Головна » Статті » Процес калібрування гир 2000 кг

Процес калібрування гир 2000 кг

УДК 53.088:531.751.3

Ільницька Т.М., к.т.н., Василиха Х.В., к.т.н.

Вступ

Засоби ваговимірювальної техніки (далі — ЗВТ), які застосовуються для визначення маси вантажу, що перевозиться залізничним транспортом і перебувають в експлуатації  підлягають періодичній повірці та повірці після ремонту, як законодавчо регульовані ЗВТ, відповідно до вимог Закону України «Про метрологію та метрологічну діяльність» [1] (далі — ЗУ «Про метрологію…») та наказу Мінекономрозвитку від 11.10.2012р. № 442 [2]. Для повірки вагонних ваг на залізничному транспорті може використовуватися вагоповірочний вагон, який має бути оснащений робочими еталонами, зокрема, гирями масою 2000 кг (кількість гир масою 2000 кг залежить від вантажопідйомності вагоповірочного вагону) [2]. Згідно розділом ІІ п.8 наказу Мінекономрозвитку від 08.02.2016р. № 193 [3] еталони, які застосовуються під час проведення повірки, мають бути калібровані з дотриманням міжкалібрувальних інтервалів і відповідати вимогам ДСТУ OIML D 23 [4]. 

Аналіз вимог чинного законодавства щодо використання гир

Гиря — це матеріальна міра маси, регламентована відповідно до її фізичних і метрологічних характеристик згідно з ДСТУ OIML R 111-1:2008 [5]. Використовують гирі для калібрування та повірки гир нижчого класу точності; для градуювання, калібрування, повірки та перевірки метрологічних характеристик зважувальних приладів, а також при інших зважуваннях. 

Відповідно до ЗУ «Про метрологію…» [1], Постанови Кабінету Міністрів України № 374 від 04.06.2015 р. [6], гирі є законодавчо регульованим засобом вимірювальної техніки (далі — ЗР ЗВТ) та повинні пройти процедури оцінки відповідності Технічного регламенту законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки [7] (далі — ТР ЗР ЗВТ) і підлягають повірці у випадку, якщо застосовуються у видах діяльності, що належать до сфери законодавчо регульованої метрології, а саме:

2) контроль якості та безпечності харчових продуктів і лікарських засобів;

3) контроль стану навколишнього природного середовища;

7) торговельно-комерційні операції та розрахунки між покупцем (споживачем) і продавцем (постачальником, виробником, виконавцем), у тому числі під час надання транспортних, побутових, комунальних, телекомунікаційних послуг, послуг поштового зв’язку, постачання та/або споживання енергетичних і матеріальних ресурсів (електричної і теплової енергії, газу, води, нафтопродуктів тощо);

12) роботи, що виконуються за дорученням органів досудового розслідування, органів прокуратури та судів;

13) реєстрація національних і міжнародних спортивних рекордів.

Відповідно до ст. 17 ЗУ Закону України «Про метрологію та метрологічну діяльність» [1], ЗВТ що перебувають в експлуатації, підлягають періодичній повірці та повірці після ремонту, крім тих, що застосовуються: 

  • органами з оцінки відповідності (у тому числі випробувальними та калібрувальними лабораторіями), акредитованими національним органом України з акредитації чи національними органами з акредитації інших держав, для провадження діяльності, стосовно якої їх було акредитовано;
  • науковими метрологічними центрами, метрологічними центрами та калібрувальними лабораторіями, які проводять калібрування засобів вимірювальної техніки відповідно до част. 2 ст. 27 цього Закону, стосовно ЗВТ, що використовуються ними при калібруванні».

Такі ЗВТ, у тому числі вторинні та робочі еталони, підлягають калібруванню.

Відповідно до ст. 27 ЗУ «Про метрологію…» [1]  «калібруванню в добровільному порядку можуть підлягати засоби вимірювальної техніки, які застосовуються у сфері та/або поза сферою законодавчо регульованої метрології».

У той же час, у національних стандартах ДСТУ ISO/IEC 17025 [8] та ДСТУ ISO серії 9000 [9-10] встановлено вимоги щодо простежуваності та невизначеності вимірювань:

  • ланцюг простежуваності до національних еталонів повинен бути продемонстрований;
  • невизначеність результатів вимірювання повинна бути оцінена.

ДСТУ ISO 10012 [11] вимагає, щоб «вимірювальне обладнання мало належний статус калібрування перед його метрологічним підтвердженням».

І тому підприємства, у яких система управління якістю відповідає ДСТУ ISO/IEC 17025 [8] або  ДСТУ ISO 9001 [10] та/або впроваджено вимоги ДСТУ ISO 10012 [11], повинні калібрувати свої еталони та ЗВТ, що використовують для провадження своєї діяльності та/або для перевіряння відповідності продукції та послуг встановленим вимогам [12]. 

Отже, як еталони та робочі еталони, підлягають калібруванню всі гирі, крім тих, що використовуються у видах діяльності щодо сфери законодавчо регульованої метрології але за виключенням тих, що застосовують у своїй діяльності органи з оцінки відповідності, у тому числі випробувальні та калібрувальні лабораторії, наукові метрологічні центри, метрологічні центри та повірочні лабораторії [12]. 

Акредитована калібрувальна лабораторія ТзОВ НВП «Техноваги»

Відповідно до ст. 27 ЗУ «Про метрологію…» [1]  «калібрування ЗВТ проводиться:

  • науковими метрологічними центрами;
  • метрологічними центрами, калібрувальними лабораторіями, акредитованими національним органом України з акредитації;
  • метрологічними центрами, калібрувальними лабораторіями, які мають документально підтверджену простежуваність своїх еталонів до національних еталонів, еталонів інших держав або міжнародних еталонів відповідних одиниць вимірювання.»

Слід зазначити, що ЗВТ може бути відкаліброване у Національних метрологічних інститутах лише для тих видів та діапазонів вимірювань, які покриваються “Угодою про взаємне визнання національних еталонів та сертифікатів калібрувань та вимірювань, що видаються національними метрологічними інститутами” (далі- CIPM MRA), відповідно до калібрувальних та вимірювальних можливостей (СМС) як це опубліковано в Додатку С бази даних ключових звірень (KCDB) на сайті Міжнародного бюро з мір і ваг (BIPM). 

За умови акредитації калібрувальної лабораторії в Національному органі України з акредитації (НААУ) її компетентність доведена та відповідає ДСТУ ISO/IEC 17025 [8]. Перелік акредитованих калібрувальних лабораторій та сферу їх акредитації можна знайти на офіційному сайті НААУ [13].

Акредитація передусім необхідна для: забезпечення єдиної технічної політики у сфері оцінки відповідності в країні; забезпечення довіри споживачів до результатів діяльності з оцінки відповідності; створення умов для взаємного визнання результатів діяльності акредитованих органів на міжнародному рівні; усунення технічних бар’єрів для ведення бізнесу [14]. Акредитована лабораторія отримує можливість удосконалювати обладнання, підвищувати кваліфікаційний рівень персоналу та рівень виконання замовлень за рахунок регулярних перевірок акредитаційних органів, а також скорочується час для підтвердження своєї компетентності.

Акредитація в НААУ означає, що калібрувальна лабораторія має право проводити калібрування обладнання відповідно до вимог ДСТУ ISO/IEC 17025 [8] та  видавати сертифікати калібрування, які визнаються більше ніж 80 країнами-підписантами угоди ILAC MRA. Оскільки, НААУ є повноправним членом Міжнародної кооперації з акредитації лабораторій (ILAC) та підписантом Угоди про взаємне визнання (ILAC MRA) за напрямками акредитації випробувальних та калібрувальних лабораторій.

Калібрувальна лабораторія «Техноваги» рішенням НААУ від 20 квітня 2018 р. визнана компетентною проводити калібрування обладнання у виді вимірювання: М – маса та пов’язні з нею величини. Сферою акредитації передбачається проведення калібрування, зокрема, гир еталонних та загального призначення (500 – 2000) кг – кл.т. F2, M1, M1-2, M2, M2-3, М3. Калібрувальна лабораторія ТзОВ НВП «Техноваги» має в своєму розпорядженні все необхідне для здійснення в повному об’ємі своїх функції: спеціально облаштовані приміщення; еталони, що простежуються до одиниць Міжнародної системи SI, які відтворюються Національними еталонами; відкаліброване обладнання; програмне забезпечення; валідовані методики; кваліфікований персонал, який постійно підвищує свою кваліфікацію.

Отже, для того щоб результати калібрування мали міжнародне визнання калібрувальна лабораторія повинна пройти акредитацію в НААУ і застосовувати ЗВТ, що мають сертифікати калібрування ILAC MRA або CIPM MRA.

Компаратор ТВЕ-2000К

Складність калібрування гир 2000 кг пов’язана з великою масою гирі та розташуванням вантажу на платформі. Важливо забезпечити центрованість при розміщенні еталона і гирі на вантажоприймальні платформи. Якщо позиція гир буде змінюватися відносно центру платформи компаратора та точки встановлення гирі (центру маси гирі), особливо це актуально при використанні ваг з автоматичним механізмом переміщення гир, потрібно додатково оцінювати невизначеність внеску, зумовленого розташуванням вантажу на платформі.

Тому, на заводі ваговимірювального обладнання «Техноваги» розроблено та введено в експлуатацію електронний компаратор маси ТВЕ-2000К для калібрування гир масою 500 кг, 1000 кг, 2000 кг класів точності М1, М2, Мз дискретою 1 г та невизначеністю вимірювання 6 г і 4 г в залежності від діапазону вимірювання (див. рис. 1, 2). 

Рис. 2 — встановлення гирі номінальною масою 2000 кг на компаратор ТВЕ-2000К

Компаратор ТВЕ-2000К працює як і в ручному режимі, коли алгоритм компарування (порівняння) виконує оператор, так і автоматичному, коли компаратором управляє комп’ютер з програмним забезпеченням. 

В автоматичному режимі програмне забезпечення задає алгоритм почергового підйому і опускання гирі й еталона (цикл АВВА). Після виконання заданої кількості циклів (від двох до 10) автоматично опрацьовуються результати вимірювання, обчислюється невизначеність та формуються протокол та сертифікат калібрування (див. рис. 3). У протоколі подано результати вимірювання, номінальне значення маси, відхил від номінального значення маси гирі, невизначеність результатів калібрування.

Оцінювання невизначеності результатів калібрування гирі

Оцінювання невизначеності результатів калібрування гирі в калібрувальній лабораторії ТзОВ НВП «Техноваги» виконується за методикою калібрування МК 02.01.М-16 “Методика калібрування еталонів маси та гир», розробленою відповідно до вимог ДСТУ OIML R 111-1:2008 [5].

Невизначеність за типом А — стандартна невизначеність процесу зважування

— середній квадратичний відхил різниці мас розраховують за формулою (1):

значення різниці умовної маси гирі, що калібрують, і еталонної гирі в
і-ому циклі; 

— середнє значення різниці умовних мас гир, що порівнюють; 

n – кількість циклів.

Невизначеність за типом В включає в себе невизначеність еталонної гирі u(mcr), невизначеність компаратора uba та невизначеність поправки на виштовхуючу силу повітря ub.

Стандартна невизначеність значення маси еталонної гирі розраховується за формулою (2):

де U — розширена невизначеність з сертифіката калібрування; 

k – відповідний коефіцієнт охоплення; 

uinstmcr — невизначеність обумовлена нестабільністю маси еталонної гирі. Якщо немає інших даних, то приймають uinstmcr = U/√3.

Стандартна невизначеність компаратора uba складається з невизначеності внесків, що зумовлені чутливістю компаратора us, дискретністю відліку компаратора ud, нецентральним розміщенням навантаження на платформі uE, магнітними властивостями гирі uma.

Експериментальним шляхом визначено, що чутливість компаратора постійна по часу, температурі, навантаженні і вносить нехтовно маленький внесок у стандартну невизначеність компаратора.

Для електронних компараторів з дійсною ціною поділки d невизначеність внеску, зумовленого роздільною здатністю, визначається за формулою (3):

Враховуючи форму та масу 2000 кг гирі, враховували невизначеність внеску, зумовлену нецентральним розташуванням вантажу на платформі (4):

де D — різниця між максимальним і мінімальним значеннями, отриманими під час випробування ваг на визначення похибки за розташування вантажу на платформі;

d1– оцінена відстань між центрами гир; 

d2– відстань від центра вантажоприймальної платформи до одного з кутів.

Невизначеність внеску, зумовлена магнітними властивостями гирі прийнята рівною нулю, оскільки гирі задовольняють вимогам ДСТУ OIML R 111:2008 [5].

Отже, стандартна невизначеність компаратора

Невизначеність поправки на виштовхувальну силу повітря розраховується за формулою (С.6.3-1) додатку С ДСТУ OIML R 111:2008 [5]. Внесок цієї невизначеності у сумарну стандартну невизначеність становить менше 0,3 %.

Сумарна стандартна невизначеність умовної маси гирі, що калібрують, визначається за формулою (5):

Розширена невизначеність умовної маси гирі, що калібрують (6):

де k– коефіцієнт охоплення. При довірчій ймовірності 0,95 використовується коефіцієнт охоплення k=2. В інших випадках розраховується за t-розподілом при довірчому рівні 95,5 % і ефективним ступенем свободи  νeff  розрахованим за формулою Велча-Саттервейта.

Найбільшими внесками у розширену невизначеність є внески, зумовлені невизначеністю еталонної гирі – порядку 32 % і невизначеністю компаратора – порядку 67 %. Тому, при калібрування 2000 кг, дуже важливими є характеристики еталонів та компаратора.

Висновки

Отже, для достовірних результатів калібрування  гир 2000 кг необхідно, щоб:

  • калібрувальна лабораторія була акредитована в НААУ, тобто визнана компетентною відповідно до вимог ДСТУ ISO/IEC 17025 [8], або Національний метрологічний інститут мав відповідні CMC-рядки, надруковані у Додадту С KCDB на сайті BIPM;
  • еталонні гирі були відкалібровані і відповідали вимогам ДСТУ OIML R 111:2008 [5];
  • компаратор був призначений для роботи з великими масами, мав можливість центрувати гирю, тобто, щоб центр маси гирі не був зміщений по відношенню до точки встановлення гирі та центру платформи компаратора; 
  • еталон і гиря, що калібрують, при кожному циклі калібрування (АВВА чи АВА) розташовувалась в одне і теж місце на компараторі.

Література

  1. Про метрологію та метрологічну діяльність [Електронний ресурс]: закон України [прийнято Верхов. Радою 05 червня 2014 р. № 1314-VII]. – Режим доступу: http://zakon5.rada.gov.ua/laws/show/1314-18.
  2.  Про затвердження Інструкції про порядок застосування засобів ваговимірювальної техніки на залізничному транспорті України [Електронний ресурс]: наказ [прийнято Мінінфраструктури 31 липня 2012 р. № 442]. – Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z1716-12
  3. Про затвердження Порядку проведення повірки законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, та оформлення її результатів України [Електронний ресурс]: наказ [прийнято Мінекономрозвитку 8 лютого 2016 р. № 193]. – Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0278-16.
  4. ДСТУ OIML D 23:2008 Метрологія. Принципи метрологічного контролю обладнання для повірки (OIML D 23:1993, IDT).
  5. ДСТУ OIML R 111-1:2008 «Гирі класів точності Е1, Е2, F1, F2, М1, М1-2, М2, М2-3 і М3. Частина 1. Загальні технічні вимоги та методи випробування» (OIML R 111-1:2004, IDT).
  6. Про затвердження переліку категорій законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що підлягають періодичній повірці [Електронний ресурс]: постанова [прийнято Кабінетом міністрів України 4 червня 2015 р. № 374]. – Режим доступу: http://zakon3.rada.gov.ua/laws/show/374-2015-%D0%BF.
  7.  Технічний регламент законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки [Електронний ресурс]: постанова [прийнято Кабінетом міністрів України 13 січня 2016 р. № 94]. – Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/94-2016-%D0%BF.
  8. ДСТУ ISO/IEC 17025:2017 Загальні вимоги до компетентності випробувальних та калібрувальних лабораторій (ISO/IEC 17025:2017, IDT).
  9. ДСТУ ISO 9000:2015 Системи управління якістю. Основні положення та словник термінів (ISO 9000:2015, IDT).
  10. ДСТУ ISO 9001:2015 Системи управління якістю. Вимоги (ISO 9001:2015, IDT).
  11. ДСТУ ISO 10012:2005 Системи керування вимірюванням. Вимоги до процесів вимірювання та вимірювального обладнання (ІSO 10012:2003, ІDT).
  12. Ільницька Т.М. Засоби вимірювальної техніки, пов’язані з вимірюванням маси в зоні і поза зоною законодавчо регульованої метрології / Т.М. Ільницька, Х.В. Василиха //  Метрологія та прилади. – 2019. – № 4. –  С. 55-61. – Режим доступу: https://doi.org/10.33955/2307-2180(4)2019.55-61.
  13.  Реєстр акредитованих органів з оцінки відповідності  [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://naau.org.ua/reyestr-akreditovanix-oov/.
  14. Структура національної системи акредитації відповідності [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://naau.org.ua/nacionalne-agentstvo-z-akreditaciyi-ukrayini/struktura-nacionalnoyi-sistemi-akreditaciyi/.