— Все документы — Нормативные документы по надзору в области строительства — Нормативные документы по техническому регулированию и метрологии — МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ»

МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ»

МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ»

МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГОСТ 8.009-84

«ГСИ. НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ»

Цель методического материала - разъяснение положений ГОСТ 8.009-84 и рассмотрение ряда практических вопросов, связанных с его применением.

1. НЕОБХОДИМОСТЬ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ НОРМИРОВАНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. ТРЕБОВАНИЯ К НОРМИРОВАННЫМ МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.

Развитие науки и техники, повышение требований к качеству продукции и эффективности производства привели к радикальному изменению требований к измерениям. Один из основных аспектов этих требований - обеспечение возможности достаточно достоверной оценки погрешности измерений. Отсутствие данных о точности измерений или недостаточно достоверные ее оценки полностью или в значительной степени обесценивают информацию о свойствах объектов и процессов, качестве продукции, об эффективности технологических процессов, о количестве сырья, продукции и т. п., получаемую в результате измерений.

Некорректная оценка погрешности измерений чревата большими экономическими потерями, а иногда и техническими последствиями. Заниженная оценка погрешности измерений ведет к увеличению брака продукции, неэкономичному или неправильному учету расходования материальных ресурсов, неправильным выводам при научных исследованиях, ошибочным решениям при разработке и испытаниях образцов новой техники. Завышенная оценка погрешности измерений, следствием чего, как правило, является ошибочный вывод о необходимости применения более точных средств измерений (СИ), вызывает непроизводительные затраты на разработку, промышленный выпуск и эксплуатацию СИ. Стремление максимально приблизить оценку погрешности измерений к ее действительному значению так, чтобы она при этом оставалась в вероятностном смысле «оценкой сверху», - одна из характерных тенденций развития современной практической метрологии. Эта тенденция приобретает особенно большое практическое значение там, где требуемая точность измерений приближается к точности, которую могут обеспечивать образцовые СИ и где повышение корректности оценок точности измерений по существу является одним из резервов повышения точности измерений.

Погрешность измерений обусловлена, в общем случае, рядом факторов. Она зависит от свойств применяемых СИ, способов использования СИ (методик выполнения измерений), правильности калибровки и поверки СИ, условий, в которых производятся измерения, скорости (частоты) изменения измеряемых величин, алгоритмов вычислений, погрешности, вносимой оператором, и др. Следовательно, задача оценки погрешности измерений в современных условиях, в частности, технических измерений - сложная комплексная задача. В соответствии с назначением ГОСТ 8.009-84 в настоящем методическом материале рассматриваются только те проблемы, которые связаны с составляющей погрешности измерений, обусловленной свойствами применяемых СИ. Эта составляющая названа инструментальной составляющей погрешности измерений.

При подготовке к измерениям, при проектировании различных процессов (например, технологических процессов производства, процессов контроля качества продукции и др.), в которых используются измерения, необходимо обращать внимание не только на выбор СИ и связанную с ними инструментальную составляющую погрешности измерений, но и на другие факторы, влияющие на погрешность измерений. Только тогда сможет быть достигнута конечная цель - высокое качество измерений, требуемая точность измерений.

Инструментальная составляющая погрешности измерений состоит, в свою очередь, из ряда составляющих, обусловленных собственными свойствами элементов и материалов, используемых в СИ; реакцией СИ на изменения влияющих величин и на скорость (частоту) изменения измеряемых величин; воздействие СИ на объект измерений; способностью СИ различать малые изменения измеряемых величин во времени или в пространстве (разрешающая способность) и т. п.

Для современной измерительной техники характерно усложнение условий эксплуатации и повышение скорости изменения измеряемых процессов. Изменяющиеся внешние воздействия со стороны окружающей среды и изменяющиеся воздействия на вход СИ во многих случаях становятся факторами, вносящими основной вклад в погрешность измерений. В этих случаях оценка инструментальной составляющей погрешности измерений оказывается весьма сложной. Она может производиться только на основании информации о свойствах СИ, характере изменений измеряемых величин, некоторых свойствах объекта измерений, определяющих реакцию объекта измерений на подключение к нему СИ.

Основное необходимое условие оценки инструментальной составляющей погрешности измерений - информация о свойствах СИ, влияющих на результаты и погрешности измерений, т. е. информация о метрологических характеристиках (MX) СИ. Эта информация используется не только для оценки инструментальной составляющей погрешностей измерений. На ее основе решается и ряд других задач, связанных с применением СИ. Основными задачами, решаемыми с использованием данных о MX СИ, являются следующие:

1. Оценка инструментальной составляющей погрешности измерений. Специфика ее в том, что погрешность, особенно для технических измерений, следует оценивать до проведения измерений, на стадии проектирования измерительных процессов. При этом должны учитываться не только MX СИ, но и все другие факторы, влияющие на инструментальную составляющую погрешности измерений: изменения влияющих величин (температуры окружающей среды, напряжения питания, воздействия электромагнитных полей и других неинформативных параметров входного сигнала), свойства объекта измерений, скорость (частота) изменения измеряемых величин, входные свойства устройств, подключаемых к выходу СИ, выходные свойства устройств (первичных или промежуточных измерительных преобразователей), к выходу которых подключается СИ, и др.

Примечание. При оценке погрешности измерений необходимо помнить о том, что кроме инструментальной составляющей, имеются еще другие составляющие погрешности измерений. Поэтому при решении любых задач, связанных с погрешностями измерений, нельзя ограничиваться оценкой только их инструментальных составляющих, следует учитывать и все другие составляющие, вносящие заметный вклад в погрешность измерений.

2. Выбор СИ, MX которых обеспечивали бы требуемое качество измерений при известных условиях применения СИ. Эта задача в известной мере является обратной по отношению к задаче оценки инструментальной составляющей погрешности измерений.

3. Сравнение СИ различных типов по MX. Необходимость решения этой задачи возникает на стадии как разработки, так и эксплуатации СИ. Решают ее, как правило, с учетом условий применения СИ, которые в большей или меньшей степени известны. При разработке СИ обычно известны лишь граничные условия их применения, в то время как внутренняя структура этих условий (законы изменения воздействующих факторов) большей частью остается неизвестной. В этом случае MX СИ, по существу, - единственные исходные данные для построения критериев сравнения.

4. Разработка сложных измерительных систем (ИС). Обоснованная разработка ИС связана с необходимостью выбора отдельных компонентов, входящих в ИС, исходя из требований, предъявляемых к ИС в целом. Одно и то же требование к ИС может быть удовлетворено при различном соотношении MX измерительных устройств, ее комплектующих. Очевидно, что «распределение требований» между отдельными компонентами ИС должно быть технически и экономически целесообразным. MX СИ должны позволять обоснованно решать и эту задачу.

5. Оценка погрешности ИС. Для успешности наладки и эксплуатации ИС необходимо знать, с какой погрешностью измеряется или преобразуется соответствующая величина. В большинстве случаев определение погрешности сложных систем экспериментальным путем сопряжено с большими трудностями, а иногда практически невозможно, поскольку отдельные компоненты ИС могут работать в отличающихся друг от друга и случайно изменяющихся внешних условиях. Бывает целесообразно, а нередко и единственно возможно, решать эту задачу расчетным путем, принимая за исходные данные MX СИ, образующих систему.

При проектировании ИС, когда они еще не смонтированы, также необходимо оценивать предполагаемые погрешности ИС. Здесь оценка погрешности ИС может быть получена только расчетным путем на основе MX компонентов ИС.

Основное условие возможности решения всех указанных задач - наличие связи между MX СИ и инструментальными составляющими погрешностей измерений или погрешностями ИС.

Сведения о MX СИ, как правило, получают из нормативно-технических документов (НТД) на СИ. Лишь в случаях, когда данных о нормированных типовых MX недостаточно для эффективного использования СИ, экспериментально исследуют конкретные экземпляры СИ с целью определения их индивидуальных MX. Очевидно, что этот путь определения MX СИ является исключительным, возможным лишь в редких случаях.

Из изложенного следует исключительная важность номенклатуры и способов выражения нормированных метрологических характеристик (НМХ). Этими характеристиками пользуются потребители СИ и измерительной информации, разработчики СИ, ИС, систем автоматического управления, проектировщики производственных процессов (измерительных процессов и процессов управления).

Из рассмотрения задач можно сделать вывод о противоречивости вытекающих из них требований к НМХ СИ.

Для решения 1 и 2-й задач наиболее целесообразно, чтобы метрологические свойства СИ были описаны одной комплексной НМХ, позволяющей непосредственно определять инструментальную составляющую погрешности измерений.

Для решения 3 и 4-й задач целесообразно, чтобы метрологические свойства СИ были описаны комплексом НМХ, каждая из которых определяла бы одно существенное с метрологической точки зрения свойство СИ.

При этом весь комплекс НМХ должен содержать исчерпывающие характеристики всех метрологических свойств СИ и каждая из НМХ должна, по возможности, отражать определенное физическое свойство СИ, с целью облегчения решения 3-й задачи.

При дифференцированном нормировании MX для решения 1, 2, 4, 5-й задач должны быть выполнены следующие условия:

между НМХ и инструментальной составляющей погрешности измерений должна быть установлена определенная связь, учитывающая другие характеристики измерительного процесса;

НМХ СИ должны быть такими, чтобы можно было установить связь между ними и MXИС, представляющих собой комбинацию различных СИ.

Кроме того должна быть обеспечена практическая возможность достаточно простого контроля СИ на соответствие НМХ.

В случае нормирования одной комплексной MX, отражающей все метрологические свойства СИ, контроль СИ будет весьма сложным, да и сама возможность установления такой MX вызывает сомнение. В случае нормирования комплекса MX, каждая из которых отражает одно определенное физическое свойство СИ, контроль может быть более простым, и его результаты позволят делать выводы не только о соответствии СИ нормам, но в случае отрицательных результатов и о причинах неисправности СИ. Вместе с тем необходимо учитывать, что при таком нормировании может оказаться, что количество контролируемых характеристик будет достаточно велико и трудоемкость контроля может оказаться существенной.

Изложенные соображения приводят к выводу, что целесообразно нормировать комплекс MX, который, с одной стороны, не должен быть чрезмерно большим, а с другой - каждая из НМХ должна отражать конкретные физические свойства СИ. НМХ должны быть выражены в такой форме, чтобы по ним можно было обоснованно решать изложенные выше задачи и одновременно достаточно просто осуществлять контроль СИ на соответствие НМХ.

Характерной особенностью современной измерительной техники и техники управления является широкое распространение измерительных процессов, в которых одновременно участвуют СИ разных физических величин, основанные на разных принципах действия. Это вызывает необходимость построения методов нормирования MX СИ разных принципов действия и различного назначения на единой принципиальной основе.

Поскольку НМХ СИ используются при оценках инструментальных составляющих погрешности измерений, проводимых в различных условиях, при сравнении между собой различных СИ в этих же условиях применения, при контроле качества СИ и т. п. НМХ должны отражать свойства только самого СИ, т. е. должны быть инвариантны к условиям применения и режиму работы СИ.

При рассмотрении требований к НМХ необходимо учитывать, что метрологические свойства экземпляра СИ определенного типа отличаются от метрологических свойств всей совокупности СИ данного типа. Например, для данного экземпляра СИ систематическая погрешность - детерминированная величина, а для всей совокупности СИ данного типа - случайная величина, меняющаяся от экземпляра к экземпляру СИ.

Из перечисленных выше задач, для решения которых используют НМХ СИ, основными являются оценка инструментальной составляющей погрешности измерений и выбор СИ. Решение этих задач основано на взаимосвязи между инструментальной составляющей погрешности измерений и НМХ СИ с учетом характеристик влияющих величин, отражающих условия эксплуатации СИ, и характеристик входного сигнала СИ, обусловливающих режим работы СИ. Характерной особенностью этой взаимосвязи является то, что инструментальная составляющая погрешности измерений, в свою очередь, содержит ряд составляющих, каждая из которых обусловливается определенными метрологическими свойствами СИ. Таким образом, инструментальная составляющая погрешности измерений может быть определена лишь как сумма (объединение) определенных составляющих.

Типичными для общего случая являются четыре составляющие погрешности измерений, обусловленные свойствами СИ, т. е. четыре составляющие инструментальной составляющей погрешности измерений:

1) погрешность обусловленная неидеальностью собственных свойств СИ, т. е. отличием действительной функции преобразования СИ в нормальных условиях от номинальной функции преобразования или для меры, обусловленная отличием действительного значения выходной величины меры в нормальных условиях от номинального значения этой величины. Эта составляющая называется основной погрешностью СИ;

2) погрешность, обусловленная реакцией СИ на изменения внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала относительно их нормальных значений. Эта составляющая зависит как от свойств СИ, так и от изменений влияющих величин, она называется дополнительной погрешностью СИ;

3) 

Возврат к списку
(Нет голосов)

Комментарии (0)


Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться
Самые популярные документы
Новости
Все новости