III. Выбор (разработка) метода и средств измерений.

В ряде технических документов приводят рекомендации по применению средств измерений в некоторых технологических процессах. Если для разработки конкретных МВИ какие - либо документы отсутствуют, то выбор метода и средств измерений представляет собой многовариантную задачу. Её рациональное решение соответствует минимальным затратам на измерения, включая затраты на метрологические обслуживание средств измерений, при условии выполнения заданных требований к МВИ, в т. ч. требований к точности измерений. Обычно эту задачу решают итерационным путем. Предварительно выбирают метод и средства измерений, которые могут быть применены в заданных условиях, т. е. метод и средства измерений заведомо удовлетворяют всем заданным требованиям (кроме точности измерений, которая предполагается удовлетворительной). Далее проводят оценивание погрешности измерений. Существует 3 направления:

1.  Если оцененные характеристики погрешности измерений не превышают допускаемых пределов и незначительно меньше этих пределов, то погрешность измерений считают удовлетворительной и её характеристики приписывают данной МВИ.

2.  Если оценённые характеристики погрешности измерений существенно меньше допускаемых пределов (например, составляют менее 0,5 предела допускаемых значений), то выбранные метод и средства измерений нерациональны по экономическим соображениям. В этом случае целесообразно выбрать менее точные метод и средства измерений, если затраты на измерения, включая затраты на метрологическое обслуживание этих средств измерений, существенно меньше, чем в предварительном варианте. Далее проводят новое оценивание погрешности измерений и, если оценённые характеристики погрешности удовлетворяют границам допускаемых пределов или незначительно меньше этих пределов, то выбор метода и средств измерений можно считать законченным.

3.  Если оценённые характеристики превышают пределы допускаемых значений, то необходимо выбрать более точные метод и средства измерений и произвести оценивание погрешности измерений. При выборе более точных методов и средств измерений целесообразно использовать рекомендации МИ 2301-94 “ГСИ обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений”.

Процесс выбора метода и средств измерений заканчивают, если оценённые характеристики погрешности измерений удовлетворяют п.1.

Ранее отмечалось, что ГОСТ Р 8.563 не распространяется на МВИ характеристики погрешности измерений по которым определяют в процессе или после их применения.

В том случае если, подобные МВИ будут применятся достаточно часто, то их необходимо доработать таким образом, чтобы имелась возможность регламентировать погрешность измерений до использования и аттестовать в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563. В многих случаях применение указанных МВИ известная до измерений погрешность не удовлетворяет конкретной задаче контроля и испытаний. Поэтому пользователь ищет пути применения выбранной МВИ с меньшей погрешностью. Один из таких путей – оценивание погрешности измерений в процессе или после выполнения измерений. При этом такое оценивание осуществляется для конкретных значений влияющих величин, которые могут быть существенно меньше оговорённых в документе на МВИ. При аттестации таких МВИ осуществляется проверка соответствия погрешности измерений указанным значениям в документе на МВИ для всего спектра влияющих величин, а также оценивание погрешности для меньших значений влияющих величин, которые могут иметь место в типичных реальных условиях применения МВИ. Если погрешности измерений удовлетворяют задачам контроля и испытаний в типичных условиях измерений, то такая МВИ может быть аттестована с указанием погрешности измерений в общих условиях и правила оценивания погрешности в конкретных условиях измерений.

При разработке МВИ целесообразно пользоваться МИ 1967-89 “ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения” и МИ 2265-93 “ГСИ. Порядок допуска к применению в Российской Федерации стандартных образцов зарубежного изготовления”.

В МВИ, используемых в сферах распространения ГМКН, а также для контроля состояния сложных технических систем применяют средства типы которых утверждены в соответствии с ПР 50.2.009-94 “ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений”. Для выбора таких средств измерений целесообразно использовать сообщения в журнале “Измерительная техника” об утвержденных типах средств измерений (с 1991г.). Кроме того, для этих целей может быть использован Государственный реестр средств измерений, который находится во ВНИИМС, а в части утвержденных типов стандартных образцов – в УНИИМ.

IV. Оценивание погрешности измерений (Разработка методов оперативного контроля точности измерений).

Оценивание погрешности измерений начинают с анализа возможных источников и составляющих погрешности измерений. Типичные источники и составляющие погрешности измерений приведены в приложении А. ГОСТ Р 8.563-96. Следует обратить внимание на возможность наличия методических составляющих погрешности при косвенных методах измерений.

Разработчику МВИ необходимо иметь в виду, что характеристики погрешности измерений могут быть приписаны измерениям, выполняемым по регламентированным МВИ. Приписанная характеристика погрешности измерений – это характеристика погрешности любого результата совокупности измерений, полученного при соблюдении требований и правил данной методики.

Кроме того, характеристика погрешности измерений могут указываться для конкретного экспериментально полученного результата измерений (статистическая оценка характеристики погрешности измерений). Приписанные значения и статистические оценки погрешности не следует смешивать с нормами точности измерений, т. к. методы их установления и использования различны.

Следующим этапом производят выбор расчетной, экспериментальной или расчетно - экспериментальной процедуры оценивания погрешности измерений.

Расчетные методы оценивания погрешности измерений используют в тех случаях, когда нет условий для применения экспериментальных методов. Кроме того, расчетные методы оценивания погрешности измерений предпочтительны при наличии исходной информации, достаточной для получения результатов расчета с необходимой точностью.

Чем полнее и конкретнее исходные данные, тем точнее результаты расчета погрешности измерений, тем ближе получение при расчете характеристика погрешности измерений и действительным характеристикам. Конкретные методы расчета погрешности измерений требуют подробной информации о характеристиках случайных и систематических составляющих погрешностей средств измерений и вспомогательных устройств, о частотных спектрах измеряемой и внешних влияющих величин. Такими сведениями в большинстве случаев разработчики МВИ не располагают. Ограниченная исходная информация приводит к определенной неточности результатов расчета погрешности измерений.

К расчетным методам оценивания погрешности измерений относят и имитационное моделирование нестабильности метрологических характеристик средств измерений, влияния внешних факторов и динамики изменений измеряемой величины на погрешность измерений.

Экспериментальные методы оценивания погрешности измерений могут быть применены при выполнении следующих условий:

–  имеются средства измерений контролируемой величины с погрешностью, которую можно считать несущественной в реальных условиях эксперимента по оцениванию погрешности измерений.

–  имеется возможность создать все существенные комбинации внешних влияющих величин и значений самой измеряемой величины, характерные для разрабатываемой МВИ.

В результате эксперимента получают “статические оценки” погрешности измерений или её составляющих, относящиеся к конкретному объекту измерений, экземплярам средств измерений, значениям внешних влияющих величин и т. п. Чтобы получить “приписанные” значения характеристик погрешности измерений, экспериментальные исследования погрешности необходимо осуществлять на представительной выборке объектов, средств и условий измерений.

Обычно прямое экспериментальное оценивание погрешности измерений в реальных (производственных) условиях измерений практически несущественно из-за недоступности точки отбора информации об измеряемой величине (входа датчика), отсутствия средств измерений необходимой точности, способных работать в этих условиях, и других ограничений. В производственных условиях экспериментальным способом можно оценить погрешность лишь части измерительного канала, т. е. некоторые составляющие погрешности измерений.

Необходимо также иметь в виду, что экспериментальное оценивание погрешности измерений и её составляющих дает также приближённые результаты из-за невозможности выполнить полностью приведенные выше условия.

Наиболее рациональной процедурой оценивания погрешности измерений при разработке большинства МВИ является расчетно-экспериментальная процедура.

Эта процедура заключается в расчетном или экспериментальном оценивании составляющих погрешности измерений и дальнейшем расчетном суммировании этих составляющих. Экспериментальными методами оценивают те составляющие погрешности измерений, для которых могут быть выполнены указанные выше условия.

Рациональный алгоритм процедуры расчетно-экспериментального оценивания погрешности измерений приведен в МИ 2232-92 “ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации”.

В ряде случаев при использовании результатов измерений возможно использование некоторых способов уменьшения погрешности измерений. Типичные способы уменьшения погрешности измерений следующие:

1.  Внесение в результаты измерений поправок, если систематическая составляющая существенна и незначительно изменяется в течение интервала времени действия поправки. Например, при измерениях температуры с помощью термопар их погрешности составляют основную часть погрешности измерений. Погрешности термопар после года их применения измеряются очень медленно. Поэтому для повышения точности в результаты измерений целесообразно вводить поправки на отклонения от номинальных характеристик конкретных термопар. Эти поправки могут быть получены при их периодических поверках (калибровках).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49