Одним з основних факторів, що визначає ефективність засобів вимірювань (ЗВ), є наявність сучасного метрологічного забезпечення. В останні роки, все більше стала помітною неефективність існуючих методів оцінювання і контролю похибок ЗВ. Такий стан пояснюється специфікою застосування ЗВ, яка полягає в тому, що вони експлуатуються в умовах відмінних від умов їх калібрування, коли виникають ряд додаткових похибок. Причому оцінювання додаткових похибок здійснюється за визначеною, під час калібрування, залежністю похибки від значення впливного фактору і нормується, як правило, шляхом встановлення її гранично допустимого значення. Оцінка сумарної похибки в конкретних умовах застосування визначається як сума основної та додаткових похибок, пронормованих для типу ЗВ, без врахування метрологічного запасу та напряму дрейфу похибки, який має конкретний засіб [1]. Тому часто метрологічно надійний ЗВ вилучають із процесу вимірювання для здійснення його калібрування, або метрологічно несправний ЗВ продовжують експлуатувати, що і в першому, і другому випадку спричиняє неоправдані затрати.
Сьогодні, при аналізі похибок під час експлуатації ЗВ, зміну похибки представляють у вигляді стаціонарного випадкового процесу Δ(t) зі сталим законом розподілу. При цьому задача аналізу зводиться до пошуку виду цього закону розподілу. За таких умов метрологічно справний стан ЗВ зберігається до тих пір, доки миттєве значення випадкового процесу зміни похибки знаходиться в межах інтервалу [-Δдоп, +Δдоп], а вихід випадкового процесу Δ( t) за ці межі класифікується як метрологічна відмова.
Неоптимальність такої моделі пояснюється тим, що ймовірність виходу випадкового процесу за межі інтервалу [-Δдоп, +Δдоп] приймається однакова, як на початку його експлуатації так і через певний відрізок часу експлуатації ЗВ. Недоліком існуючих підходів до оцінювання метрологічної надійності ЗВ полягає у неможливості об'єктивного встановлення та нормування показників метрологічної надійності для конкретного ЗВ. Це зокрема виражається у застосуванні узагальнених показників метрологічної надійності шляхом встановлення однакових інтервалів між метрологічними перевірками для ЗВ, які мають різну метрологічну надійність, наприклад через відмінність умов експлуатації.
Також зберігається практика застосування класичної теорії надійності для оцінювання метрологічної надійності ЗВ, хоча науково доведено її неадекватність [2]. Тому розроблення методів контролю похибки в реальних умовах експлуатації та оцінювання показників метрологічної надійності ЗВ є актуальною потребою підвищення якості процесів вимірювання.
Для вимірювання витрат теплової енергії широко використовуються вимірювання температури, від точності яких в значній мірі залежить точність вимірювання кількості спожитої теплової енергії. Тому питання забезпечення метрологічної надійності вимірювання температури є актуальним завданням підвищення ефективності споживання теплової енергії.
Вдосконалення метрологічного забезпечення промислових вимірювань повинно йти в напрямку розвитку методів бездемонтажного контролю метрологічної справності ЗВ та теорії індивідуального оцінювання метрологічної надійності ЗВ як інструменту встановлення оптимальних міжкалібрувальних інтервалів. Бездемонтажна метрологічна перевірка це процедура контролю похибки ЗВ на місці його безпосередньої експлуатації. Переваги бездемонтажної метрологічної перевірки очевидні: економія затрат на демонтаж ЗВ та проведення традиційної повірки в умовах спеціалізованої лабораторії, можливість визначення похибки в реальних умовах експлуатації ЗВ.
Під час традиційної метрологічної перевірки контроль похибки, як правило, здійснюється в трьох чи п'яти точках які рівномірно розподілені по діапазону вимірювання. Такий підхід є неоптимальним з двох причин. По-перше, більшість промислових ЗВ вимірюють параметр який змінюється навколо певного значення – номінального значення параметра технологічного процесу, причому діапазон зміни цього параметра значно вужчий від діапазону вимірювання ЗВ. Тому здійснювати метрологічну перевірку в точках які не будуть використовуватися під час застосування ЗВ є недоцільно. По-друге, згідно існуючих постулатів метрології – єдність вимірювань забезпечується шляхом передачі зразкового розміру одиниці фізичної величини і реалізується шляхом проведення калібрування. Тому стан абсолютної метрологічної надійності існує тільки в момент передачі еталонного розміру і тільки в точці діапазону ЗВ, де відбувається передача. Тому для підвищення метрологічної надійності ЗВ необхідно підвищувати частоту передачі розміру еталонної фізичної величини та збільшувати кількість точок передачі.
Отже на часі є розвиток теорії оцінювання метрологічної надійності ЗВ, яка б забезпечувала більш адекватну оцінку метрологічної надійності ЗВ, а також надавала можливість індивідуального оцінювання метрологічної надійності ЗВ, що тривалий час використовуються в конкретному процесі вимірювання.
Класична теорія надійності базується на припущеннях, що для пристроїв які містять значну кількість елементів раптові відмови мають властивості стаціонарного процесу, а відмови окремих елементів є незалежними. Метрологічні відмови, являючись випадковою подією, мають інший характер. Зміна похибки ЗВ зумовлена процесами старіння його вузлів та елементів, що пов’язано з інтенсивністю використання, умовами експлуатації, взаємодією з довкіллям, фактичною надійністю матеріалів тощо. Причому зміна похибки визначається процесами, які відбуваються на молекулярному рівні і залежить, в основному, від використаних матеріалів та технології виготовлення. Ця випадковість також зумовлена швидкістю протікання процесів старіння та розрегулювання ЗВ. Причому цей процес настільки може бути індивідуальний та непередбачуваний класичною теорією надійності для кожного ЗВ, що може кардинально вплинути на достовірність вимірювальної інформації.
Також, згідно класичної теорії надійності, пристрій вважається працездатним за умови працездатності всіх його елементів, тоді як метрологічна відмова не обов’язково виникає при метрологічній відмові одного чи кількох його елементів. Тому, доцільно представляти метрологічну надійність ЗВ як випадкову подію, та використовувати теорію ймовірності для оцінювання показників метрологічної надійності.
Розглянемо можливий варіант оцінювання метрологічної справності окремого ЗВ. Представимо метрологічну надійність ЗВ в окремій точці діапазону вимірювання коефіцієнтом метрологічного запасу – Кмі:
де Δі – значення похибки в і-тій точці діапазону вимірювання; Δідоп – допустиме значення похибки в і-тій точці діапазону вимірювання.
Якщо вважати, що відхилення функції перетворення ЗВ в кожній точці діапазону вимірювання зумовлені впливом однієї і тієї ж сукупності впливових факторів, то самі відхилення є незалежними одне від одного. Введемо поняття інтегрального коефіцієнта метрологічного запасу:
де ai – ваговий коефіцієнт, який визначає важливість метрологічної надійності точки контролю в діапазоні вимірювання ЗВТ, n – кількість точок контролю похибки в діапазоні вимірювання ЗВТ.
Коефіцієнти вагомості можуть визначатися користувачем ЗВ і повинні задовільняти умову:
При існуючій сьогодні практиці результат метрологічної перевірки ЗВ має два альтернативні стани: «придатний», «непридатний». Представлення метрологічної перевірки як операції контролю знаходження похибки ЗВ в допустимих межах дозволяє значно спростити оцінку його інтегральної метрологічної надійності. Очевидно, що згідно існуючої метрологічної практики перевищення хоча б одним Кмі значення одиниці є підставою для визнання ЗВ «непридатним». Однак якщо відомо, що ЗВ не буде виконувати вимірювання в діапазоні для якого Кмі≥1, то питання придатності до застосування може визначатися користувачем.
Для спрощення оцінки достовірності метрологічної перевірки доцільно використовувати поняття оперативної характеристики контролю. Використовуючи поняття оперативної характеристики повірки L(JM) , як ймовірності знаходження похибки, у всьому діапазоні вимірювання ЗВ, в допустимих межах, цю ймовірність можна знайти з виразу:
де f(JM) - густина розподілу ймовірності інтегрального коефіцієнта метрологічного запасу.
Адекватність застосування такого підходу для оцінювання метрологічної справності окремого ЗВ ще потребує додаткового теоретичного аналізу та практичної апробації. Однак, очевидними є дві позитивні сторони: по-перше, можна оцінювати якість ЗВ, як метрологічного пристрою, на основі узагальненої характеристики, що пов’язує дві основні метрологічні характеристики – похибку та діапазон вимірювання. По-друге, з’являється можливість оцінювання метрологічної справності конкретного ЗВ без проведення багаторічних метрологічних досліджень, особливо, якщо прийняти до уваги твердження висунуті в відомих наукових дослідженнях.
Очевидно, що оперативна характеристика метрологічної перевірки буде залежати від якості методики метрологічної перевірки, тому для більш повної оцінки достовірності метрологічної перевірки необхідно дослідити їх взаємний вплив.
Таким чином, вимога забезпечення достовірності результатів вимірювань для ЗВ температури може бути реалізована наступними шляхами. По-перше, впровадженням методів бездемонтажної метрологічної перевірки та створенням для цього програмнокерованих калібраторів з високою дискретністю відтворення. По-друге, впровадженням в метрологічну практику оцінювання і реєстрування показників метрологічної надійності (метрологічний запас, швидкість дрейфу та прискорення дрейфу похибки) для конкретного ЗВ. По-третє, необхідно розвивати теорію метрологічної надійності в напрямку створення методик об'єктивного оцінювання індивідуальних показників метрологічної надійності ЗВ.
Вирішення поставлених завдань дозволить підвищити рівень метрологічного забезпечення процесів вимірювання, зокрема, встановлювати «індивідуальну цінність» ЗВ для конкретного процесу вимірювання.
Список літератури:
1. Микийчук М. М., Огірко Р. М., Бойко Т. Г. Прогнозування похибок промислових засобів вимірювання температури. Автоматика, вимірювання та керування. Вісник НУ "Львівська політехніка". - 2004. - №500 - с. 36-40.
2. Яцук В. О. Розвиток теорії та методів підвищення якості засобів вимірювальної техніки з використанням кодокерованих мір. Автореф. дисерт. докт. техн. наук – Львів, 2004 р. – 38 с.
__________________________
Науковий керівник: Яцук Василь Олександрович, доктор технологічних наук, професор, Національний університет ”Львівська політехніка”
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter