РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ВЕРТУШКИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РЕЧНЫЕ ТИПА ГР-21М, ГР-55, ГР-99. МЕТОДИКА ПОВЕРКИ В ПРЯМОЛИНЕЙНОМ ГРАДУИРОВОЧНОМ БАССЕЙНЕ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Москва 2000

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ВЕРТУШКИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РЕЧНЫЕ ТИПА ГР-21М, ГР-55, ГР-99. МЕТОДИКА ПОВЕРКИ В ПРЯМОЛИНЕЙНОМ ГРАДУИРОВОЧНОМ БАССЕЙНЕ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Москва 2000

7.4.2 Вертушку считают прошедшей поверку с положительным результатом, если б_г по всему скоростному диапазону удовлетворяют условию

(3)

где 8_Д — пределы допустимой относительной основной погрешности, %. Значение 5_Д определяют по следующим формулам:

(4)

— для лопастного винта диаметром 120 мм

(5)

8_Д - ±100 [0,015 + 0,002(5/V - 1)]; — для лопастного винта диаметром 70 мм

6_Д = ±100 [0,015 + 0,004(5/V - 1)],

где V — скорость потока, м/с.

7.5 Оформление результатов поверки

7.5.1    Результаты поверки оформляют в виде протокола согласно приложению Д. К протоколу прилагают результаты измерений, оформленные согласно приложению Б.

7.5.2    При выполнении условия пункта 7.4.2 на вертушку выдают свидетельство о поверке сроком на 2 года (приложение Е).

7.5.3    При отрицательных результатах поверки на вертушку выдают извещение о ее непригодности к применению (приложение Ж).

Определение ИФП вертушек в ПГБ при помощи самописца АЛ Регистрация сигналов на самописце

А. 1.1 В процессе получения исходной измерительной информации для определения ИФП вертушек на самописце, например Н 338-6П ТУ 25-04-2368*75, имеющем шесть измерительных каналов (что позволяет вести наблюдения одновременно по четырем вертушкам), регистрируются следующие параметры:

—    число сигналов N_v выработанное вертушкой на рабочем (измерительном) участке ПГБ, за интервал времени

—    путь L_p, равный длине рабочего участка и пройденный тележкой за время т^_р.

По этим параметрам определяют скорость движения тележки V₇ на рабочем участке и частоту оборотов лопастного винта n_t каждой вертушки.

А. 1.2 Выходы датчиков вращения лопастных винтов вертушек и датчика пути тележки подключают ко входам 1-5 самописца через источник питания (ИП) постоянного напряжения при помощи резисторов R1-R5 по схеме, изображенной на рисунке А.1. В схеме на вход самописца 5 предусмотрено подключение датчиков пути разных типов:

—    магнитноконтактного (например, на герконе);

—    неконтактного (например, оптического), вырабатывающего на выходе усилителя самописца сигнал в виде электрических импульсов.

В последнем случае выход 5 резистора R5 отключается от схемы соединения.

Для регистрации текущего времени используется вход в самописца, на который поступают электрические импульсы частотой 10 Гц, снимаемые с выхода генератора калиброванных частот, например, частотомера-хронометра Ф 599 ТУ 25-04-1176-70.

А. 1.3 Измерительную информацию регистрируют на трех скоростях движения диаграммной ленты в зависимости от скорости движения тележки:

Скорость тележки, м/с....................0,06-0,30    0,3-1,0 Более 1,0

Скорость диаграммной ленты, мм/с......    10    50    100

Запись включается при следующем положении тележки в зависимости от скорости ее движения:

—    за 1 м от начала рабочего участка при скорости от 0,06 до

1,00 м/с,

—    за 2 м — при скорости более 1,0 м/с.

А. 1.4 Перед началом записи на диаграммной ленте напротив записи по каждому каналу записывают следующие сведения:

—    номер эталонной вертушки,

—    номер лопасти,

—    дату и номер измерения (наблюдения),

—    фамилию исполнителя.

1—6 — ВХОДЫ Рисунок А.1 — Регистрация сигналов на многоканальном быстродействующем самописце Н 338-6П

Л.2 Первичная обработка измерительной информации

А.2.1 Обработку графической измерительной информации, полученной на самописце, осуществляют следующим образом: делают отметки на отрезке S_Ni записи сигналов N_t между началом первого и последнего сигналов вертушки. Для вертушек ГР-21 М и ГР-55 последним считают четвертый сигнал, для вертушек ГР-99 — шестидесятый сигнал.

А.2.2 При помощи линейки-шаблона, входящей в комплект самописца, отметки этого участка S^_L (от первого до последнего сигнала ЛГ) параллельно переносят на запись t_n сигналов текущего времени от отметчика времени. На этой записи вычисляют интервал времени с, равный сумме периодов (N - 1) следования зарегистрированных сигналов вертушки, в следующем порядке:

—    по записи отметчика времени определяют среднюю скорость движения диаграммной ленты £/_л, мм/с, на участке s„. Для этого делают отметки между первым и последним сигналами отметчика времени, разместившимися на этом участке S_N, и замеряют расстояние между отметками S_t, мм, до десятых долей. Подсчитывают число импульсов отметки времени N_t;

(А.1)

—    при частоте следования импульсов отметчика времени, равной 10 Гц, среднюю скорость движения диаграммной ленты U_л, мм/с, вычисляют по формуле

и_л = 10 S_t /{N_t - 1);

(А.2)

— интервал времени x_Nr с, вычисляют по формуле

^zNi “ /и_л.

А.2.3 При помощи линейки-шаблона переносят отметки участка S_N. на запись S_L от датчика пути. В пределах участка этой записи S_L, приближенно равного S_Ni, определяют среднюю скорость движения тележки V_T, выполняя действия в следующем порядке:

—    на записи датчика пути в пределах участка отмечают участок 5_Д. равный расстоянию от начала первого сигнала датчика до начала его последнего сигнала

—    измеряют длину участка S_fl, мм, до десятых долей;

—    подсчитывают целое число промежутков (периодов) между соседними сигналами (N_A - 1);

—    вычисляют интервал времени т_д, с, равный сумме периодов сигналов датчика пути (N_R - 1) по формуле

(А.З)

— определяют среднюю скорость движения тележки V_r, м/с,на рабочем пути по формуле

V_T - (ЛГ_Я - 1 )1/х_я,    (А.    4)

где I — расстояние (шаг) между соседними сигналами отметчика пути, м.

А.2.4 Среднюю частоту оборотов лопастных винтов п_ь об/с, каждой вертушки определяют по формуле

л, = (ЛГ< - 1)K/x_Nl,    (А.5)

где К — число оборотов лопастного винта на один сигнал вертушки. Для ГР-21М и ГР-55 К — 20, для вертушек ГР-99 К — 1.

А.2.5 Все линейные измерения на диаграммной ленте делают при помощи штриховой меры длины класса точности 5 ГОСТ 12069-90.

Форма таблицы оформления результатов измерений

Вертушка типа......№

Номер наблю дения i Скорость движения тележки м/с Частота оборотов лопастного винта вертушки п„ об/с Скорость нотока, измеренная вертушкой V„ м/с Относительная основная погрешность вертушки 5(, % Пределы допускаемой относительной основной погрешности вертушки 5Д, % 1 2 3

Поверитель

(подпись)

(фамилия, инициалы)

РД 52.08.12-97

Определение ИФП вертушек в ПГБ при помощи блока регистрации

В.1 В процессе получения исходной измерительной информации для определения ИФП вертушек на блоке регистрации, состоящем, например, из десяти измерительных каналов (рисунок В.1), одновременно регистрируют следующие параметры:

—    число сигналов N_t, выработанное вертушкой на рабочем (измерительном) участке ПГБ, за время x_Nj\

—    путь L_p, пройденный тележкой за время т^_р регистрации сигналов от вертушек.

По этим параметрам определяют скорость движения тележки V_T на рабочем участке и частоту оборотов лопастного винта л, каждой вертушки.

В.2 Согласно структурной схеме блока регистрации (см. рисунок В.1) в формирователе 1 сигналы от датчиков вращения лопастных винтов эталонных вертушек или от датчика пути (например, 10-й канал) формируются в электрические импульсы определенного уровня и длительности. На индикаторах светового четырехразрядного табло 4 отображается число зарегистрированных сигналов вертушки.

Сигналы текущего времени приходят на вход счетчика времени 6 через схему разрешения 5 от задающего генератора 8 через делитель частоты 9 (выходы dj—д₁₀). С другого выхода делителя 9 снимается частота модуляции на формирователь 1 (выходы Zj—z₁₀).

Сигналы текущего времени с выхода счетчика времени 6 подаются на индикаторы светового пятиразрядного табло 7. Счет времени идет с дискретизацией в 0,001 с.

Концевые датчики Д_П1(начала пути) и Д_П2 расположены вдоль ПГБ. Расстояние между ними равно длине его рабочего (измерительного) участка L_p. Сигналы оптического датчика пути 13 с преобразователя 14 (выход к) подаются только на вход канала 10. На счетчики 3 и 6 всех каналов через их схемы разрешения 2 и 5 подаются команды «начала* и «конца* счета (выходы —е₁₀) сигналов вертушек и датчика пути, а также команды «начала* и «конца* счета текущего времени, в течение которого тележка проходит участок Lp.

Время и число сигналов N_t, приходящих от каждой вертушки, начинают регистрироваться после команды разрешения на счет, снимаемой с выхода схем разрешения 2 и .5 с приходом переднего фронта первого импульса вертушки и импульса датчика пути 13.

I — формирователь, 2 — схема разрешения счета импульсов вертушек и импульсов датчика пути, 3 — счетчик импульсов, 4 — индикаторы светового четырехразрядного табло, 5 — схема разрешения счета времени регистрации сигналов вертушек, 6 — счетчик времени, 7 — световое пятиразрядное табло, 8 — задающий генератор, 9 — делитель частоты, 10 — контроллер, 11— промежуточный носитель информации, 12— автономный источник питания стабилизированных напряжений, 13 — оптический датчик пути передвижения тележки, 14 — преобразователь сигнала оптического датчика

Рисунок В.1 — Структурная схема блока регистрации

Регистрация и N_{ заканчивается после команды * конец счета», снимаемой на выходах схем разрешения 2 и 5 с приходом переднего фронта последнего импульса N_t.

Таким образом измеряется целое число периодов следования импульсов (N_t - 1).

В.З Первичная обработка измерительной информации сводится к определению в каждом измерении средней скорости движения тележки V_T на участке L_p и средней частоты оборотов лопастных винтов вертушек

(В.1)

а) среднюю скорость У_т, м/с, вычисляют по формуле

V_T - L_p Д_р - (m - 1)гд_р(

где т_р — интервал времени, в течение которого тележка проходит участок L_p, с ;

т — число зарегистрированных сигналов датчика пути;

I — расстояние (шаг) между соседними сигналами датчика пути, м.

Показания т_р снимают с табло 7 канала 10, а показания т снимают с табло 4 канала 10.

б) среднюю частоту оборотов лопастного винта вертушки п_и об/с, вычисляют по формуле

п, - т, - i)/v₍.    (в.2)

где К — число оборотов лопастного винта на один сигнал вертушки;

N_t — число зарегистрированных сигналов вертушки;

T_Ni — интервал времени, в течение которого зарегистрировано N_t сигналов от вертушки, с.

Для вертушек ГР-21М и ГР-55 К = 20, для вертушек ГР-99 К = 1.

Показания N_t снимают с табло 4 каналов 1-9, а показания x_Ni снимают с табло 7 каналов 1-9.

Согласно схеме, в блоке регистрации предусмотрен вариант автоматической системы сбора и первичной обработки измерительной информации. Этот вариант заключен в том, что при движении тележки вся указанная информация в В Л параллельно заносится в промежуточную память ПЗУ контроллера 10 через его входы a, бIQ, 0\~в\О’ После остановки тележки в паузе переключения ее на обратный ход вся информация из ПЗУ проходит первичную обработку по алгоритму, указанному в В.3.1. Также выполняется экспресс-анализ на достоверность (надежность) проведенных измерений. При положительном результате анализа полученный массив переносится на промежуточный носитель информации 11 и далее используется в статистической обработке на компьютере при определении ИФП.

Все каналы блока регистрации, контроллер 10 и промежуточный носитель информации 11 получают питание от стабилизированного источника питания 12, с которого (выходы з, ж) подается различное напряжение.

Расчет коэффициентов ИФН вертушки методом наименьших квадратов

Результатом наблюдений при определении ИФП вертушки является совокупность значений (V^, n_t), приведенная в протоколе (приложение Д). ИФП вертушки имеет вид

V-a + bn.    (Г.1)

При использовании метода наименьших квадратов требование наилучшего согласования прямой и экспериментальных точек сводится к тому, чтобы сумма квадратов отклонений экспериментальных точек от сглаженной прямой была минимальна:

£ [V_Tt - f(n,)]² - min.    (Г.2)

Коэффициент b определяют по формуле

Ь = (M_Vn-~Vh)/(D_n-h\    (Г.З)

где M_Vjl — центр распределения

Mv_M-tfy_nnj>/N-,    (Г.4)

V — среднее арифметическое значение скорости тележки V_rt, м/с (i изменяется от 1 до N):

V -ZV^/N;    (Г. 5)

п — среднее арифметическое значение числа оборотов лопастного винта вертушки n_lt об/с (г изменяется от 1 до ЛГ):

п - I n./N;    (Г.6)

г-1

D_n — дисперсия

D_n-inf/N;    (Г. 7)

N — число заданных скоростных точек в диапазоне измерения скорости.

Коэффициент а определяют по формуле

fl-7-й.    (Г.8)

ПРЕДИСЛОВИЕ

1    РАЗРАБОТАН Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) Росгидромета

2    РАЗРАБОТЧИКИ Д. А. Коновалов, канд. физ.-мат. наук (руководитель темы); Н. И. Зайцев, канд. техн. наук; Ю. Б. Вахрамеев, М. Е. Вычегжапина

3    ОДОБРЕН Центральной комиссией Росгидромета по приборам и методам получения и обработки информации о состоянии природной среды (ЦКПМ). Протокол № 2 от 15 мая 1997 года

4    УТВЕРЖДЕН Руководителем Росгидромета 24.12.97

5    ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦКБ ГМП за № РД 52.08.12-97 от 18.02.98 5 ВЗАМЕН РД 52.08.12-84

СОДЕРЖАНИЕ

1    Область применения...................................................................... 1

2    Нормативные ссылки..................................................................... 1

3    Операции поверки......................................................................... 1

4    Средства поверки........................................................................... 2

5    Требования безопасности................................................................ 3

6    Условия проведения поверки и подготовка к ней.............................. 3

7    Проведение поверки...................................................................... 3

7.1    Внешний осмотр...................................................................... 3

7.2    Опробование............................................................................ 4

7.3    Определение индивидуальной функции преобразования вертушки........ 4

7.4    Определение относительной основной погрешности вертушки....... б

7.5    Оформление результатов поверки.............................................. 6

Приложение А Определение ИФП вертушек в ПГБ при помощи самописца .... 7 Приложение Б Форма таблицы оформления результатов измерений........11

Приложение В Определение ИФП вертушек в ПГБ при помощи блока регистрации ..................................................................12

Приложение Г Расчет коэффициентов ИФП вертушки методом наименьших квадратов ........................................................... 15

Приложение Д Форма протокола проведения поверки вертушек в ПГБ... 16

Приложение Е Форма свидетельства о поверке вертушки в ПГБ............17

Приложение Ж Форма извещения о непригодности к применению........ 18

Приложение И Библиография............................................................19

РД 52.08.12-97

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ВЕРТУШКИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РЕЧНЫЕ ТИПА ГР-21М, ГР-55, ГР-99. МЕТОДИКА ПОВЕРКИ В ПРЯМОЛИНЕЙНОМ ГРАДУИРОВОЧНОМ БАССЕЙНЕ

Дата введения 1998-07-01

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящие методические указания распространяются на вертушки гидрометрические речные типа ГР-21М ТУ 25-0888.008-84, ГР-55 ТУ 25-04.1628-77, ГР-99 ТУ 25-0888.009-84 (далее — вертушки) и устанавливают методы и средства их первичной и периодической поверок (далее — поверки) в прямолинейном градуировочном бассейне.

Методические указания являются обязательными для всех организаций Росгидромета.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.009-84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений;

ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством;

ГОСТ 12069-90 Меры длины штриховые брусковые. Технические условия.

3 ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ

При проведении поверки вертушек должны быть выполнены операции, указанные в табл. 1. Выполняемые операции при первичной и периодической поверках полностью совпадают.

4 СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

При проведении операции в процессе поверки вертушек должны быть применены следующие средства измерений и регистрации:

а) прямолинейный градуировочный бассейн (ПГБ), аттестованный по методике [1] (приложение И):

—    нижний предел диапазона измерения, м/с, не более.....0,04;

—    верхний предел диапазона измерения в зависимости от тех

б)    многоканальный блок регистрации сигналов (далее — блок регистрации) от датчиков скорости вращения лопастных винтов вертушек и датчика пути (число каналов зависит от числа одновременно поверяемых вертушек в ПГБ), прошедший аттестацию в установленном порядке;

в)    прибор быстродействующий самопишущий (далее — самописец):

—    запись чернильная на бумажную диаграммную ленту с криволинейными координатами;

—    скорость движения диаграммной ленты, мм/с.....1,0; 2,5;

5,0; 10,0; 25,0; 50,0; 100,0; 250,0;

г)    штриховая мера длины класса точности 5 по ГОСТ 12069;

д)    частотомер-хронометр:

—    диапазон измерения частот, Гц...............от    0,1 до 1000,0;

—    время счета частоты электрических колебаний, с ........10,100;

—    выход калиброванных частот 10 и 100 Гц с выходным напряжением не менее 5 В на нагрузке 10 кОм импульсных сигналов любой полярности;

—    относительная погрешность при измерении частот, %, не

—    относительная погрешность измерения, %, не более.....±1;

—    нестабильность выходного напряжения, %, не более ... ±0,01.

5 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

5.1    При поверке вертушек должны быть соблюдены правила по технике безопасности, предусмотренные инструкцией по эксплуатации ПГБ.

5.2    К проведению измерений при поверке и (или) обработке результатов допускаются лица, которым предоставлено право поверки гидрологических приборов и которые ознакомлены с нормативной документацией на средства и объект поверки.

6 УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ

6.1    При проведении поверки должны соблюдаться условия, указанные в табл. 2.

•

6.2    Перед проведением поверки вертушки и используемые средства поверки должны быть подготовлены согласно инструкциям по их эксплуатации.

Таблица 2

7 ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ 7.1 Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра вертушек должно быть установлено:

а)    соответствие вертушек нормативной документации на них;

б)    отсутствие дефектов, механических повреждений и следов коррозии на деталях вертушки, которые могут повлиять на метрологические характеристики.

7.2 Опробование

7.2.1 Проверка контактного устройства вертушек типа ГР-21 М, ГР-55

Вертушки типа ГР-21 М и ГР-55 соединяют линией связи с самописцем по схеме, приведенной в приложении А, и проверяют работу контактного устройства вертушек, вращая лопастной винт и получив не менее пяти четких сигналов на диаграммной ленте.

722 Проверка контактного устройства вертушек типа ГР-99

Вертушки типа ГР-99 соединяют линией связи с электромеханическими счетчиками согласно схеме (см. приложение А) и проверяют работу контактного устройства вертушки совместно с регистрирующей аппаратурой путем вращения лопастного винта до получения на электромеханическом счетчике не менее 20 сигналов, визуально контролируя движение стрелки счетчика.

7.3 Определение индивидуальной функции преобразования вертушки

7.3.1    Вертушки устанавливают в ПГБ на штангах градуировочной тележки в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации ПГБ.

7.3.2    Определение ндивидуальной функции преобразования вертушки (ИФП) производят при следующих заданных значениях скорости перемещения градуировочной тележки ПГБ (далее — тележка): 0,06; 0,07; 0,08; 0,10; 0,15; 0,20; 0,30; 0,50 м/с и далее через 0,5 м/с до

2,5 м/с (или до верхнего предела диапазона измерения скорости в ПГБ, но не менее 2,5 м/с), причем первая (начальная) измерительная точка для вертушек ГР-21М соответствует 0,06 м/с, ГР-99 — 0,07 м/с, ГР-55 — 0,08 м/с.

7.3.3    Допускаемые отклонения задания скорости движения тележки должны быть не более +10 %.

7.3.4    При переходе с одной заданной скорости движения тележки к другой должно быть выдержано время, в течение которого вода в бассейне успокаивается, в соответствии с инструкцией по эксплуатации ПГБ.

7.3.5    На каждой заданной скорости движения тележки производят измерение частоты оборотов лопастного винта вертушки n_t и

действительной скорости движения тележки V . Результаты заносят в таблицу по форме приложения Б. Результаты вычислений округляют следующим образом:

—    до четырех значащих цифр, если первая значащая цифра меньше 5;

—    до трех — если первая значащая цифра равна или больше 5.

7.3.6    Измерения производят на блоке регистрации сигналов от датчиков вращения лопастных винтов вертушек и датчика пути тележки.

Структурная схема блока регистрации, принцип измерения и порядок первичной обработки информации приведены в приложении В.

7.3.7    Допустимо производить измерения на самописце.

Схема подключения датчиков вращения лопастных винтов вертушек и датчика пути тележки к входам измерительных каналов самописца, а также первичная обработка измерительной графической информации приведены в приложении А.

7.3.8    ИФП определяют по результатам одного измерения в каждой заданной точке диапазона скоростей.

7.3.9    По результатам измерений определяют ИФП вертушки:

V=a + bn,    (1)

где V — скорость водного потока, измеренная вертушкой, м/с;

а и b —- коэффициенты ИФП;

п — частота оборотов лопастного винта вертушки, об/с.

7.3.10    ИФП вертушки определяют в диапазоне скоростей в соответствии с условиями 7.3.2. Допустимо использовать кусочно-линейную аппроксимацию.

7.3.11    ИФП рассчитывают методом наименьших квадратов по методике, приведенной в приложении Г.

7.4 Определение относительной основной погрешности вертушки

7.4.1 Относительную основную погрешность вертушки 8_lt %, в заданной точке диапазона измерения скорости в соответствии с требованиями ГОСТ 8.009 определяют по формуле

8, - 100 (V_t - V_v)/V_Ti,    (2)

где V_t — скорость потока по ИФП вертушки, м/с;

V_n — скорость тележки, м/с;

i — номер заданной точки скорости движения тележки в диапазоне измерения.