LOPPURAPORTTI Lämpöenergiamittareita tarkistavien laboratorioiden mittaustarkkuuden vertailu, ulkoinen vertailumittaus

Transkriptio

1 LOPPURAPORTTI Lämpöenergiamittareita tarkistavien laboratorioiden mittaustarkkuuden vertailu, ulkoinen vertailumittaus

2 2 SISÄLLYSLUETTELO 1 Johdanto Vertailumittausten yleiset periaatteet Osallistujat Mittaukset Mittausten suoritus Vertailumittari Mittauspisteet Mittaustulokset Tulosten arviointia Vertailumittarin minimivirtaus on 0,1 m 3 /h Virtaus 1,0 m 3 /h Vertailumittarin nimellisvirtaus 10 m 3 /h Yhteenveto Viitteet...12

3 3 1 JOHDANTO Lämmönmyyjällä on vastuu kaukolämpöenergian mittausjärjestelmän luotettavuudesta ja kalibrointi- ja testauslaitteiden mittaustarkkuuden ylläpidosta. Laadunvarmistus on ensiarvoisen tärkeä asia. Lämmönmyyjillä ja heidän lämpöenergiamittareita kalibroivilla laboratorioilla tulisi aina ole tieto laboratorioiden testaus- ja kalibrointitarkkuudesta. Kalibrointilaitteistojen ulkoisella vertailumittauksella lämmönmyyjät voivat osaltaan varmistaa testauksen ja kalibroinnin toimivuuden ja tarkkuuden virherajoineen mittareiden kunnonvalvontajärjestelmää varten sekä parantaa mittaustarkkuutta. Laboratorioiden välistä ulkoista vertailumittausta käytetään akkreditoitujen laboratorioiden kunnonvalvontamenetelmänä, johon sen on todettu soveltuvan erinomaisesti. Mikkelin ammattikorkeakoulun Yrityspalvelut järjesti suomalaisille kaukolämpöyhtiöille ja heidän käyttämilleen mittauslaboratorioille ulkoisen vertailumittauksen, jonka tulokset on raportoitu tässä työssä. 1.1 Vertailumittausten yleiset periaatteet Laboratorioiden pätevyyden arvioinnissa varmistetaan tulosten luotettavuus ja oikeellisuus. Laboratoriolla tulee olla menettelyt testaus- ja kalibrointitulosten laadunvarmistukselle. Laadunvarmistusmenettelyjä voivat olla osallistuminen vertailumittauksiin, sertifioitujen referenssiaineiden käyttö, sisäiset vertailut käyttäen eri testaus- tai kalibrointimenetelmiä sekä laboratorioiden väliset vertailut. Vertailumittausten tulosten arviointi on keskeinen osa pätevyyden arviointia. Akkreditointia hakevien laboratorioiden odotetaan esittävän selvitys osallistumisesta ja menestymisestä vertailumittauksissa omalla pätevyysalueellaan. Vertailumittauksien kattavuutta ja osallistumistiheyttä arvioidaan sopivien vertailumittausten tarjonnan sekä alalla vallitsevan käytännön perusteella.

4 4 Vertailumittausohjelmat, joihin laboratorio osallistuu, voivat olla joko kansainväliset kriteerit täyttävien kansallisten tai kansainvälisten järjestäjien tai alallaan tunnettujen ja arvostettujen järjestäjien järjestämiä. /1/ Määritelmänsä mukaan kalibroinnilla tarkoitetaan toimenpiteitä, joiden avulla saadaan spesifioiduissa olosuhteissa mittauslaitteen tai mittausjärjestelmän näyttämien tai kiintomitan tai vertailuaineen edustamien suureen arvojen ja vastaavien mittanormaaleilla toteutettujen arvojen välinen yhteys. Kalibrointi ei siis sisällä tarkasteltavan virtausanturin minkäänlaista virittämistä vaan ainoastaan virheen määrän selvittämisen. 1.2 Osallistujat Vertailumittaukseen osallistui yhteensä neljä laboratoriota, jotka olivat (satunnaisessa järjestyksessä) Fortum Espoo, Oulun Energia, Mitox Oy ja VMH Heikkilä Oy. Mikkelissä Veli-Matti Mäkelä johtaja Mikkelin ammattikorkeakoulun YTI-palvelut

5 5 2 MITTAUKSET Laboratoriot suorittivat mittaukset itsenäisesti sovituissa mittauspisteissä noudattaen omia ohjeitaan ja laatujärjestelmäänsä. 2.1 Mittausten suoritus Mittaukseen osallistui neljä laboratoriota, joukossa sekä kaukolämpöyrityksiä että heille kalibrointipalveluja tarjoavia laboratorioita. Osa laboratorioista teki useampia testauksia tai kalibrointeja niin että raportilla esitettävien testausten kokonaismäärä on kahdeksan. Vertailumittaus toteutettiin elo- ja joulukuun 2008 välisenä aikana kierrättämällä yhtä referenssimittaria laboratoriosta toiseen. Laboratoriot vastasivat omatoimisesti testattavan mittarin kuljettamisesta laboratoriosta toiseen. Mittauskierros venyi hieman suunnitellusta aikataulusta mittauksessa ilmenneiden teknisten ongelmien vuoksi. Osalla laboratorioista ei ollut testattavaan mittariin soveltuvia varusteita kuten liitäntäkaapeleita tai mittarin pulssivakioita, johtuen siitä että ko. mittari ei kuulunut kyseisen toimijan mittarivalikoimiin. Nämä tekniset ongelmat laboratoriot ratkaisivat ammattitaitoisesti. Lisäksi yhdessä kohteessa oli kiinteistön ulkopuolisen maakaapelin vaurioitumisesta johtuneesta sähkökatkoksesta aiheutuneita ongelmia testausten suorittamisessa. Kaikki mittaukset saatiin suoritettua asianmukaisesti teknisten ongelmien ratkaisemisen jälkeen. Kukin laboratorio määritti referenssimittarin virtausanturille kalibrointituloksen sekä ilmoitti oman mittaustarkkuutensa virherajoineen kyseisissä testaus- tai kalibrointipisteissä. Kaikki testaukset suoritettiin saman kalibrointiohjelman mukaisesti (taulukko 1). Koeajot suoritettiin laboratorion oman ohjeistuksen perusteella. Laboratoriot saivat toistaa mittauksen niin monta kertaa kuin tarpeelliseksi katsoivat omien käytäntöjensä mukaisesti. Yksi laboratorio suoritti kalibroinnin kahdella eri kalibrointiohjelmalla, jotka molemmat on otettu mukaan tähän vertailuun. Toisessa kalibroinnissa käytettiin testissä suurempaa vesimäärää, jolloin myös testin kestoaika oli pidempi. Pidemmässä testissä käytettiin noin 4 kertaa suurempaa vesimäärää kuin lyhyessä testissä. Tämän pitäisi pienentää mittausepävarmuutta ainakin suurimpia virtaamia käytettäessä.

6 6 2.2 Vertailumittari Vertailumittarina toimi Kamstrupin Multical 401 DN 40 ultraäänilämpöenergiamittari (mitt.nro ), joka on suunniteltu mittaamaan lämpöenergiaa kaiken tyyppisissä lämpöjärjestelmissä, joissa vesi toimii lämmönsiirtoaineena. Kuva 1: : Vertailumittari Kamstrup Multical 401 Picture 1: Reference meter Kamstrup Multical 401 Mittari laskee lämpöenergian perustuen meno- ja paluuputkien väliltä mitattuun lämpötilaeroon, mitattuun vesimäärään sekä sisäiseen tiheyden ja entalpian korjaustaulukkoon. Virtaus mitataan ultraäänitekniikalla käyttäen kulkuaikaeromenetelmää. Kaksi ultraäänimuunninta lähettää äänisignaalia sekä myötävirtaan että vastavirtaan. Myötävirtaan lähetetty ultraäänisignaali saavuttaa vastapäisen muuntimen nopeammin kuin vastavirtaan lähetetty signaali. Näiden kahden vastaanotetun signaalin välinen aikaero muutetaan virtaussuureeksi.

7 7 2.3 Mittauspisteet Virtausanturi kalibroitiin taulukossa 1 luetelluissa mittauspisteissä. Taulukko 1: Virtausmittarin mittauspisteet laboratorioiden välisessä ulkoisessa vertailumittauksessa Table 1: Calibration points of external comparative testing Tilavuusvirta [m 3 /h] 10,0 1,0 0,1 Mittauspisteet valittiin siten, että ne vastaavat testattavan mittarin nimellisvirtaus (q p ) on 10 m 3 /h ja minimivirtaus on 0,1 m 3 /h. 3 MITTAUSTULOKSET Taulukossa 2 on esitetty nimettöminä eri laboratorioiden vertailumittausten tulokset eri mittauspisteissä mittausepävarmuuksineen. Tässä raportissa jokaista saman laboratorion suorittamaa eri koeajotulosta on käsitelty ikään kuin erillisenä laboratoriona. Taulukko 2: : Mittaustulokset Table 2: Test results Tilavuusvirta Mittarin virhe [%] ± mittausepävarmuus [%] [m 3 /h] L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L ,18±0,20-0,30±0,25-0,07±0,25-0,32±0,25 0,92±0,25 1,08±0,20 1,17±2,0 0,14±0, ,82±0,20 1,25±0,25 0,48±0,25 0,48±0,25 1,26±0,25 1,32±0,20 0,16±2,0 0,91±0, ,55±0,20 3,40±0,25 2,50±0,25 1,32±0,25 2,12±0,25 1,97±0,20 3,38±2,0 0,92±0,20

8 8 Kaikki laboratoriot ilmoittivat tulokset pyydetyssä muodossa, osalta jouduttiin pyytämään mittausepävarmuustieto lisätietona. Yksi laboratorio valittiin ns. referenssilaboratorioksi, jossa suoritettiin samat kalibroinnit vertailumittauksen aluksi ja lopuksi. Näin varmistettiin, ettei mittauskierroksen aikana tutkittavassa virtausanturissa tapahtunut muutoksia. 3.1 Tulosten arviointia Vertailumittari toimi referenssilaboratorion tulosten perusteella hyvin koko vertailumittauksen ajan, joten mittaustulokset ovat vertailumittarin toiminnan osalta käyttökelpoiset. Laboratorioiden tulokset on esitetty asianmukaisesti ja mittausepävarmuudet ilmoitettu jokaiselle mittaukselle. Jokainen laboratorio on ilmoittanut koko vertailumittauksessa käytetylle mittausalueelle saman mittausepävarmuuden. Pääosa ilmoitetuista mittausepävarmuuksista on ± 0,2 %. Yhden laboratorion ilmoittama mittausepävarmuus on ± 0,25 % ja yhden ± 2 %. Vertailumittauksessa ei pyydetty laboratorioita esittämään mittausepävarmuuden laskentaa tai arviointia. Jatkossa laboratorioiden kannattaa tarkastaa mittausepävarmuus ja sen tarkoituksenmukaisuus. Vertailumittarin tyypillinen tarkkuus kaikissa tämän vertailumittauksen mittauspisteissä on hieman parempi kuin noin ± 2 %. Tarkasteltaessa yhdessä laboratoriossa kahdella eri kalibrointiohjelmalla suoritettuja testauksia ei pidemmän testauksen voida katsoa antavan parempaa tulosta kuin lyhyemmän. Ainoastaan pienimmällä virtauksella tuloksissa voidaan havaita jonkin asteista eroa. Kuvissa 2, 3 ja 4 eri laboratorioiden saamat mittaustulokset on esitetty graafisesti ryhmiteltyinä mittauspisteittäin. Jokaisessa kuvassa on esitetty yhden virtaaman tulokset kerrallaan.

9 Vertailumittarin minimivirtaus on 0,1 m 3 /h Virtausmittarin kannalta pienimmät virtaukset ovat yleensä kaikkein vaikeimpia eli mittausvirhe yleensä kasvaa mitä pienemmästä virtauksesta on kyse. Tässä mittauspisteessä referenssilaboratorion tulokset vertailun alussa ja lopussa vastaavat toisiaan kun huomioidaan mittausepävarmuudet. 6 5 Mittauspiste 0,1m3/h 4 3 [%] L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 Kuva 2: : Mittarin virhe ja mittausepävarmuus laboratorioittain mittauspisteessä 0,1 m 3 /h Picture 2: : Measuring error and uncertainty of each laboratory in testing point 0,1 m 3 /h Tarkoituksenmukaisena kalibrointilaboratorion mittausepävarmuutena on tässä raportissa pidetty ± 0,5 prosenttia. Tämän perusteena oleva virtausanturin mittaustarkkuuden raja on standardin EN mukainen virtausanturin suurin virhe, noin ± 2 prosenttia. Raportissa on oletettu, että virtausanturi tulisi tarkistaa kalibrointilaitteistolla, jonka tarkkuus on vähintään yksi neljäsosa mittarin tarkkuusvaatimuksesta (± 2 % => ± 0,5 %).

10 10 Vertailtaessa standardin EN mukaiseen mittarin tyypilliseen tarkkuuteen ja sen mukaisesti tarvittavaan kalibrointilaboratorioiden mittausepävarmuuteen (± 0,5 %) mittaustulokset ovat yhtä laboratoriota (L2) lukuun ottamatta yhteneviä. Tarkasteltaessa tuloksia laboratorioiden omien ilmoittamiensa mittausepävarmuuksien puitteissa, kahden laboratorion tulokset (L2 ja L3) ovat poikkeavia. Näistä toinen tulos poikkeaa vain hyvin vähän. Poikkeaville laboratorioille on ilmoitettu tuloksista laboratoriokohtaisissa raporteissa Virtaus 1,0 m 3 /h Tässä mittauspisteessä referenssilaboratorion tulokset vertailun alussa ja lopussa vastaavat toisiaan kun huomioidaan mittausepävarmuudet. 6 5 Mittauspiste 1,0 m3/h 4 3 [%] L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 Kuva 3: : Mittarin virhe ja mittausepävarmuus laboratorioittain mittauspisteessä 1,0 m 3 /h Picture 3: : Measuring error and uncertainty of f each laboratory in testing point 1,0 m 3 /h

11 11 Edellisessä kohdassa mainittujen kriteerien perusteella kaikki tämän mittauspisteen tulokset ovat yhteneväiset. Samoin laboratorioiden omien ilmoittamien virherajojen mukaisesti tulokset olivat yhteneväiset Vertailumittarin nimellisvirtaus 10 m 3 /h Tässä mittauspisteessä referenssilaboratorion tulokset vertailun alussa ja lopussa vastaavat toisiaan kun huomioidaan mittausepävarmuudet. 6 5 Mittauspiste 10,0 m3/h 4 3 [%] L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 Kuva 4: : Mittarin virhe ja mittausepävarmuus laboratorioittain mittauspisteessä 10,0 m 3 /h Picture 4: : Measuring error and uncertainty of each laboratory in testing point 10,0 m 3 /h Kahden laboratorion (L5 ja L6) tulokset poikkeavat hieman muista tuloksista sekä omien ilmoittamiensa virherajojen puitteissa että aiemmin raportissa määritellyn tarkoituksenmukaisen ± 0,5 %:n kalibrointilaboratorion mittausepävarmuuden puitteissa.

12 12 Näille laboratorioille on ilmoitettu asiasta laboratoriokohtaisissa raporteissa. 4 YHTEENVETO Kaikissa mittauspisteissä referenssilaboratorion tulokset vertailun alussa ja lopussa vastasivat toisiaan kun huomioidaan raportissa esitetty tarkoituksenmukainen ± 0,5 %:n mittausepävarmuus. Laboratorioiden ilmoittamat kalibrointitulokset virherajoineen olivat pääsääntöisesti hyväksyttäviä verrattaessa niitä toisten laboratorioiden tuloksiin, kun käytettiin raportissa mittausepävarmuuden arvona ± 0,5 %. Yhdelläkään laboratoriolla ei ollut poikkeavaa kalibrointitulosta enempää kuin yhdessä mittauspisteessä, joten systemaattista virhettä ei ollut havaittavissa. Poikkeavia mittaustuloksia ± 0,5 %:n mittausepävarmuudella oli yhteensä kolme. Käytettäessä laboratorioiden itsensä ilmoittamia virherajoja ainoastaan yksi mittauspiste edellisten kolmen pisteen lisäksi oli poikkeava. Kolme poikkeamista oli hyvin pieniä ja suurimman ero oli 1,1 %. Laboratorioiden tulee jatkossa kiinnittää huomiota mittausepävarmuuden arviointiin, sen määräaikaiseen tarkastamiseen ja sen tarkoituksenmukaiseen ilmoittamiseen. 5 VIITTEET /1/ Finas FINASin vertailumittauspolitiikka. /2/ Energiateollisuus ry Suositus K13/2008 Kaukolämmön mittaus. /3/ Kamstrupin www-sivut. Multical 401 Lämpöenergiamittarin esitelehti. [viitattu ]. Saatavissa: