры, биметаллические термометры, термометры с унифицированным выходным сигналом и т.д. давно устарели. Например, не осуществлен даже переход на МТШ-90 для ртутников, что порой приводит к их несправедливой отбраковке при градуировке по образцовым ПТС, которые показывают температуру именно по этой шкале. И сразу же возникает другой вопрос. А кто должен разрабатывать новые стандарты? Кто должен на эту разработку дать распоряжение или поручение и кому. За последние годы моего опыта по разработке стандартов ГОСТ Р 8.624, 8.625 у меня сложилось впечатление, что это дело сугубо инициативное. Хочешь сделать доброе дело - посылай заявку в Ростехрегулирование, получи «добро» и вперед. Правда, потом за это могут, мягко говоря, «не похвалить». А нужны ли нам новые стандарты? От них только новые проблемы. Помню после учебного семинара в июне 2008 г. подошли ко мне два специалиста одного большого завода и спросили: какие Вы еще стандарты будете менять в этом году? И на ответ «никакие» был вздох облегчения: мол, подольше бы ничего не меняли. Переход на ГОСТ Р 8.625 уже можно сказать преодолен, многие изменили термин «термопреобразователь» на «термометр» в технической документации и сертификатах. Однако есть серьезная опасность, что термин придется менять снова. Абсолютно точно сказать все еще не могу, т.к на уровне утверждения межгосударственных стандартов такой открытости в работе, какая была для Российского стандарта, нет, но с вероятностью 90% мы скоро получим новый межгосударственный ГОСТ 6651, опять со старым названием «термопреобразователи».

Это, наверное, не все вопросы, которые обсуждались на семинаре. Наверное в промежутке между докладами во время общения участников в непринужденной обстановке были затронуты и другие важные проблемы. Повторюсь, мы всегда будем рады опубликовать любые мнения в разделе «Полемические заметки» или «Публикации». Я убеждена, что проблемы поднятые и, главное, где-то зафиксированные и опубликованные для широкой аудитории рано или поздно дадут свои плоды. Поэтому приглашаю к обсуждению и развитию тем, начатых на семинаре во ВНИИМ на сайте Temperatures.ru.

С уважением,


Гл. редактор Temperatures.ru
Моисеева Наталия Павловна

Материалы по данной теме на сайте:

Медведев В.А. О едином критерии годности комплектов термометров сопротивления для теплосчетчиков при первичной и периодической поверке

Е.С. Иванчура (ЗАО «Взлет») Поверка и методика согласования в пары термопреобразователей сопротивления «ВЗЛЕТ ТПС»скачать (pdf) 

В.А. Медведев (ФГУ «РОСТЕСТ- Москва») Комплекты термометров и термометры, применяемые в составе теплосчетчиков в России. Состояние и задачи метрологического обеспечения. (тезисы) скачать (pdf) 

Е.С. Иванчура (ЗАО «Взлет») Поверка и методика согласования в пары термопреобразователей сопротивления «ВЗЛЕТ ТПС»скачать (pdf)