Коптев В.С. «О погрешности измерения расхода теплосчетчика»

Недавно на форуме НПО «Тепловизор» был задан вопрос:
«Теплосчетчик, как известно, имеет погрешность в измерениях расхода,
температуры... Вопрос в вот в чем: скажем, за сутки через расходомер пришло 100
кубов теплоносителя, ушло 99 (по показаниям счетчика), погрешность измерения 1%
(в пределах погрешности измерния 2%). В энергоснабжающей организации спрашивают,
куда делся 1 куб, и как они будут считать расходы воды. Как с ними спорить, что
это в пределах погрешности прибора, на что апеллировать? На какой нормативный
документ сослаться?». Поскольку эта тема актуальна для многих потребителей, мы
решили выложить небольшую статью.

Отвечая на Ваш вопрос, заранее вынуждены извиниться за
дидактический характер ответа. Подобные вопросы находят ответ в основах теории
измерений, являющейся таким же элементом технической культуры, да и культуры
вообще, как например, основы философии, математики и физики.

Все измерительные процессы и средства не идеальны, т.е. при
измерении с помощью них возникают ошибки – отклонения от истинного значения
измеряемой величины – длины, объема, массы и пр. Более того, каждое измерение
даже на одном и том же измерительном средстве зачастую дает разные результаты.
Максимальная относительная величина возможных односторонних отклонений от
истинного значения измеряемой величины является неотъемлемой и важнейшей
характеристикой конкретного измерительного средства будь это линейка, весы,
счетчик-расходомер и т.п. Эта характеристика называется погрешностью
измерительного средства и выражается в процентах, или долях процента. Таким
образом зона отклонений показаний измерительного средства от истинного значения,
в силу симметрии этих отклонений, равна удвоенной погрешности средства
измерения. Эта зона является зоной неопределенности значения измеряемой
величины. То есть истинное значение измеряемой величины может быть любым
находящимся в пределах этой зоны.

Измерения утечек или подмесов теплоносителя с помощью
счетчиков-расходомеров, установленных на подающем и обратном трубопроводах,
являются разностными или непрямыми измерениями, т.е. такими, где значение
измеряемой величины определяется в процессе математической обработки результатов
двух и более измерений.

Для разностных измерений, если не предусмотрены специальные
мероприятия по взаимопривязке измерительных средств, среднестатистически зона
неопределенности увеличивается в корень из двух раз. Относительная погрешность
таких измерений гиперболически нарастает с уменьшением измеряемой разности. Так
для приведенного Вами случая относительная погрешность измерения величины
предполагаемой утечки в одну тонну ( при вычислении объема следует иметь в виду,
что вода в системе отопления при охлаждении ее с 90°С
до 60°С
уменьшает удельный объем на 1,9%) на уровне прошедших 100 тонн для
счетчиков–расходомеров класса 1,0 превышает 100%, что противоречит требованиям
пункта 5.2.4. «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя», согласно которому
«Водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема) теплоносителя с
относительной погрешностью не более 2%...». Следует отметить, что в приведенном
Вами примере относительная погрешность измерения утечки в разностной схеме будет
тогда удовлетворять требованиям «Правил учета…», когда уровень утечки будет
превышать 71 тонну, поэтому «Правила учета…» предусматривают определение массы
(объема) теплоносителя, израсходованного на подпитку и водоразбор, прямым
измерением с помощью отдельно установленных водосчетчиков на трубопроводах
подпитки и водоразбора ГВС. Таким образом, вопрос-гипотеза инспектора
теплоснабжающей организации о суточной утечке в теплосистеме потребителя 1 тонны
метрологически и юридически не обоснован.

Если величина расхождения показаний измерительных средств
используемых в разностных измерениях меньше зоны неопределенности (Ваш пример),
то отсутствует взаимооднозначное соответствие между измеряемой величиной и
результом измерения, и возможен только вероятностно-логический анализ. То есть
необходимы дополнительные эксперименты – измерения, позволяющие подтвердить или
опровергнуть гипотезу о наличии утечек или подмесов. На практике, если нет
возможности непосредственным осмотром системы теплоснабжения подтвердить
отсутствие утечек, закрывают задвижку на прямом трубопроводе, фиксируя показания
расходомеров и манометров на обоих трубопроводах. Далее закрывают задвижку на
обратном трубопроводе, также фиксируя показания тех же приборов. На третьем
этапе открывают задвижку на прямом трубопроводе, также фиксируя показания тех же
приборов. После чего все задвижки возвращаются в исходное состояние (как до
начала работ). Современные теплосчетчики и счетчики-расходомеры, устанавливаемые
на узлах учета, если верить заявляемым на них характеристикам, имеют широкий
диапазон измеряемых расходов, что и позволяет фиксировать расходы с
относительной погрешностью не хуже 2% на уровне 1% от номинального. Учитывая,
что задвижки зачастую полностью не перекрывают расход, в итоге мы будем иметь
таблицу значений расходов и давлений по прямому и обратному трубопроводам для
всех состояний задвижек.

*Расходы определены из примера
100 тонн за 24 часа.

И положительное значение расхода связанного с утечкой определим
из:

G₁^ут = G₄^прямой -
G₂^прямой;

G₂^ут = G₄^{обратный} -
G₂^{обратный};

При этом рабочее значение утечки, в силу ее гидравлической
близости либо к прямому, либо к обратному трубопроводу, будет находиться между
значениями G₁^ут < G_{рабочее}^ут <
G₂^ут.