Приложение А (обязательное). Проверка перепада давления сменных калибров

Приложение А
(обязательное)

Проверка перепада давления сменных калибров

А.1 Основные характеристики калибров

Примечание - Все значения неопределенности, указанные в данном приложении, приведены на уровне достоверности 95 %.

Сменные калибры перепада давления определяют значения перепада давления, которые могут использоваться для калибровки измерительных приборов при определении сопротивления затяжке сигарет и перепада давления фильтрпалочек.

Сертифицированным значением калибров перепада давления является калиброванное значение, скорректированное с помощью формулы компенсации, которая нормализует калиброванное значение в стандартных условиях окружающей среды в соответствии с ГОСТ ИСО 3402 (данными как температура 22 °С, относительная влажность 60 % и атмосферное давление от 86 до 106 кПа).

Вывод этой формулы компенсации приведен в А.4.6.

А.2 Основные характеристики перепада давления сменных калибров

Хотя существуют различные типы калибров перепада давления, данное приложение описывает только калибры с 10 капиллярами, изготовленными из стекла. В частности, формулы компенсации, приведенной в А.4.6, а также приведенные значения сходимости и воспроизводимости являются специфичными для стеклянных многокапиллярных калибров. Для калибров другой конструкции могут быть подходящими другие значения сходимости и воспроизводимости и другие компенсации.

Сменные калибры перепада давления должны обладать следующими свойствами:

- они должны быть изготовлены из химически инертного материала, который не подвержен изменениям при использовании или старении;

- они должны иметь близкое сходство по физическим размерам и форме с фильтрпалочками или сигаретами;

- они должны иметь определенные и повторяемые значения в рамках установленных доверительных пределов;

- воздушный поток через калибр перепада давления должен быть ламинарным и иметь воспроизводимые измерительные характеристики;

- уровень неопределенности сертифицированного значения перепада давления сменных калибров не должен превышать 1 % от его абсолютной величины.

А.3 Калибровочное устройство

А.3.1 Держатель для калибра при испытании

Чтобы определить перепад давления стеклянного многокапиллярного сменного калибра, он должен быть помещен в держатель, механическое расположение которого не должно изменять характеристики калибра и создавать систематических воздействий на калиброванное значение. Основные свойства типичного расположения показаны на рисунке А.1.

А.3.2 Определение объемного расхода

А.3.2.1 Общие положения

Устройство измерения объемного расхода (VFMD), которое не создает какого-либо систематического влияния на измерение расхода, используется для определения времени, затраченного на перемещение объема воздуха, просасываемого через калибр при испытании.

Устройство измерения объемного расхода должно иметь максимальную неопределенность в размере 0,3 % от указанного объема.

Примечание - ГОСТ ИСО 5725-1 содержит информацию об установленных пределах неопределенности.

Два примера устройств измерения объемного расхода описаны в А.3.2.2 и А.3.2.3.

А.3.2.2 Поршневой привод

Данное устройство имеет форму прецизионного полого цилиндра, внутри которого поршень перемещается с постоянной скоростью с помощью прецизионного двигателя для просасывания из атмосферы постоянного объемного потока через испытуемый калибр.

А.3.2.3 Вакуумный привод

Это устройство имеет форму прецизионного цилиндра с поршнем, который свободно перемещается вертикально вверх с помощью отдельного источника всасывания, соединенного с выходным концом цилиндра. Это устройство имеет датчики, которые контролируют движение поршня, чтобы обеспечить точное измерение времени перемещения известного объема воздуха, который был протянут через испытуемый калибр из атмосферы и собирается под поршнем.

Рисунок А.1 - Основные свойства калибровочного устройства

А.3.2.4 Измерение температуры воздуха, относительной влажности и атмосферного давления

Температуру и относительную влажность воздуха следует измерять в точке, находящейся в непосредственной близости к воздуху, входящему в калибр, в пределах границ экрана тяги, включая испытуемый калибр.

Измерение атмосферного давления следует проводить в пределах среды испытаний и регистрировать одновременно с измерениями температуры и относительной влажности воздуха.

Измерение температуры должно иметь максимальную погрешность 0,3 °С.

Измерение относительной влажности должно иметь максимальную погрешность 5 %.

Измерение атмосферного давления должно иметь максимальную погрешность 100 Па.

Примечание - ГОСТ ИСО 5725-1 содержит дополнительную информацию о пределах погрешности.

А.3.2.5 Система измерения давления

Система измерения перепада давления должна быть соединена с точкой подключения держателя для измерения разницы давления между выходным концом калибра и атмосферой, в то время как через калибр проходит контролируемый поток воздуха в устойчивых условиях.

Эта разница давления должна быть измерена и записана.

Система измерения давления должна иметь максимальную погрешность 0,2 % от измеренного значения.

А.3.2.6 Источник всасывания

Источник всасывания, как описано в 3.2, способный втягивать постоянный объемный воздушный поток, должен быть расположен последовательно в цепи с устройством измерения объемного расхода, который, в свою очередь, соединен с выходным потоком держателя.

Типичное расположение калибровочного устройства показано на рисунке А.2.

Расходомеры с мыльным пузырем не должны использоваться для калибровки сменных калибров перепада давления. Эти устройства увеличивают содержание влаги в измеряемом воздухе, что приводит к увеличению объемного расхода и снижению скорости.

Рисунок А.2 - Типичное расположение калибровочного устройства

А.4 Процедура калибровки

А.4.1 Очистка калибров

А.4.1.1 Общие положения

А.4.1.1.1 Перед калибровкой все калибры должны быть очищены путем погружения в ультразвуковую ванну, содержащую раствор дистиллированной воды и 5 %-ного неионного поверхностно-активного вещества.

Примечание - Два примера неионогенных поверхностно-активных веществ: Igepal СО 630 (нонилфенол этоксилат) и Branson GP ¹⁾ - формула концентрированной очистки.

------------------------------

¹⁾_{Igepal СО 630 (этоксилат нонилфенола) и Branson GP являются примерами подходящих продуктов, имеющихся в продаже. Эта информация предоставляется для удобства пользователей данного стандарта.}

------------------------------

А.4.1.1.2 Калибры должны быть погружены в очищающий сосуд в раствор в течение минимум 10 мин под наклоном от 10° до 20° по вертикали. Это гарантирует, что любой контакт с нижней поверхностью очищающего сосуда будет только по краю калибра, что позволит избежать возможного загрязнения капилляров.

А.4.1.1.3 После процесса очистки калибры должны быть погружены и промыты в ультразвуковой ванне, содержащей чистую дистиллированную или деионизированную воду (без растворенных солей и других соединений) в течение минимум 5 мин.

А.4.1.1.4 Затем калибры должны быть высушены, и необходимо убедиться, что остатки воды не остались в капиллярах, а вероятность попадания загрязнений была сведена к минимуму.

А.4.2 Процедуры предварительной калибровки

А.4.2.1 Общие положения

Измерения следует проводить в испытательной атмосфере в соответствии с ГОСТ ИСО 3402, а калибровочное устройство должно быть сконструировано в соответствии с устройством, показанным на рисунке А.1.

А.4.2.2 Равновесие калибров

Калибровочные устройства и сменные калибры перепада давления, ожидающие испытаний, должны оставаться открытыми для испытательной атмосферы в течение не менее 12 ч, чтобы обеспечить равновесие с испытательной атмосферой до того, как будут проведены какие-либо измерения.

А.4.2.3 Проверка герметичности прибора и проверка целостности измерения

А.4.2.3.1 Общие положения

В держателе должен быть установлен псевдокалибр, и проверка утечек должна быть проведена для измерения целостности измерительной системы в соответствии с А.4.2.3.2, для систем с вакуумным управлением, или А.4.2.3.3 - для систем с поршневым двигателем.

Тест на утечку должен предшествовать любой калибровке или серии калибровок и должен выполняться один раз в день, когда выполняется калибровка.

А.4.2.3.2 Процедура для систем с вакуумным управлением

Выполняют следующую процедуру для систем с вакуумным управлением:

a) в держателе калибров должен быть установлен псевдокалибр, соединенный выходным концом с устройством измерения объемного расхода и имеющий доступ к атмосфере входным концом;

b) система должна управляться путем применения вакуума к выходному отверстию устройства измерения объемного расхода для создания отрицательного давления под поршнем и на выходном конце калибра;

c) когда поршень достигает середины устройства измерения объемного расхода, у псевдокалибра атмосферный конец должен быть закрытым, а выходное отверстие устройства измерения объемного расхода должно быть соединено с атмосферой;

d) после обеспечения достаточного времени, для того чтобы поршень устройства измерения объемного расхода оставался неподвижным (минимум 30 с), любую утечку можно будет наблюдать путем контроля положения и стабильности поршня в течение определенного периода времени для обнаружения любых утечек более 1,5 см³/мин;

е) время контроля (t_M) для 1 мм перемещения поршня рассчитывают по формуле

,

(А.1)

где - поперечное сечение, выраженное в квадратных сантиметрах (см²) поршня;

- расстояние смещения поршня, то есть 0,1 см;

- объемный расход, выраженный в сантиметрах кубических в минуту, минимально приемлемой утечки, то есть 1,5 см³/мин.

Например, для устройства измерения объемного расхода с номинальным диаметром цилиндра 44,5 мм требуется минимальное время контроля 1 мин, в течение которого любое перемещение уровня поршня должно составлять менее 1 мм. Для устройства измерения объемного расхода с номинальным диаметром цилиндра 76,2 мм эквивалентное время обнаружения утечки для смещения на 1 мм должно составлять 3 мин.

А.4.2.3.3 Процедура для поршневых приводных систем

Выполняют следующую процедуру для поршневых приводных систем:

a) в держателе калибров должен быть установлен псевдокалибр, соединенный выходным концом с устройством измерения объемного расхода и имеющий доступ к атмосфере входным концом;

b) система устройства измерения объемного расхода должна быть установлена к мертвому объему (1000  100) см³. Должно применяться отрицательное давление в диапазоне от 2,8 до 3,2 кПа;

c) после достижения давления до стабильного значения объем утечки должен быть измерен и не должен превышать 1,5 см³/мин.

А.4.2.3.4 Контрольные эталонные калибры

Калибровочная лаборатория должна поддерживать набор эталонных калибров, используемых впоследствии в качестве калибровочного контроля, которые следует измерять каждый день, когда калибровочная лаборатория проводит измерения. Набор эталонных калибров должен состоять как минимум из двух калибров различных уровней перепада давления, которые охватывают диапазон выполняемых измерений перепада давления.

Должен быть сохранен журнал с измеренными значениями контрольных эталонных калибров вместе с идентификацией оператора и всеми окружающими условиями во время теста.

Примечание - [1] и [2] содержат графические методы для мониторинга стабильности долгосрочного процесса измерений.

Если измерения эталонных контрольных калибров находятся в пределах стандартных заявленных пределов погрешности, то калибровочное устройство считается пригодным для использования.

Если измерения контрольных эталонных калибров находятся вне нормальных декларируемых пределов погрешности, то устройство должно быть проверено на предмет утечек или ошибок измерений, или и то, и другое.

Контрольные эталонные калибры должны быть перепроверены после любой корректирующей работы.

А.4.3 Метод калибровки. Процедура измерения

А.4.3.1 Этот метод описывает процедуру измерения, которая создает перепад давления через калибр при испытании, пропорциональный номинальному потоку 17,5 см³/с, пересекающему его.

А.4.3.2 Измеряемый воздух, просасываемый из атмосферы через калибр при испытании, должен проходить через систему в течение не менее 5 мин до измерения для обеспечения теплового равновесия.

А.4.3.3 Температуру воздуха и относительную влажность атмосферы испытаний в пределах экрана для защиты от локальных воздушных потоков, содержащего калибр при испытании, измеряют вместе с атмосферным давлением и регистрируют для применения в формуле компенсации.

А.4.3.4 Стабилизированный объемный поток номинально 17,5 см³/с (17,5  0,3) см³/с должен быть установлен через устройство измерения объемного расхода и проведен через калибр при испытании.

А.4.3.5 Статический перепад давления между выходом калибра и атмосферой должен контролироваться и регистрироваться в течение всего времени стабилизированного измерения объемного расхода.

А.4.3.6 Одним показанием давления является среднее по меньшей мере трех последовательных повторных измерений разности давления, записанных в течение прошедшего времени стабилизации объемного потока.

А.4.3.7 Формула компенсации (А.4.6) должна быть применена к показаниям давления для нормализации калиброванного значения сменного калибра перепада давления в стандартных условиях окружающей среды 22 °С, относительной влажности 60 %, атмосферном давлении 1013 гПа и скорости потока 17,5 см³/с.

А.4.3.8 Процедуры по А.4.3.2 - А.4.3.7 должны быть повторены дополнительно еще два раза. Компенсированное значение перепада давления сменного калибра регистрируется как среднее из трех повторяющихся значений нормализованного перепада давления.

Калиброванное значение калибра, округленное до 1 Па (0,1 мм вод. ст.), должно быть записано в сопроводительном сертификате калибровки и может быть записано на сменном калибре перепада давления. Сменный калибр перепада давления должен иметь уникальный ссылочный идентификационный номер.

А.4.4 Сертификация

Каждый калибр должен быть снабжен сертификатом калибровки, который должен содержать следующую минимальную информацию:

a) наименование продукта и уникальный ссылочный номер;

b) дата испытания;

c) ссылка на оператора;

d) описание испытательного устройства и прослеживаемых эталонных серийных номеров всего измерительного оборудования;

e) температура атмосферы испытаний в градусах Цельсия (°С) во время испытаний;

f) относительная влажность в процентах (%) во время испытаний;

g) атмосферное давление в гектопаскалях (гПа) или миллибарах (мбар) во время испытаний;

h) компенсированное значение калибровки перепада давления;

ГАРАНТ:

Нумерация подпунктов приводится в соответствии с источником

j) пределы погрешности измерения;

k) любое наблюдение во время тестирования.

А.4.5 Точность и прецизионность

Во время разработки этого метода калибровки между поставщиками калибров проводилось межлабораторное испытание. В этом испытании использовались четыре комплекта сменных калибров перепада давления, каждый из которых состоял из четырех калибров, по одному для каждой номинальной величины 200 мм вод. ст., 400 мм вод. ст., 600 мм вод. ст. и 800 мм вод. ст., соответственно. Каждая лаборатория измеряла каждый набор калибров, используя метод, описанный в настоящем приложении, все измерения по одному набору калибров завершались за один день.

Затем измерения повторяли в течение трех дней, чтобы дать общее количество измерений за четыре дня.

Результаты приведены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Точность результатов

Номинальный р		Стандартное отклонение воспроизводимости		Стандартное отклонение сходимости
Па	мм вод. ст.	Па	мм вод. ст.	Па	мм вод. ст.
1961	200	4,217	0,43	2,059	0,21
3922	400	9,414	0,96	3,236	0,33
5884	600	11,572	1,18	4,315	0,44
7845	800	17,946	1,83	4,707	0,48

В вышеупомянутом межлабораторном испытании участвовали только три лаборатории, так как в настоящее время существует только три компетентные лаборатории. Таким образом, приведены стандартные отклонения воспроизводимости и сходимости, а не значения сходимости и воспроизводимости, поскольку испытание не отвечало всем критериям, установленным в ГОСТ ИСО 5725-1 - ГОСТ ИСО 5725-6, для оценки методов измерения. Это следует учитывать при сравнении этих значений с данными для других методов.

Чтобы гарантировать, что применяемые методы и процедуры не отличаются от стандартных, рекомендуется, чтобы калибровочные лаборатории принимали участие в ежегодных межлабораторных испытаниях. С этой целью приведенные выше цифры и данные, полученные в ходе будущих исследований, могут использоваться для оценки компетентности лабораторий.

А.4.6 Описание процесса компенсации

Процесс компенсации подробно описан в ссылке [3]. Эта компенсация была подтверждена для наиболее часто используемых стеклянных калибров перепада давления, состоящих из 10 параллельных капиллярных труб. Ниже приведено краткое описание процесса компенсации.

Значения перепада давления (р) зависят от условий окружающей среды во время калибровки, то есть от температуры Т, относительной влажности воздуха и атмосферного давления р_атм. Одним из способов снижения влияния этих факторов окружающей среды является применение компенсации. Подходящую формулу компенсации можно получить, рассмотрев влияние условий окружающей среды на основные характеристики измеряемого воздуха. При калибровке калибров перепада давления цель формулы компенсации представляет собой расчет значения перепада давления р_S при стандартных условиях окружающей среды (T_S = 22 °С, RHS = 60 %, p_S = 1013 гПа, выходной воздушный поток q_S = 17,5 см³/с) из измерений р, проводимых в разных условиях (T, RH, р_атм, q). р можно аппроксимировать суммой двух значений: р₁ и р₂; р₁ характерно для нелинейного поведения калибра и р₂ - для линейного поведения.

Затем можно определить степень нелинейности х по формуле

;

.

(А.2)

Величина х была экспериментально определена в диапазоне р от 200 до 800 мм вод. ст.:

.

(А.3)

Это показывает, что компенсированное значение р можно получить из формул (А.4) и (А.5), где p_1S и p_2S - неизвестные параметры:

;

(A.4)

,

(A.5)

где и - компенсированные значения и в миллиметрах водяного столба (мм вод. ст.);

и - вязкость и плотность воздуха, соответственно, во время калибровки;

и - вязкость и плотность воздуха, соответственно, в условиях стандартной среды;

T и - температура, выраженная в Кельвинах (K);

и - атмосферное давление, выраженное в миллиметрах водяного столба (мм вод. ст.).

После решения этих уравнений стандартное значение с выходным объемным потоком воздуха 17,5 см³/с может быть затем аппроксимировано:

,

(А.6)

где Q - объемный расход, выраженный в сантиметрах кубических в секунду.