izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-7-32-41izmertech-1923Research ArticleГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭТАЛОНЫSTATE STANDARDSСовременные тенденции конструирования модулей национальных эталонов единиц объёмного расхода (объёма) жидкости в диапазоне 10–5–103 мл/минModern trends in the design of modules of national standards for units of volume fluid flow rate (volume) in the range from 10–5–103 ml/minТухватуллинР. Р.TukhvatullinR. R.

Рустам Рашидович Тухватуллин

г. Казань, Республика Татарстан

Rustam Rashidovich Tukhvatullin

Kazan, Republic of Tatarstan

https://orcid.org/0000-0002-6706-0679ЩелчковА. В.ShchelchkovA. V.

Алексей Валентинович Щелчков

г. Казань, Республика Татарстан

Alexey Valentinovich Shchelchkov

Kazan, Republic of Tatarstan

avschelchkov@kai.ruВсероссийский научно-исследовательский институт расходометрии – филиал ФГУП «Всероссийский научноисследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»Russian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт расходометрии – филиал ФГУП «Всероссийский научноисследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»; Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИРоссияVNIIR – Affiliated Branch of D. I. Mendeleyev Institute for Metrology; Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAIRussian Federation202108082023073241Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1923

В контексте потребностей ведущих отраслей мировой экономики рассмотрено современное состояние метрологического обеспечения измерений единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости в диапазоне микрорасходов 10–5–103 мл/мин. По результатам аналитического обзора представлены основные метрологические и режимные характеристики национальных эталонов. Определены основные принципы генерации потока жидкости в национальных гравиметрических и волюметрических эталонах при измерениях массы и объёма жидкости методом динамического взвешивания. Рассмотрены конструктивные решения и принципы действия ключевых модулей национальных эталонов. Определены способы подачи жидкости в накопительную ёмкость и конструкции накопительных ёмкостей с учётом минимизации эффекта испарения жидкости, влияния капиллярной силы и плавучести. Рассмотрены основные источники неопределённости измерений массы и объёма жидкости методом динамического взвешивания и способы минимизации этих неопределённостей. Предложена модифицированная модель динамического измерения массового расхода жидкости, учитывающая основные источники неопределённости. Представлена сравнительная оценка влияния источников неопределённости на метрологические характеристики национальных эталонов.

In the context of the needs of the leading sectors of the world economy, the current state of metrological support for measuring units of mass and volume of a liquid in a flow, mass and volume flow rates of a liquid in the range of micro-flow rates of 10–5–103 ml/min is considered. Based on the results of the analytical review, the main metrological and operating characteristics of national standards are presented. The basic principles of generating a fluid flow in national gravimetric and volumetric standards when measuring the mass and volume of a fluid by the dynamic weighing method have been determined. Constructive solutions and principles of operation of key modules of national standards are considered. Methods for filling a liquid into a storage tank and designs of storage tanks are determined, taking into account the minimization of the effect of liquid evaporation, the influence of capillary force and buoyancy. The main sources of uncertainty in measuring the mass and volume of a liquid by the dynamic weighing method and methods for minimizing these uncertainties are considered. A modified model of dynamic measurement of liquid mass flow rate is proposed, taking into account the main sources of uncertainty. A comparative assessment of the influence of sources of uncertainty on the metrological characteristics of national standards is presented.

капиллярные силыиспарение жидкостидегазациявременной дрейфплавучестьстабильность расходаcapillary forcesliquid evaporationdegassingtime driftbuoyancyflow stabilityReferencesLucas P., Ahrens M., Geršl J., Sparreboom W., Lötters J., Biomedizinische Technik, 2015, vol. 60, pp. 317–335. https://doi.org/10.1515/bmt-2014-0132Lucas P., Ahrens M., Geršl J., Sparreboom W., Lötters J., Biomedizinische Technik, 2015, vol. 60, pp. 317–335. https://doi.org/10.1515/bmt-2014-0132Corleto C., Claudel P., Dobre M., Del Campo D., Filtz J.-R., Measurement Science and Technology, 2018, vol. 29, no. 7, 070101. https://doi.org/10.1088/1361-6501/aabb6dCorleto C., Claudel P., Dobre M., Del Campo D., Filtz J.-R., Measurement Science and Technology, 2018, vol. 29, no. 7, pp. 070101. https://doi.org/10.1088/1361-6501/aabb6dDavid C., Claudel P., MAPAN Journal of Metrology Society of India, 2011, vol. 26, pp. 203–209. https://doi.org/10.1007/s12647-011-0019-0David C., Claudel P., MAPAN Journal of Metrology Society of India, 2011, vol. 26, pp. 203–209. https://doi.org/10.1007/s12647-011-0019-0Кремлевский П. П. Расходомеры и счётчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. 5-е изд., перераб. и доп. СПб.: Политехника, 2004. 412 с.Kremlevskii P. P., Raskhodomery i schetchiki kolichestva veshchestv: Spravochnik: Kn. 2 [Flowmeters and counters of the amount of substances: Handbook: Book. 2], ed. E. A. Shornikov, St. Peterburg, Politechnica Publ., 2004, 412 p. (In Russ.)Lötters J. C., Lammerink T. S., Groenesteijn J., Haneveld J., Wiegerink R. J., Micromachines, 2012, vol. 3, pp. 194–203. https://doi.org/10.3390/mi3010194Lötters J. C., Lammerink T. S., Groenesteijn J., Haneveld J., Wiegerink R. J., Micromachines, 2012, vol. 3, pp. 194–203. https://doi.org/10.3390/mi3010194Тухватуллин Р. Р., Щелчков А. В., Фафурин В. А. Государственный первичный специальный эталон единиц массы и объёма жидкости в потоке, массового и объёмного расходов жидкости ГЭТ 63-2019 // Измерительная техника. 2021. № 2, С. 3–8. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-2-3-8Tukhvatullin R. R., Shchelchkov A. V., Fafurin V. A., Measurement Techniques, 2021, no. 2, pp. 3–8. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-2-3-8Bissig H., Tschannen M., de Huu M., Flow Measurement and Instrumentation, 2020, vol. 73, 101744. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101744Bissig H., Tschannen M., de Huu M., Flow Measurement and Instrumentation, 2020, vol. 73, 101744. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101744Benkova M., Mikulecky I., Primary standard and traceability chain for microfl ow of liquids, 16th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2013, Paris, France, September 24–26, 2013, Paris, IMEKO, 2013, pp. 44–49.Benkova M., Mikulecky I., Primary standard and traceability chain for microfl ow of liquids, 16th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2013, Paris, France, September 24–26, 2013, Paris, IMEKO, 2013, pp. 44–49.Benkova M., Schweitzer F., New primary standard with piston prover for microfl ow of liquids, 18th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2019, Lisbon, Portugal, June 26–28, 2019, Lisbon, IMEKO, 2019, pp. 463–467.Benkova M., Schweitzer F., New primary standard with piston prover for microfl ow of liquids, 18th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2019, Lisbon, Portugal, June 26–28, 2019, Lisbon, IMEKO, 2019, pp. 463–467.Melvad C., Frederiksen J., The progress of gravimetric primary standards for liquid fl ow calibration at the Danish technological institute from 500 m3/h to 10–9 m3/h, 16th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2013, Paris, France, September 24–26, 2013, Paris, IMEKO, 2013, pp. 218–221.Melvad C., Frederiksen J., The progress of gravimetric primary standards for liquid fl ow calibration at the Danish technological institute from 500 m3/h to 10–9 m3/h, 16th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2013, Paris, France, September 24–26, 2013, Paris, IMEKO, 2013, pp. 218–221.Salipante P., Hudson S. D., Schmidt J. W., Wright J. D., Experiments in Fluids, 2017, vol. 58, no. 7, pp. 85. https://doi.org/10.1007/s00348-017-2362-6Salipante P., Hudson S. D., Schmidt J. W., Wright J. D., Experiments in Fluids, 2017, vol. 58, no. 7, pp. 85. https://doi.org/10.1007/s00348-017-2362-6Wright J. D., Schmidt J. W., Reproducibility of liquid micro-fl ow measurements, 18th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2019, Lisbon, Portugal, June 26–28, 2019, Lisbon, IMEKO, 2019, pp. 604–622.Wright J. D., Schmidt J. W., Reproducibility of liquid micro-fl ow measurements, 18th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2019, Lisbon, Portugal, June 26–28, 2019, Lisbon, IMEKO, 2019, pp. 604–622.Batista E., Godinho I., Martins R. F., Mendes R., Robarts J., Flow Measurement and Instrumentation, 2020, vol. 75, 101789. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101789Batista E., Godinho I., Martins R.F., Mendes R., Robarts J., Flow Measurement and Instrumentation, 2020, vol. 75, p. 101789. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101789Sirenden B. H., Zaid G., Prajitno P., Hafi d Development of volumetric micro-fl ow calibration system using FPGA for medical application, XXI IMEKO World Congress “Measurement in Research and Industry”, Prague, Czech Republic, 30 August – 4 September 2015, Prague, IMEKO, 2015, pp. 116100.Sirenden B.H., Zaid G., Prajitno P., Hafi d Development of volumetric micro-fl ow calibration system using FPGA for medical application, XXI IMEKO World Congress “Measurement in Research and Industry”, Prague, Czech Republic, 30 August – 4 September 2015, Prague, IMEKO, 2015, pp. 116100.Chinarak T., Yooyartmak K., Wongthep P., Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 1144, no. 1, 012081. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1144/1/012081Chinarak T., Yooyartmak K., Wongthep P., Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 1144, no. 1, 012081. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1144/1/012081Doihara R., Shimada T., Cheong K.-H., Terao Y., Flow Measurement and Instrumentation, 2016, vol. 50, pp. 90–101. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.06.014Doihara R., Shimada T., Cheong K.-H., Terao Y., Flow Measurement and Instrumentation, 2016, vol. 50, pp. 90-101. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.06.014Bissig H., Petter H. T., Lucas P., Batista E., Filipe E., Almeida N., Ribeiro L. F., Gala J., Martins R. F., Savanier B., Ogheard F., Niemann A. K., Lötters J., Sparreboom W., Biomed EngBiomed Tech., 2015, vol. 60, pp. 301–316. https://doi.org/10.1515/bmt-2014-0145Bissig H., Petter H. T., Lucas P., Batista E., Filipe E., Almeida N., Ribeiro L. F., Gala J., Martins R. F., Savanier B., Ogheard F., Niemann A. K., Lötters J., Sparreboom W., Biomed EngBiomed Tech., 2015, vol. 60, pp. 301–316. https://doi.org/10.1515/bmt-2014-0145Platenkamp T. H., Sparreboom W., Ratering G. H. J. M., Katerberg M. R., Lötters J., Micromachines, vol. 6, no. 4, 2015, pp. 473–486. https://doi.org/10.3390/mi6040473Platenkamp T. H., Sparreboom W., Ratering G. H. J. M., Katerberg M. R., Lötters J., Micromachines, vol. 6, no. 4, 2015, pp. 473–486. https://doi.org/10.3390/mi6040473

The authors declare that there are no conflicts of interest present.