Заказать мероприятие
Отправляя данные, я подтверждаю, что ознакомилась/ознакомился с Политикой в отношении обработки персональных данных, принимаю её условия и предоставляю ООО «РИА «Стандарты и качество» Согласие на обработку персональных данных.
Отправляя данные, я подтверждаю, что ознакомилась/ознакомился с Политикой в отношении обработки персональных данных, принимаю её условия и предоставляю ООО «РИА «Стандарты и качество» Согласие на обработку персональных данных.
Отправляя данные, я подтверждаю, что ознакомилась/ознакомился с Политикой в отношении обработки персональных данных, принимаю её условия и предоставляю ООО «РИА «Стандарты и качество» Согласие на обработку персональных данных.
Для приобретения подписки для абонементного доступа к статьям, вам необходимо зарегистрироваться
После регистрации вы получите доступ к личному кабинету
Зарегистрироваться Войти
Точное измерение относительной влажности является критически важным для множества отраслей — от метеорологии и сельского хозяйства до промышленности и медицины. В основе обеспечения этой точности лежат рабочие эталоны относительной влажности, прецизионные приборы, служащие основой для калибровки и поверки менее точных измерительных средств. Научно-техническое предприятие «ТКА» на протяжении многих лет активно участвует в развитии метрологии и создании инструментов измерения относительной влажности, предлагая инновационные решения, отвечающие растущим требованиям рынка. Данная статья прослеживает эволюцию эталонов относительной влажности производства НТП «ТКА», от первых шагов до актуальных разработок и перспективных направлений.
Влажность газовых сред, будь то атмосферный воздух, технологические или природные газы, играет критически важную роль во множестве процессов, определяя качество продукции и эффективность производства в различных отраслях промышленности. От сельского хозяйства до микроэлектроники, от фармацевтики до нефтегазовой отрасли — контроль и точное измерение влажности газовых сред является неотъемлемой частью обеспечения стабильности и оптимизации технологических процессов.
Современная наука и промышленность предъявляют все более высокие требования к точности и надежности измерений влажности газов. Это обусловлено несколькими ключевыми факторами.
Влияние на качество продукции. Влажность напрямую влияет на физико-химические свойства материалов, скорость химических реакций, процессы коррозии и конденсации. Неконтролируемая влажность может привести к браку, снижению срока годности продукции и ухудшению ее потребительских свойств.
Оптимизация технологических процессов. Точный контроль влажности позволяет оптимизировать параметры технологических процессов, таких как сушка, увлажнение, охлаждение и нагрев, что приводит к снижению энергозатрат, повышению производительности и улучшению качества продукции.
Обеспечение безопасности. В некоторых отраслях, например в нефтегазовой промышленности, контроль влажности газов необходим для предотвращения образования гидратов, которые могут блокировать трубопроводы и привести к аварийным ситуациям.
Развитие новых технологий. Появление новых материалов и технологий, таких как нанотехнологии и микроэлектроника, требует прецизионного контроля влажности, что ставит перед учеными и инженерами новые задачи.
В области гигрометрии существует множество величин для количественного описания влажного газа, однако в практической деятельности наиболее востребованы три: температура точки росы/инея (ТТР), объемная доля влаги и относительная влажность. Несмотря на взаимосвязь этих величин, их взаимный пересчет затруднен из-за неидеальности реальных газов и погрешностей эмпирических соотношений. Для обеспечения единства измерений влажности газов необходимо воспроизведение и измерение любой величины с наивысшей точностью, что требует разработки эталонных средств, использующих прямые абсолютные методы [1–2].
С 1974 г. в Восточно-Сибирском филиале ВНИИФТРИ велись работы по созданию единого эталона для точного воспроизведения единиц влажности газов. Первым результатом стал Государственный первичный эталон ГЭТ 151–86, разработанный в 1986 г. Дальнейшие модернизации в 2006–2010 и 2012–2014 гг. значительно расширили возможности эталона, что привело к его переаттестации в 2015 г. как ГЭТ 151–2014, способного воспроизводить не только относительную влажность, но и другие важные параметры, такие как молярная доля влаги и температура точки росы/инея.
Для предприятия НТП «ТКА», производящего тысячи термогигрометров в качестве рабочих средств измерений ежегодно, покупка дорогостоящего эталонного оборудования оказалась невыгодной как экономически, так и технически. Стремление к повышению точности измерений требовало создания собственной эталонной базы. После изучения рыночных предложений предприятие решило разработать собственный генератор влажного газа. В 2013 г. первая модель ТКА-ГВЛ-01 успешно прошла государственные испытания и получила статус эталона 1-го разряда1,2. В процессе разработки были решены следующие задачи:
Эти преимущества генераторов влажного газа ТКА-ГВЛ-01 были высоко оценены метрологическим сообществом, что послужило стимулом для создания линейки эталонов относительной влажности газов 1-го и 2-го разрядов. Данная линейка предназначена для обеспечения метрологических лабораторий ЦСМ и предприятий различных отраслей промышленности.
В начале своего пути в производстве термогигрометров, еще в прошлом столетии, научно-техническое предприятие «ТКА» столкнулось с серьезным препятствием: существующие на рынке образцовые средства измерений (СИ) обладали недостаточной производительностью. Поскольку требовалось калибровать и поверять значительное число приборов — до 30–40 единиц ежедневно, — перед предприятием встала амбициозная цель: создать собственные эталоны влажности, способные справиться с таким объемом работы.
В итоге специалисты предприятия успешно разработали генератор влажного газа ТКА-ГВЛ (рис. 1), который впоследствии прошел сертификацию. Этот прибор, работающий по принципу смешения потоков, обладал погрешностью в 1% и позволял одновременно испытывать до пяти приборов.
Рис. 1. Генератор влажного газа: (а) ТКА-ГВЛ и (б) ТКА-ГВЛ-01-1,2
Время рабочего цикла генератора ТКА-ГВЛ в полном диапазоне влажности составляло около 4 ч. Основным недостатком данного генератора было «ручное» задание влажности, осуществляемое с помощью ротаметров и потенциометров, что требовало от оператора определенных навыков и времени. Следующим логичным шагом в развитии стало создание генератора с электронным управлением режимами работы. Этот усовершенствованный генератор, являющийся рабочим эталоном 2-го разряда и выпускаемый в двух модификациях: ТКА-ГВЛ-01-1 (c абсолютной погрешностью ±1,0% в диапазоне воспроизведения относительной влажности от 1 до 100%) и ТКА-ГВЛ-01-2 (с абсолютной погрешностью ±2,0%).
Недавнее изменение в государственной поверочной схеме (ГПС) в 2023 г. привело к неожиданному пересмотру разрядности одного из генераторов «ТКА». Переход от формулировки погрешности «до 1% включительно» к «до 1% невключительно» для эталонов первого разряда, приведший к понижению разряда нашего генератора, вызвал определенные трудности. Важно отметить, что данная корректировка, по сути, не решила никаких метрологических задач, но создала серьезные проблемы для потребителей, уже получивших согласование на приобретение оборудования, соответствующего прежним требованиям. Эта ситуация подчеркивает важность гибкости и адаптивности в метрологической сфере. Специалисты НТП «ТКА» оперативно среагировали на подобные изменения, стремясь минимизировать негативные последствия для своих клиентов и поддержать высокий уровень доверия к своей продукции.
Кроме того, с ростом популярности термогигрометров, в т.ч. и производства НТП «ТКА» (например, измерителей-регистраторов серии ТКА-ПКЛ), которые часто не имеют выносных зондов или оснащены короткими зондами, возникла острая необходимость в разработке эталонов с увеличенным объемом рабочей камеры. Эта задача была успешно решена с помощью создания калибратора влажности серии ТКА-КВЛ-04.
Калибраторы, выпускаемые в двух модификациях — ТКА-КВЛ-04-1 и ТКА-КВЛ-04-2 (рис. 2), обладают рабочей камерой объемом 8,3 л. Они предназначены для воспроизведения единицы относительной влажности при градуировке, калибровке и поверке габаритных средств измерений влажности и успешно применяются в качестве рабочих эталонов.
Рис. 2. Калибраторы влажности: (а) ТКА-КВЛ-04-1 со встроенным генератором влажности и (б) ТКА-КВЛ-04-2, подключаемый к внешнему источнику (генератору) влажности
Калибратор влажности ТКА-КВЛ-04-1 представляет собой моноблочное устройство со встроенным генератором влажности. Работает по методу смешения потоков сухого и влажного воздуха, а фактическое значение влажности определяется встроенным гигрометром непосредственно в рабочей камере. Калибратор влажности ТКА-КВЛ-04-2 функционирует по принципу поддержания параметров паровоздушного потока, поступающего в рабочую камеру от внешнего источника влажности. В рабочей камере установлен базовый контрольный датчик влажности и оценки температуры. Конструктивно он также выполнен в виде моноблока.
|
Рис. 3. Пример подключения калибратора ТКА-КВЛ-04-2 к генератору ТКА-ГВЛ-01/02 |
На рисунке 3 наглядно продемонстрирован пример подключения калибратора ТКА-КВЛ-04-2 к генератору ТКА-ГВЛ-01/02 с использованием гибкого шланга и быстросъемных адаптеров, что подчеркивает удобство и универсальность его использования.
В 2023 г. компания НТП «ТКА» сделала значительный шаг вперед, начав выпуск отечественных термогигрометров эталонных ТКА-ТВ/Эталон (рис. 4). Приборы, представленные в двух модификациях с погрешностью измерений 0,5 и 1% относительной влажности, призваны стать основой для точной градуировки и поверки другого измерительного оборудования [3].
Важным аспектом разработки является наличие специального программного обеспечения, которое, будучи закрытым для пользователя, обеспечивает возможность внесения корректировок в чувствительность по всему диапазону измерений прибора. Эта функция становится критически важной при проведении поверки или калибровки на эталонах более высоких разрядов, гарантируя преемственность и точность метрологической цепочки. На рисунке 5 представлены экраны рабочих режимов термогигрометра.
|
Рис. 4. Термогигрометр эталонный ТКА-ТВ/Эталон |
Алгоритм обработки данных в термогигрометрах ТКА-ТВ/Эталон включает в себя измерение влажности и температуры, вычисление значений температур точки росы и влажного термометра, поддержку графического режима и коррекцию показаний на основе температурных поправок. Расчет таких поправок осуществляется с использованием формулы Магнуса3.
Рис. 5. Термогигрометр эталонный ТКА-ТВ/Эталон. Экраны рабочих режимов
Разработка термогигрометров ТКА-ТВ/Эталон велась не в вакууме. В процессе создания приборов были учтены рекомендации ведущих специалистов из ВНИИФТРИ, хранителей Государственного эталона. Такое сотрудничество с авторитетным метрологическим институтом гарантирует соответствие разрабатываемых решений самым высоким стандартам и передовым научным достижениям. Кроме того, разработка и подготовка производства калибраторов и эталонных термогигрометров получили поддержку Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Эта поддержка подчеркивает важность проекта для отечественной экономики и его потенциал в укреплении технологического суверенитета страны в области метрологии.
Выпуск термогигрометров ТКА-ТВ/Эталон — это не конечная точка, а важный этап на пути развития эталонов относительной влажности «ТКА». Основываясь на текущих достижениях, компания смотрит в будущее, планируя дальнейшие инновации.
Список использованных источников
1. Анашко А.А., Винге А.Ф., Винге М.А., Морозов С.А. Содержание, применение и перспективы развития государственного первичного эталона единиц относительной влажности газов, молярной (объ´емной) доли влаги, температуры точки росы/инея ГЭТ 151- 2014 // Альманах современной метрологии. — 2017. — № 12. — С. 81–91.
2. Александров Н.Ю. Средства поверки датчиков влажности непрерывного контроля // Мир измерений. — 2025. — № 2. — С. 44–48.
3. Барбар Ю.А., Томский К.А., Щур Д.Е. и др. Прецизионные термогигрометры ТКА-ТВ / Эталон для обеспечения единства измерений // Информатизация и системы управления в промышленности. — 2022. — № 3. — С. 59–65.
1 Патент RU2540885C2. Генератор влажного газа и способ генерации газа с требуемой влажностью: Барбар Ю.А., Голиков М.Н., Томский К.А., Миронов А.А. и др.; опубл. 10.02.2015. Бюл. № 4.
2 Патент RU2506574C1. Способ определения влагосодержания газов и устройство для его осуществления: Барбар Ю.А., Томский К.А., Катушкин В.П.; опубл. 10.02.2014. Бюл. № 4.
3 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025617736. Обработка данных двухканального эталонного прибора определения влажности и температуры: Томский К.А., Барбар Ю.А., Щур Д.Е., Сафарбеков Ш.Г., Костин Е.С., Рысков М.А.; опубл. 28.05.2025.
448
Подписка
Всероссийская организация качества
