Повышение точности средств измерений

1. Стабилизация важных параметров, элементов и узлов СИ технологическим путем.

2. Применение методов защиты от быстроизменяющихся процессов (теплоизоляция, экранирование и т.д.).

3. Стабилизация медленно изменяющихся величин.

4. Применение методов коррекции составляющих погрешностей.

5. Применение методов статистической минимизации обработки результатов измерений при наличии случайной погрешности.

4.8. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Метрологической надежностью называется способность средства измерения сохранять установленные значения метрологических характеристик в течение заданного промежутка времени при определенных режимах и условиях эксплуатации. В общем случае надежность средства измерения характеризует его поведение в течение времени и является обобщенным понятием, включающим в себя стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость (ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Термины и определения"). Для оценки надежности применяются вероятностно-статистические характеристики.

Надежность как вероятность удовлетворительного выполнения определенной функции является следствием двух факторов: собственно надежности образца оборудования и эксплуатационной надежности.

Основными понятиями, связанными с надежностью, являются:

1) исправность - состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям;

2) работоспособность — состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем параметрам, характеризующим выполнение заданных функций;

3) безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени;

4) долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность (с возможными перерывами) до предельного состояния (разрушения);

5) ремонтопригодность - свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта;

6) восстанавливаемость - свойство изделия восстанавливать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей;

7) сохраняемость — свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях и при транспортировке.

Для исследования надежности применяются достаточно сложные аналитические методики. Причинами изготовления ненадежной продукции могут быть:

• отсутствие регулярной проверки соответствия стандартам;

• ошибки в применении материалов и неправильный контроль материалов в ходе производства;

• неправильный учет и отчетность по контролю;

• не отвечающие стандартам схемы выборочного контроля;

• невыполнение стандартов по приемочным испытаниям.

Математические модели, применяемые для количественных оценок надежности, зависят от типа надежности. Современная теория выделяет три типа надежности:

1. Надежность мгновенного действия, например, плавких предохранителей.

2. Надежность при нормальной эксплуатационной долговечности, например, измерительная техника. В исследованиях нормальной эксплуатационной надежности в качестве единицы измерения используют «среднее время между отказами». Рекомендуемый в практике диапазон от 100 до 2000 часов.

3. Чрезвычайно продолжительная эксплуатационная надежность (например, транспортные средства, строительные сооружения), если требования к сроку службы свыше 10 лет.

Стабильность СИ является качественной характеристикой, отражающей неизменность во времени его метрологических характеристик.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния изделия, называется отказом. Отказы системы могут быть обусловлены ошибками в конструкции деталей, браком при их изготовлении или неправильной эксплуатации системы. При этом отказы различаются по времени и виду. Нас интересует метрологический отказ – выход метрологических характеристик средства измерений за установленные пределы.

Неметрологические отказы носят, как правило, явный характер, проявляются внезапно и могут быть обнаружены без проведения поверки. Метрологические отказы происходят значительно чаще, чем неметрологические и зафиксировать точное время наступления метрологического отказа ввиду скрытого характера его проявления невозможно.

Отказы подразделяются на внезапные и постепенные. Внезапные метрологические отказы характеризуются скачкообразным изменением одной или нескольких метрологических характеристик. Эти отказы в силу их случайности невозможно прогнозировать. Их последствия (сбой показаний, потеря чувствительности и т.п.), как правило, легко обнаруживаются в ходе эксплуатации прибора.

Постепенные отказы характеризуются монотонным изменением одной или нескольких метрологических характеристик. По характеру проявления эти отказы являются скрытыми и могут быть выявлены только по результатам периодической поверки средств измерений.

При нормальной эксплуатационной надежности техническое предсказание надежности может быть теоретическим, экспериментальным и эмпирическим.

Теоретический подход предполагает разработку схемы данной операции и ее проверку с помощью математической модели.

Эмпирический подход заключается в выполнении необходимых измерений в отношении фактически выпускаемой продукции и выводах о надежности.

При экспериментальном подходе используют и теорию, и измерения, при которых широко применяют методы математического моделирования процессов, создавая на этой основе экспериментальные данные.

Наибольшее распространение в исследованиях надежности получил показатель «интенсивность отказов» (l):

где n - число выбывших из строя изделий; N - общее число изделий; t - среднее время испытаний.

Среднее время испытаний определяется по формуле:

где - число изделий в испытательной группе; - продолжительность испытаний данной группы.

Если количество изделий, выбывших из строя, превышает 5-10%, то в расчет вводится корректива:

где - количество отказных изделий в данной группе; n_k - количество отказов за одно и то же время испытаний; t_k- продолжительность испытаний для вывода изделия из строя.

Для расчета средней интенсивности отказов важно выбрать правильный интервал времени, так как обычно плотность отказов меняется во времени.

Профилактическими мерами повышения метрологической надежности средств измерений, выявления отказов и т.п. занимаются практическая и законодательная метрологии, которые устанавливают межповерочные интервалы, производят поверку и калибровку средств измерений.

Вопросы к разделу

1. Что такое средство измерений?

2. Назовите статические характеристики и параметры средств измерений.

3. Что такое функция преобразования средства измерений?

4. Какие виды функций преобразования используются в метрологии?

5. Назовите динамические характеристики и параметры средств измерений.

6. Каким образом классифицируются средства измерений?

7. Какие типы измерительных преобразователей вы знаете?

8. Чем отличается цифровой измерительный прибор от аналогового измерительного прибора?

9. Что такое измерительно-вычислительные комплексы?

10. Перечислите основные принципы, лежащие в основе выбора нормируемых метрологических характеристик средств измерений.

10. Какой нормативный документ регламентирует нормирование метрологических характеристик средств измерений?

11. На какие группы делятся нормируемые метрологические характеристики?

12. Какие метрологические характеристики относятся к характеристикам, предназначенным для определения результатов измерений?

13. Какие метрологические характеристики описывают погрешность средств измерений? Каким образом производится их нормирование?