Метрологические характеристики средств измерений. Метрологическая надежность средств измерений в процессе эксплуатации. Изменение метрологических характеристик. Межповерочный интервал.

 

К метрологическим характеристикам средств измерений относят те, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений:
- градуировочные характеристики, определяющие зависимость выходного сигнала от входного; номинальное значение меры; пределы измерения; цена деления шкалы; вид и параметры цифрового кода;
- динамические характеристики, отражающие инерционные свойства средств измерений и позволяющие оценить динамические погрешности;
-инструментальные составляющие погрешности измерения;
- функции влияния, отражающие зависимость метрологических характеристик средств измерений от воздействия влияющих величин или неинформативных параметров (напряжение, частота сети и т.д.).
Метрологические характеристики средств измерений - это технические характеристики средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерения.
Они устанавливаются ГОСТ 8.009-84 ГСИ.

Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости средств измерений их метрологические характеристики нормируют. Для этого используют нормированное значение погрешности, под которой понимается погрешность, являющаяся предельной для данного типа средств измерения.
Метрологические характеристики нормируют для нормальных условий эксплуатации средств измерений. Нормальными считают условия, при которых изменением метрологических характеристик под воздействием влияющих величин пренебречь.

Для многих средств измерений нормальными условиями являются:
-температура окружающего воздуха:
· (20+2) °С – для классов точности 0,05-0,5;
· (20+5) °С – для классов точности 1,0-5,0;
-относительная влажность воздуха (30-80) %;
-атмосферное давление (100+6) кПа;
- напряжение питающей сети 220±4,4 В;
- частота сети 50±0,5 Гц;

Поверяемые приборы должны быть подготовлены в соответствии с нормативно-технической документацией (НТД), без взаимозаменяемых вспомогательных частей.
Приборы постоянного и переменного тока поверяют на том роде тока, для которого они отградуированы.
Многодиапазонные приборы допускается поверять на всех числовых отметках шкалы лишь на одном диапазоне измерений, на остальных диапазонах достаточно проводить поверку на двух отметках шкалы: на числовой отметке, соответствующей нормирующему значению шкалы, и числовой отметке, на которой получена максимальная погрешность на полностью проверяемом диапазоне измерений.
Приборы с несколькими шкалами или приборы, измеряющие несколько величин, должны быть проверены на каждой шкале и по каждой измеряемой величине отдельно.
Приборы с двусторонней шкалой поверяют на всех числовых отметках левой и правой шкалы.
Перед поверкой приборы должны быть выдержаны при нормальной температуре в течение 8 часов.


Нормированные метрологические характеристики.


1. Длина деления шкалы - это расстояние между серединами двух соседних отметок штрихов шкалы.
2. Цена деления шкалы - это разность значений величин между двумя соседними отметками шкалы.
3. Градуировочная характеристика - зависимость между значениями величин на выходе и входе СИ.
Например, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя, номинальное значение однозначной меры, пределы и цена деления шкалы, виды и параметры цифрового кода СИ.
4. Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины.
5. Диапазон измерений - область значений шкалы, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерения.
6. Чувствительность прибора - отношение изменения сигнала на выходе к изменению сигнала на входе.
Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению.
7. Вариация (нестабильность) показаний прибора - алгебраическая разность между показаниями средства измерения в данной точке диапазона при возрастании и убывании величины (погрешность СИ).
8. Стабильность средства измерения - неизменность во времени его метрологических характеристик.

Метрологическая надежность средств измерений в процессе эксплуатации. Изменение метрологических характеристик. Межповерочный интервал


Метрологические характеристики СИ могут изменяться в процессе эксплуатации. В дальнейшем будем говорить о изменениях погрешности A(t), подразумевая, что вместо нее может быть аналогичным образом рассмотрена любая другая MX.
Следует отметить, что не все составляющие погрешности подвержены изменению во времени. Например, методические погрешности зависят только от используемой методики измерения. Среди инструментальных погрешностей есть много составляющих, практически не подверженных старению, например, размер кванта в цифровых приборах и определяемая им погрешность квантования.
Изменение MX средств измерений во времени обусловлено процессами старения в его узлах и элементах, вызванными взаимодействием с внешней окружающей средой. Эти процессы протекают в основном на молекулярном уровне и не зависят от того, находится ли СИ в эксплуатации или хранится на консервации. Следовательно, основным фактором, определяющим старение СИ, является календарное время, прошедшее с момента их изготовления, т.е. возраст. Скорость старения зависит прежде всего от используемых материалов и технологий.
Одной из основных форм поддержания СИ в метрологически исправном состоянии является его периодическая поверка, Она проводится метрологическими службами согласно правилам, изложенным в специальной нормативно-технической документации. Периодичность поверки должна быть согласована с требованиями к надежности СИ. Поверку необходимо проводить через оптимально выбранные интервалы времени, называемые межповерочными интервалами (МПИ).
Момент наступления метрологического отказа может выявить только поверка СИ, результаты которой позволят утверждать, что отказ произошел в период времени между двумя последними поверками. Величина МПИ должна быть оптимальной, поскольку частые поверки приводят к материальным и трудовым затратам на их организацию и проведение, а редкие — могут привести к повышению погрешности измерений из-за метрологических отказов.
Межповерочные интервалы устанавливаются в календарном времени для СИ, изменение метрологических характеристик которых обусловлено старением и не зависит от интенсивности эксплуатации.
При нахождении МПИ выбирается MX, определяющая состояние метрологической исправности средства измерений. В качестве таких характеристик, как правило, используются основная погрешность, СКО случайной составляющей погрешности и некоторые другие. Если состояние метрологической исправности определяют несколько MX, то из них выбирается та, по которой обеспечивается наибольший процент брака при поверках.
Вопросу обоснованного выбора продолжительности МПИ посвящено большое число работ. В настоящее время существуют три основных пути их определения:
• на основе статистики отказов;
• на основе экономического критерия;
• произвольное назначение первоначального МПИ с последующей корректировкой в течение всего срока службы СИ.
Выбор конкретного метода определения продолжительности МПИ зависит от наличия исходной информации о надежности и стабильности СИ. Первый способ является эффективным при условии, что известны показатели метрологической надежности. Наиболее полная информация такого рода содержится в моделях, описывающих изменение во времени MX средств измерений. При известных параметрах моделей МПИ определяется моментом выхода погрешности за нормируемый для данного СИ допуск. Однако большой разброс параметров и характеристик процессов старения СИ приводит к большой погрешности расчета МПИ с помощью таких моделей.
Применение методов расчета МПИ, основанных на статистике скрытых и явных отказов, требует наличия большого количества экспериментальных данных по процессам изменения во времени MX средств измерений различных типов. Такого рода исследования весьма трудоемки.
Определение межповерочного интервала по экономическому критерию состоит в решении задачи по выбору такого интервала, при котором можно минимизировать расходы на эксплуатацию СИ и устранять последствия от возможных ошибок, вызванных погрешностями измерения. Исходной информацией для определения МПИ служат данные о стоимости поверки и ремонта СИ, а также об ущербе от изъятия его из эксплуатации и от использования метрологически неисправного прибора. Основная сложность применения этого метода состоит в следующем. Затраты на ремонт и поверку СИ достаточно легко определяются по нормативным документам, В отличие от них потери из-за использования приборов со скрытым метрологическим отказом на практике, как правило, неизвестны. Приходится прибегать к приближенным моделям» описывающим затраты на эксплуатацию СИ со скрытыми метрологическими отказами в виде функции потерь того или иного вида.
Наиболее универсальным является метод, состоящий в произвольном назначении МПИ с последующей корректировкой его величины. В этом случае при минимальной исходной информации назначается первоначальный интервал, а результаты последующих поверок являются исходными данными для его корректировки.