Метрологическое оборудование и средства измерения ОАО НПП «Эталон» для нужд энергоаудита

«ОАО НПП «Эталон» — ведущее государственное (100% акций) приборостроительное предприятие страны. Оно было организовано решением Омского облисполкома еще в 1957 году как Завод по ремонту мер и измерительных приборов.

Основную часть выпускаемой продукции — 86% — составляли эталонные средства измерения СВЧ-диапазона и эталонные меры микронного диапазона для электронной и оптической промышленности.

Но история распорядилась иначе. После распада СССР в 1992 году резко упал объем, сократилась номенклатура продукции. Перед предприятием встала острая проблема конверсии и диверсификации производства.

Ведущее приборостроительное предприятие России

Стратегическое значение для страны

В эти годы страна полностью потеряла предприятия, выпускающие средства измерения температуры (они находились на Украине), а также производство метрологического оборудования.

Завод приступил к разработке и выпуску рабочих средств измерения температуры. Данная проблема в основном была решена к 2000 году.

Параллельно с разработкой и выпуском рабочих СИ шла подготовка к производству метрологического оборудования для диапазона температур от -200 до +3000°С.

Инновационный комплекс

Коллективом завода за эти годы был создан инновационный комплекс средств:

• ✓ Воспроизведения единицы температуры
• ✓ Её передачи
• ✓ Измерения
• ✓ Преобразования
• ✓ Регулирования

В настоящее время продукция завода востребована по пяти видам измерения:

1. Температура
2. Теплопроводность
3. Тепловые потоки
4. Радиоизмерения СВЧ-диапазона
5. Меры микронного диапазона

История развития и конверсия производства

От ремонта эталонов до высоких технологий

Потеря и восстановление компетенций

После распада СССР Россия потеряла:

• ✗ Все производство рабочих средств измерения температуры (специализация была за Львовским регионом Украины)
• ✗ Метрологическое обеспечение (Украина и Казахстан)

Это создало критическую ситуацию для отечественной промышленности. Без точных измерений температуры невозможно развитие многих отраслей.

Современный комплекс средств измерений

Государственные эталоны

Кроме рабочих средств измерения выпускаются 23 государственных вторичных эталона.

В 2008 году Коллегией Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии утверждены три государственных первичных эталона:

1. Температура
2. Теплопроводность
3. Тепловые потоки

Для них половина всех узлов и деталей изготавливалась на предприятии.

Модернизация по международным стандартам

Модернизацию эталонов вели с учетом новейших идей в области совершенствования методов и средств воспроизведения единицы, предложенных в рабочих Консультативных комитетах МОЗМ (Международная организация законодательной метрологии).

При этом были обновлены все схемы передачи размера единиц, то есть разработаны необходимые рабочие эталоны поверочной схемы, в отдельных случаях — даже специальные рабочие средства.

Конкурентоспособность

Следует обратить внимание на еще одну особенность эталонов — это их комплексность.

Весь этот комплекс: и рабочие эталоны, и особенно рабочие СИ — новые, они абсолютно конкурентоспособны с зарубежными эталонами, а некоторые из них даже превосходят зарубежные по своим характеристикам.

Внедрение новых эталонов обеспечивает интеграцию экономики России в мировую экономику, решая проблему вступления России во Всемирную торговую организацию в части метрологии.

Государственные эталоны и поверочные схемы

Прослеживаемость измерений

Как известно, измерения температуры являются одним из наиболее востребованных в науке и промышленности видов измерений.

Причем возрастает не только количество и номенклатура используемых средств измерений температуры, но и неуклонно увеличиваются требования к точности измерений.

Значительный прогресс в развитии средств измерений температуры в последние два десятилетия достигнут преимущественно за счет развития электроники.

Поверочная схема для контактной термометрии

Прослеживаемость передачи размера единицы от эталона к рабочему средству измерений в нашей стране решается поверочной схемой для средств измерений, которая регламентирует:

• ★ Порядок передачи единицы
• ★ Методы и средства передачи
• ★ Их погрешности

На поверочной схеме для контактной термометрии схематично показано оборудование, которое разрабатывается и выпускается для обеспечения единства измерений в этом диапазоне.

Термометрия: от эталона до рабочих средств

Развитие радиационной термометрии

Развитие электроники послужило основой существенного прогресса в области радиационной термометрии, измерительного тепловидения.

Современные пирометры намного превосходят по своим метрологическим и эксплуатационным характеристикам радиационные термометры начала 90-х годов.

Прослеживаемость передачи размера единицы в этом диапазоне представлена на приложении 2, а метрологическое оборудование, используемое для этих целей, показано на рисунке.

Рабочие средства измерения для энергоаудита

В качестве рабочих средств измерения для энергоаудита используется специализированное оборудование, включающее:

Энергоаудит и учет тепловой энергии

Концепция развития метрологического обеспечения

В области энергосбережения разработана концепция развития МО по следующим видам энергии и энергоносителей:

Тепловая энергия:

• ✓ Учет тепловой энергии в системах водяного теплоснабжения
• ✓ Потери тепла на теплотрассах
• ✓ Энергоаудит зданий жилого и производственного назначения
• ✓ Сертификация элементов строительных конструкций по тепловым характеристикам
• ✓ Теплопроводность строительных и теплоизоляционных материалов

Природный газ, нефть и нефтепродукты:

• ✓ Определение теплоты сгорания природного газа и других топлив
• ✓ Определение компонентного состава природного газа и его теплоты сгорания расчетным методом
• ✓ Обеспечение эффективности топливосжигающих установок
• ✓ Измерения параметров, определяющих качество нефти и нефтепродуктов
• ✓ Учет объема и массы газа, нефти и нефтепродуктов, проходящих по трубопроводам

Электроэнергия:

• ✓ Учет электроэнергии и измерения параметров, определяющих ее качество

Проблемы ЖКХ

Следует отметить, что жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) является крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов.

Системы водяного теплоснабжения составляют основу ЖКХ (свыше 30% выработки тепловой энергии в России).

Ежегодная потребность в расходах на ЖКХ колеблется от 35% до 50% муниципальных бюджетов.

Особенности водяных систем теплоснабжения в России

1. Централизованность отопления, приводящая к большой протяженности теплотрасс
2. Отсутствие систем автоматизированного поддержания температуры в отапливаемых помещениях
3. Подавляющее использование открытых систем водяного теплоснабжения
4. Недостаточно полный охват систем водяного теплоснабжения средствами измерения и учета тепловой энергии

Учет тепловой энергии в системах водяного теплоснабжения осуществляется с помощью теплосчетчиков.

Система тепловизионного контроля

Дистанционная визуализация тепловых полей

Для измерений тепловых потерь применяют контактные и дистанционные СИ.

Контактные СИ отличаются более высокой точностью измерений, но позволяют проводить измерения в некоторых конкретных точках теплотрассы.

Дистанционные СИ (тепловизоры) имеют существенно более низкую точность измерений, но они дают возможность получения измерительной информации со всех участков теплотрассы.

Наибольший эффект дает совместное применение контактных и дистанционных СИ.

Система СТК-1

Система тепловизионного контроля СТК-1 используется для дистанционной визуализации тепловых полей, их регистрации и хранения в виде изображений.

СТК обеспечивает:

• ★ Получение, хранение и математическую обработку температурных профилограмм до 4-х сечений
• ★ Работу 2-х приборов на 1 компьютер
• ★ Связь первичных приборов с компьютером по 2-проводной токовой петле с оптико-электронной развязкой на входе компьютера

Измерение теплопроводности материалов

Потребность в измерениях

ОАО НПП «Эталон» совместно с ВНИИМ им. Д.И. Менделеева ведет работы по разработке и выпуску рабочих средств измерения и метрологического оборудования для измерения и передачи единицы теплопроводности.

Потребность в измерении теплопроводности существует практически в любых областях науки и промышленности.

Точные измерения теплопроводности особенно необходимы:

1. В строительстве и энергетике
2. В металлургии и материаловедении
3. В авиации и космонавтике
4. В электронике и машиностроении

Восстановление производства

После распада СССР основные производители рабочих средств измерения (РСИ) теплопроводности оказались за границей и прекратили свое существование.

В настоящее время увеличивается число потребителей, которым необходимы рабочие средства измерений, по точностным характеристикам замыкающиеся непосредственно на государственный первичный эталон (ГПЭ) единицы теплопроводности.

Это относится в основном к рабочим средствам измерений, обеспечивающим выполнение значительно повысившихся в последние годы требований по энергосбережению и теплозащите в высокотехнологичных отраслях промышленности. Прежде всего в строительстве и энергетике.

Сертификация материалов

Введение большого числа новых энергосберегающих стандартов в строительстве обусловило появление определенных проблем в работе сертификационных и испытательных центров.

Необходимость технологического контроля и сертификации материалов по теплопроводности возникает:

• ☑️ При производстве и эксплуатации новых материалов различного назначения
• ☑️ При испытаниях на соответствие требованиям нормативных документов наиболее ответственных элементов сложных инженерных объектов
• ☑️ Например, ограждающих конструкций зданий и сооружений

Это особенно важно для материалов, теплопроводность которых является сертифицируемым параметром.

Передача размера единицы

Размер единицы от первичного эталона передают рабочим эталонам:

1. Методом прямых измерений
2. Сличением с помощью компаратора
3. Прецизионным РСИ методом прямых измерений

Доверительные границы относительных погрешностей рабочих эталонов при доверительной вероятности 0,95 составляют от 2 до 5%.

Рабочие эталоны применяют для поверки РСИ методом прямых измерений.

Многоканальный измеритель теплопроводности ИТ-2

В качестве РСИ применяют приборы для измерений теплопроводности твёрдых тел:

Новые РСИ производит ОАО НПП «Эталон» (Омск). Это разработанный совместно с ВНИИМ первый в стране многоканальный измеритель теплопроводности ИТ-2.

Специально под эту аппаратуру организовано более десяти новых центров испытаний ограждающих конструкций зданий и сооружений в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Нальчике с возможностью передавать размер единицы прецизионным РСИ непосредственно от первичного эталона.

Контроль тепловых потоков в зданиях

Глобальная проблема энергосбережения

Задачи энергосбережения стали общемировой проблемой, а принятие в России закона «Об энергосбережении» привело к более широкому распространению и применению СИ теплового потока.

Россия потребляет на нужды отопления в 3-4 раза больше невосполнимых природных ресурсов, чем зарубежные страны с похожими климатическими условиями.

Плохая теплозащита становится причиной потери трети потребления тепловой энергии.

Тепловой поток как параметр

Тепловой поток — один из основных параметров всех протекающих тепловых процессов и явлений.

Поэтому контроль и измерение этих потоков представляет интерес для очень многих отраслей науки, техники и промышленности, но прежде всего для решения вопросов рационального использования энергетических ресурсов.

Повышение точности измерений плотности тепловых потоков позволяет эффективно экономить тепловую энергию за счет получения достоверных данных об источниках тепловых потерь и их количественных значений.

Новый эталон теплового потока

Широкий выпуск преобразователей теплового потока требует создания современных средств их метрологического обеспечения, а также разработки полного набора нормативных документов, обеспечивающих их эксплуатацию и метрологическое обслуживание.

Новый эталон создан в ФГУП «СНИИМ» г. Новосибирск на базе существующей УВТ с использованием наиболее апробированных технических решений (средства воспроизведения, хранения и передачи размера единицы).

Установка УТМ-1

В качестве рабочих средств измерений поверочная схема предусматривает использование датчиков теплового потока и приборов — измерителей теплового потока (комплекты, содержащие датчики и вторичные измерительные приборы).

В настоящее время ОАО НПП «Эталон» (г. Омск) изготовлен образец установки УТМ-1, разработанной совместно с ФГУП «СНИИМ», и проведены сертификационные испытания.

Технические характеристики УТМ-1:

Она предназначена для поверки датчиков теплового потока различных форм и размеров.

Установка соответствует государственному рабочему эталону и находится сейчас в СНИИМ на испытаниях для целей утверждения типа.

Кроме этого, ОАО НПП «Эталон» (г. Омск) изготавливает рабочие средства измерений теплового потока — датчики и измерители теплового потока, которые планируется внести в Госреестр СИ.

Методики измерений

Важным этапом работ, необходимым для широкого внедрения в измерительную практику контактных датчиков теплового потока, является разработка методик выполнения измерений этой физической величины на различных объектах измерения.

Проблемы и перспективы развития метрологии

Результаты оценки системы измерений

Подводя итоги, можно сказать: результаты оценки системы измерений сводятся к трем положениям:

1. Недостаточная точность — основным препятствием на пути инноваций практически во всех сферах, в том числе и в энергоаудите, по-прежнему остается недостаточная точность различных методов и средств измерения.
2. Отсутствие датчиков — практически во всех новых технологиях сдерживающим фактором служит отсутствие точных и достаточно чувствительных датчиков измерения различных величин, необходимых для реализации мониторинга процессов в реальном масштабе времени и создания систем управления новыми технологическими процессами.
3. Отсутствие стандартов — отсутствие стандартов, новых эталонов, подходящих систем единиц, недостаточность совместимости и взаимодействия программного и аппаратного обеспечения устройств управления разрабатываемых технических средств.

Влияние на экономику

Из этих результатов следует, что отставание в различных видах измерений сдерживает во многих секторах экономику.

Без точных измерений невозможно:

• ✗ Эффективное энергосбережение
• ✗ Контроль качества продукции
• ✗ Сертификация материалов и изделий
• ✗ Внедрение инновационных технологий
• ✗ Интеграция в мировую экономику

Перспективы развития

Развитие метрологического обеспечения — это не просто техническая задача. Это стратегическое направление, от которого зависит конкурентоспособность российской промышленности.

ОАО НПП «Эталон» продолжает работы по:

1. Совершенствованию государственных эталонов
2. Разработке новых рабочих средств измерений
3. Созданию комплексных систем для энергоаудита
4. Подготовке нормативной документации
5. Обучению специалистов

Только системный подход позволит решить проблемы метрологического обеспечения и вывести российскую промышленность на новый уровень.

Автор:
Генеральный директор ОАО НПП «Эталон», к.т.н.
Владимир Афанасьевич Никоненко

644009, г. Омск, ул. Лермонтова, 175
Тел.: (3812) 36-84-00
Факс: (3812) 36-78-82

Список используемой литературы:

1. В.М. Лахов. Новые эталоны Российской Федерации. Интервью журналу «Контрольно-измерительные приборы и системы». 2009. №6
2. А.И. Походун, Т.А. Компан, Н.А. Соколов, С.Ф. Герасимов, М.С. Матвеев, В.А. Никоненко, А.С. Коренев, Н.В. Чурилин. Модернизированные государственные первичные эталоны единиц теплофизических величин. Измерительная техника, №8, 2009г.
3. В.А. Никоненко, А.И. Походун, М.С. Матвеев, Ю.А. Сильд. Метрологическое обеспечение в радиационной термометрии: проблемы и их решения. Приборы. 2008. №10
4. Н.А. Соколов. Метрологическое обеспечение измерений теплопроводности, теплоизоляции материалов. СтройПрофиль. 2008. №3
5. Н.А. Соколов. Проблемы энергосбережения в зданиях и сооружениях. Светопрозрачные конструкции. СтройПрофиль. 2008. №2
6. С.Ю. Золотаревский. Опыт NIST по изучению измерительных потребностей современных инновационных технологий. Законодательная и прикладная метрология. 2007. №6