rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2025-21-4-48-60rmjournal-585Research ArticleЭталоныStandardsУравнение измерений Государственного первичного специального эталона единицы объемного расхода природного газа при давлении до 10 МПаMeasurement Equation of State Primary Special Measurement Standard for the Unit of Volumetric Natural Gas Flow Rate at Pressure up to 10 MPahttps://orcid.org/0000-0002-0927-8776ГорчевА. И.GorchevA. I.

Горчев Александр Иванович – канд. техн. наук, заместитель директора филиала по науке

420088, г. Казань, ул. 2-я Азинская, 7а

Aleksandr I. Gorchev – Cand. Sci. (Eng.), Deputy Director of the Branch for Science

7a 2nd Azinskaya st., Kazan, 420088

nio13@vniir.orgДворяшинР. В.DvoriashinR. V.

Дворяшин Роман Вячеславович – ведущий инженер

420088, г. Казань, ул. 2-я Азинская, 7а

Roman V. Dvoriashin – Leading Engineer

7a 2nd Azinskaya st., Kazan, 420088

r.v.dvoryashin@vniim.ruНефедовА. В.NefedovA. V.

Нефедов Алексей Владимирович – ведущий инженер

420088, г. Казань, ул. 2-я Азинская, 7а

Aleksei V. Nefedov – Leading Engineer

7a 2nd Azinskaya st., Kazan, 420088

a.v.nefedov@vniim.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1489-7245ЯковлевА. Б.YakovlevA. B.

Яковлев Анатолий Борисович – канд. техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник

420088, г. Казань, ул. 2-я Азинская, 7а

ResearcherID: P-5723–2015

Anatoly B. Yakovlev – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Leading Researcher

7a 2nd Azinskaya st., Kazan, 420088

ResearcherID: P-5723–2015

a.b.yakovlev@vniim.ruВНИИР – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияVNIIR – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2025180120262144860Copyright © Горчев А.И., Дворяшин Р.В., Нефедов А.В., Яковлев А.Б., 20262026Горчев А.И., Дворяшин Р.В., Нефедов А.В., Яковлев А.Б.Gorchev A.I., Dvoriashin R.V., Nefedov A.V., Yakovlev A.B.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/585

В Российской Федерации создан опытный образец Государственного первичного специального эталона единицы объемного расхода природного газа при давлении до 10 МПа на основе трубопоршневой установки (поршневого прувера) с четырьмя параллельно подключенными цилиндрами, имеющими внутренний диаметр 500 мм. В конструкции эталона реализуется одновременный активный привод четырех поршней в цилиндрах посредством штоков, соединенных с общим штоком гидравлической системы.В ходе описанного в статье исследования составлено уравнение измерений, включающее 23 влияющих параметра. Уравнение определяет величину объемного расхода через калибруемый эталон сравнения в составе Государственного первичного специального эталона с учетом (а) объемного расхода газа, воспроизводимого трубопоршневой установкой; (б) изменения объемного расхода в результате изменения количества газа в присоединенном («мертвом») объеме за время измерений; (в) объемного расхода перетечек газа между камерами цилиндров через уплотнения поршней. На основе уравнения измерений проведена оценка расширенной неопределенности (k = 2) воспроизведения объемного расхода газа и определен процентный вклад отдельных входных параметров в бюджете неопределенности измерений при различных режимах.По результатам проведенных расчетов подтверждены показатели точности измерений Государственного первичного специального эталона, заявленные в техническом задании на его создание.

In the Russian Federation, a development type of a state primary special measurement standard for the volumetric flow rate of natural gas at pressures up to 10 MPa has been created on the base of a piston prover with four parallel-connected cylinders with an internal diameter of 500 mm. The design of measurement standard utilizes simultaneous active actuation of the four pistons within the cylinders via piston rods connected to a common hydraulic system piston rod.In paper the measurement equation compiled that includes more than twenty influencing parameters and determines the value of the volumetric flow rate through a calibrated transfer standard as part of the state primary special standard. Equation takes into account the volumetric flow rate of gas reproduced by the piston prover, the change in the volumetric flow rate as a result of the change in the amount of gas in the attached («dead») volume during the measurement time, and the volumetric flow rate of gas leaks between the cylinder chambers through the piston seals.Based on the measurement equation, an assessment of the expanded uncertainty (k = 2) of the reproduction of the volumetric gas flow rate carried out and the percentage contribution to this value of individual input parameters under different modes determined.From the results of the calculations, the accuracy measurements indicators of the state primary special standard declared in the technical specifications for its creation confirmed.

Государственный первичный специальный эталонобъемный расход природного газатрубопоршневая установкауравнение измеренийбюджет неопределенности измеренийstate primary special measurement standardvolumetric flow rate of natural gaspiston provermeasurement equationmeasurement uncertainty budgetДанное исследование выполнено в рамках государственного контракта № 120–52/2021 от 03.08.2021 на выполнение опытно-конструкторских работ по созданию Государственного первичного специального эталона единицы объемного расхода природного газа при давлении до 10 МПа (шифр «Расход»).This research was carried out within the framework of state contract № 120–52/2021 dated 03.08.2021 for the implementation of experimental design work on creaton of State primary special measurement standard for the volumetric flow rate of natural gas at pressures up to 10 MPa (code «Flow rate»).ReferencesГорчев А. И., Исаев И. А., Яковлев А. Б. Первичные эталоны единиц расхода природного газа высокого давления // Газовая промышленность. 2018. № 10 (775). С. 110–116.Gorchev AI, Isaev IA, Yakovlev AB. The primary standards for the units of high-pressure natural gas flow rate. Gas Industry. 2018;10(775):110–116. (In Russ.).Концепция создания в Российской Федерации государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления / М. Р. Канцеров [и др.] // Газовая промышленность. 2019. № 2 (786). С. 34–40.Kantserov MR, Gorchev AI, Isaev IA, Yakovlev AB. Concept of developing a state primary special standard in the Russian Federation, for the units of high-pressure natural gas flow rate. Gas Industry. 2019;2(786):34–40. (In Russ.).Перспективы развития Уральского регионального метрологического центра / И. А. Прудников [и др.] // Газовая промышленность. 2019. № 2 (786). С. 42–51.Prudnikov IA, Manzin IK, Zhdanov AV, Murzenko IV, Kadin SN. Prospects of Ural regional metrological center development. Gas Industry. 2019;2(786):42–51. (In Russ.).Горчев А. И., Исаев И. А., Яковлев А. Б. Эталонные испытательные центры расхода природного газа высокого давления // Газовая промышленность. 2019. № 8 (788). С. 110–116.Gorchev AI, Isaev IA, Yakovlev AB. Standard test centers for high-pressure natural gas flow rate. Gas Industry. 2019;8(788):110–116. (In Russ.).Горчев А. И., Мингалеев А. В., Яковлев А. Б. Анализ схем передачи единиц объемного расхода природного газа высокого давления // Газовая промышленность. 2021. № 3 (813). С. 114–123.Gorchev AI, Mingaleev AV, Yakovlev AB. Analysis of different traceability chains for units of high-pressure natural gas flow rate. Gas Industry. 2021;1(813):114–123. (In Russ.).Создание Государственного первичного специального эталона расхода природного газа высокого давления с последующей интеграцией в Уральский региональный метрологический центр ООО «Газпром Трансгаз Екатеринбург» / Д. В. Сверчков [и др.] // Газовая промышленность. 2023. № 1 (844). С. 142–152.Sverchkov DV, Suryaninov AV, Prudnikov IA, Amural IB, Gorchev AI, Rodin RA. Creating a state primary special standard for high-pressure natural gas flow rate and its subsequent integration into the ural regional metrology center of Gazprom Transgaz Yekaterinburg LLC. Gas Industry. 2023;1(844):142–152. (In Russ.).Pigsar - the extended test facility and new German National primary standard for high pressure natural gas / B. Mickan [et al.] // FLOMEKO 2003 : Proceedings of the 11th International Conference on Flow Measurement FLOMEKO 2003, Groningen, Netherlands, 12–14 May 2003. https://www.measurementlibrary.com/docs_library/events/isffm2002/Docs/053.pdf (Accessed: 16.04.2025).Mickan B, Kramer R, Hotze H-J, Dopheide D. Pigsar - the extended test facility and new German National primary standard for high pressure natural gas. In: Proceedings of the 11th International Conference on Flow Measurement FLOMEKO 2003, 12–14 May 2003. Groningen: Netherlands; 2003. Available at: https://www.measurementlibrary.com/docs_library/events/isffm2002/Docs/053.pdf. [Accessed 16 April 2025].van der Beek M. P., van den Brink R. Gas oil piston prover, primary reference values for gas-volume // Flow Measurement and Instrumentation. 2015. Vol. 44. P. 27–33. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2014.11.012van der Beek MP, van den Brink R. Gas oil piston prover, primary reference values for gas-volume. Flow Measurement and Instrumentation. 2015;44:27–33. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2014.11.012Highest precision for gas meter calibration worldwide: the high pressure gas calibration facility pigsarTM with optimized uncertainty / B. Mickan [et al.] // 7th International Symposium of Fluid Flow Measurement, Anchorage, USA, August 12–14 2009. URL: https://www.measurementlibrary.com/docs_library/events/isffm2009/Docs/16.pdf (Accessed: 16.04.2025).Mickan B, Kramer R, Müller H, Strunck V, Vieth D, Hinze H-M. Highest precision for gas meter calibration worldwide: the high pressure gas calibration facility pigsarTM with optimized uncertainty. In: 7th International Symposium of Fluid Flow Measurement, Anchorage, USA, August 12–14, 2009. Available at: https://www.measurementlibrary.com/docs_library/events/isffm2009/Docs/16.pdf [Accessed 16 April 2025].Johnson A., Kegel T. Uncertainty and traceability for the CEESI Iowa natural gas facility // Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2004. Vol. 109, № 3. P. 345–369. https://doi.org/10.6028/jres.109.026Johnson A, Kegel T. Uncertainty and traceability for the CEESI Iowa natural gas facility. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2004;109(3):345–369. https://doi.org/10.6028/jres.109.026von der Heyde M., Schmitz G., Mickan B. Modeling of the German National Standard for high pressure natural gas flow metering in modelica // Proceedings of the 11th International Modelica Conference, Versailles, France, 21–23 September 2015. URL: https://ep.liu.se/ecp/118/071/ecp15118663.pdf (Accessed: 16.04.2025).von der Heyde M, Schmitz G, Mickan B. Modeling of the German National Standard for High pressure natural gas flow metering in modelica. In: Proceedings of the 11th International Modelica Conference, 21–23 September 2015, Versailles, France. Available at: https://ep.liu.se/ecp/118/071/ecp15118663.pdf [Accessed 16 April 2025].van der Grinten J., Vieth D., Mickan B. The New Closed Loop pigsar calibration facility and its design uncertainty // KÖTTER Consulting Engineers GmbH & Co. KG, 09 Workshop Gasmengenmessung, Gasanlagen, Gastechnik, 2018. URL: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_1/1.4_gase/Grinten-Vieth-Mickan_FullPaper_Koetter-2018_v6b.pdf (Accessed: 16.04.2025).Van der Grinten J., Vieth D., Mickan B. The New Closed Loop Pigsar Calibration Facility and its Design Uncertainty. In: KÖTTER Consulting Engineers GmbH & Co. KG, 09 Workshop Gasmengenmessung, Gasanlagen, Gastechnik, 2018. Available at: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_1/1.4_gase/Grinten-Vieth-Mickan_FullPaper_Koetter-2018_v6b.pdf. [Accessed 16 April 2025].

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