Погрешности СИ и их классификация
В результате воздействия большого количества различных факторов, возникающих в процессе измерения, показания измерительных приборов отличаются от истинных значений измеряемой величины. Эти отклонения характеризуют погрешности СИ, поэтому и являются основной нормируемой МХ.
Погрешность СИ–эторазность между показанием СИ и действительным значением измеряемой величины.
Погрешностей СИ классифицируются:
1. В зависимости от внешних условий:
· Основная погрешность СИ– это погрешность СИ, определяемая в нормальных условиях. Как правило, нормальными условиями эксплуатации являются: температура 20 ± 5°С, относительная влажность воздуха 65 ± 1,5 % при 20°С, атмосферное давление 680-780мм рт.ст. напряжение в сети питания 220В±10% с частотой 50 Гц ± 1% и при отсутствии электрических и магнитных полей (наводок).
· Дополнительная погрешность СИ– составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения.
2. По способу выявления
· Систематическая погрешностьСИ–составляющая погрешности СИ, которая остаётся постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Причинойеё может быть неточность изготовления деталей измерительной цепи в пределах допусков, неуравновешенность некоторых частей и т.п. Как правило, систематическая составляющая либо мала, либо ее учитывают, вводя в показания прибора соответствующую поправку;
· Случайная погрешность СИ –составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом. Причиной её может быть трение между механическими звеньями передаточного механизма, нестабильность работы упругих элементов, колебания параметров электропитания или измерительного усилия и др.
3. По характеру зависимости погрешности СИ от входной величины:
· Аддитивная погрешность СИ. Аддитивной погрешностью (получаемой путем сложения различного вида погрешностей), или погрешностью нуля, называют погрешность, которая остаётся постоянной при всех значениях измеряемой величины. Если аддитивная погрешность является систематической, то она устраняется корректированием нулевого значения выходного сигнала. Аддитивная погрешность вызывается трением в опорах, контактными сопротивлениями, дрейфом нуля, случайными и периодическими колебаниями в выходном сигнале.
· Мультипликативная погрешность СИ. Мультипликативной погрешностью (получаемой путем умножения различного вида погрешностей), или погрешностью чувствительности СИ, называют погрешность, которая линейно изменяется с изменением измеряемой величины, т.е. это погрешность, изменяющаяся вместе с изменением значений величины, подвергающейся измерениям. Мультипликативная погрешность возникает из-за воздействия влияющих величин на параметрические характеристики элементов прибора.
3. По способу выражения различают погрешности:
· абсолютная погрешность прибора – это разность между показаниями прибора х и истинным значением измеряемой величины хо:
∆ = х – хо.
Она выражается в единицах измеряемой величины и может быть получена в виде числа. функции, графика или таблицы;
· относительная погрешность прибора – это отношение абсолютной погрешности прибора к истинному значению измеряемой величины. Она выражается в %:
= ∆/хо·100%.
· приведенная погрешность прибора – это отношение абсолютной погрешности ∆ к нормирующему значению хN :
= ∆/хN·100%,
где значение ХN зависит от типа шкалы.
Понятие приведённой погрешности было введено потому, что однозначно оценить качество прибора по значению абсолютной и относительной погрешностей невозможно, так как измеряемая величина х во время измерения может принимать любые значения от 0 до хN.
Значение предела приведённой погрешности, выраженной в процентах, определяет класс точности прибора.
В качестве предела допускаемой погрешности выступает наибольшая погрешность, вызываемая изменением влияющей величины, при которой СИ по техническим требованиям может быть допущено к применению.
Класс точности- это обобщенная метрологическая хара-теристика, определяющая различные свойства СИ. Он присваивается средствам измерений при их разработке по результатам государственных приемочных испытаний. Обозначение классов точности СИ указывают в документации и наносят на самих измерительных приборах (циферблатах, щитках, корпусах) Далее см. лаб. Работу №3.
Диагностика СИ
Диагностика в переводе с греческого "диагнозис" означает распознавание, определение. Согласно ГОСТ 20911-89 техническая диагностика определяется как "область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов”.
Объект, состояние которого определяется, называют объектом диагностирования (ОД). Диагностирование представляет собой процесс исследования ОД. Характерными примерами результатов диагностирования состояния технического объекта являются заключения вида: ОД исправен, неисправен, работоспособен, неработоспособен.
В стандартах эти технические состояния ОД определяются следующим образом:
Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.
Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Работоспособное состояние– состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.
В процессе производства, эксплуатации и хранения объектов в них могут появляться и накапливаться неисправности. Некоторые из них приводят к тому, что объект перестает отвечать предъявляемым к нему техническим требованиям. Поэтому перед использованием объекта по назначению проводят диагностику. Она заключается в решении следующих задач обнаружения неисправности:
1) проверка исправности, целью которой является разбраковка, позволяющая отделить исправные изделия от неисправных. ОД исправен, если он удовлетворяет всем техническим требованиям;
2) проверка работоспособности, целью которой является выяснение, будет ли объект выполнять те функции, для реализации которых он создан;
3) проверка правильности функционирования, целью которой является обнаружение неисправностей, которые нарушают правильную работу объекта, применяемого по назначению, в данный момент времени.
Если объект неисправен, то для замены или ремонта неисправных компонентов необходимо установить место неисправности.
Поиск неисправности осуществляется путем выполнения диагностического эксперимента над объектом.
Контроль СИ
Контроль — это процесс определения соответствия СИ требованиям, заданным в нормативных документах.
Сущность всякого контроля состоит в проведении двух основных этапов. На первом из них получают информацию о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств. Эта информация называется первичной. На втором — первичная информация сопоставляется с заранее установленными требованиями, нормами, критериями. При этом выявляется соответствие или несоответствие фактических данных требуемым. Информация о их расхождении называется вторичной информацией.
Измерения и контроль также тесно связаны друг с другом и близки по своей информационной сущности.
В то же время их процедуры во многом различаются:
• результатом измерения является количественная характеристика, а контроля — качественная;
• измерение осуществляется в широком диапазоне значений измеряемой величины, а контроль — обычно в пределах небольшого числа возможных состояний;
• основной характеристикой качества процедуры измерения является точность, а процедуры контроля — достоверность.
Контроль может быть классифицирован по ряду признаков.
1. В зависимости от числа контролируемых параметров он подразделяется на однопараметровый, при котором состояние объекта определяется по размеру одного параметра, и многопараметровый, при котором состояние объекта определяется размерами многих параметров.
2. По форме сравниваемых сигналов контроль подразделяется на аналоговый, при котором сравнению подвергаются аналоговые сигналы, и цифровой, при котором сравниваются цифровые сигналы.
3. В зависимости от вида воздействия на объект контроль подразделяется на пассивный, при котором воздействие на объект не производится, и активный, при котором воздействие на объект осуществляется посредством специального генератора тестовых сигналов.
Контроль осуществляется специалистами—метрологами.
Испытания СИ
Испытания – это экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании и т.п.
Испытания – это разновидность контроля. В систему испытаний входят следующие основные элементы:
1) объект испытания (СИ);
2) категория испытаний;
3) испытательное оборудование или приборы;
4) программу или методики в виде НТД на испытания.
Испытания классифицируют по различным признакам:
1. По назначению испытания делятся на:
· Исследовательские испытания проводят для изучения определенных характеристик свойств изделия с целью:
а) определения или оценки показателей качества функционирования испытываемых изделий в определенных условиях эксплуатации;
б) выбора оптимальных режимов работы и показателей надежности;
в) построения мат. модели функционирования изделия (оценки параметров математической модели);
г) отбора существенных факторов, влияющих на показатели качества функционирования.
· Испытания, проводимые для контроля качества объекта, называются контрольными. Цель - проверка на соответствие техническим условиям при изготовлении.
· Сравнительные испытания проводятся с целью сравнения множества вариантов реализации изделия при проектировании и аттестации;
2. По виду этапов разработки испытуемой продукции различают предварительные и приемочные испытания. Испытаниям подвергают опытные образцы (ОО) продукции.
· Предварительные испытания проводят с целью определения возможности предъявления ОО на приемочные испытания. При этом программа испытаний максимально приближена к условиям эксплуатации изделия. По результатам испытаний оформляют акт.
· Приемочные испытания проводят с целью определения соответствия продукции тех. заданию, требованиям ГОСТ и т.п. и определения возможности постановки продукции на производство.
3. В зависимости от вида испытаний готовой продукции:
· Квалификационные испытания проводятся при оценке готовности предприятия к выпуску продукции, если изготовители опытных образцов и серийной продукции разные. Испытаниям подвергают образцы из первой промышленной партии и первые образцы продукции, выпускаемой по лицензиям на другом предприятии.
· Приемосдаточные испытания проводит служба тех. контроля предприятия-изготовителя для принятия решения о пригодности продукции к поставке или ее использованию.
· Периодические испытания проводит предприятие-изготовитель для продукции серийного производства с целью контроля качества изделий и стабильности технологического процесса в период между очередными испытаниями; а также подтверждения возможности продолжения изготовления изделий по действующей НТД.
· Типовые испытания – это контроль продукции одного типоразмера и по единой методике, который проводит предприятие-изготовитель для оценки эффективности и целесообразности изменений, вносимых в конструкцию, материалы или в технологию изготовления.
· Инспекционные испытания – это особый вид контрольных испытаний. Их осуществляют выборочно с целью контроля стабильности качества образцов готовой продукции и продукции, находящейся в эксплуатации.
· Сертификационные испытания – направлены на подтверждение соответствия фактических характеристик изделия требованиям НТД. Их проводят независимые от производителя испытательные центры.
4. По результату воздействия на изделия испытания делят на разрушающие и неразрушающие.
5. По продолжительности все испытания подразделяют на:
а) нормальные испытания – методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимой информации о качестве изделия за такое же время, что и при эксплуатации;
б) ускоренные испытания – обеспечивают получение информации о качестве изделия в более короткий срок;
в) сокращенные испытания – испытания, которые проводят по сокращенной программе.
Цель испытаний - нахождение истинного значения параметра (характеристики), определенного не при тех реальных условиях, в которых он фактически может находиться в ходе испытаний, а в заданных номинальных условиях испытания.
Реальные условия испытаний всегда отличаются от номинальных, поскольку установить параметры условий испытаний абсолютно точно невозможно. Следовательно, результат испытания всегда имеет погрешность, возникающую не только из-за погрешности определения искомой характеристики, но и из-за неточного установления номинальных условий испытаний.
Результатом испытаний СИ является оценка его МХ и установление соответствия их номинальным значениям. Он характеризуется точностью — свойством, описывающим близость их результатов к действительным значениям характеристик объекта в определенных условиях испытаний.
Между измерением и испытанием существует большое сходство: во-первых, результаты обеих операций выражаются в виде чисел; во-вторых, погрешности могут быть выражены как разность между результатами измерений (испытаний) и истинными значениями измеряемой величины (или определяемой МХ при номинальных условиях эксплуатации).
Однако с точки зрения метрологии между этими операциями имеется значительная разница. Т.к. погрешность измерения является только одной из составляющих погрешности испытания. то можно сказать, что измерение - это частный случай испытания, при котором условия испытаний не представляют интереса.
5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1 Основы метрологического обеспечения
Согласно ГОСТ 1.25–76 под метрологическим обеспечением (МО)понимается установление и применение научных и организационных основ,технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства итребуемой точности измерений.
Основные задачи метрологического обеспечения в технике:
- определение путей наиболее эффективного использования научных и технических достижений в области метрологии и автометрии; -стандартизация основных правил, положений, требований и норм метрологического обеспечения; - определение рациональной номенклатуры измеряемых параметров, установление оптимальных норм точности измерений, порядка выбора и назначений средств измерений;
- организация и проведение метрологической экспертизы на стадиях разработки, производства и испытаний изделий;
- разработка и применение прогрессивных методов измерений, методик и средств измерений; автоматизация сбора, хранения и обработки измерительной информации;
- осуществление ведомственного контроля и проведение обязательных государственной или ведомственной поверок СИ, их ремонта;
- обеспечение постоянной готовности к проведению измерений; --- развитие метрологической службы отрасли и др.
Объектом МОявляются все стадии жизненного цикла изделия (продукции) или услуги, под которымпонимается совокупность последовательных взаимосвязанных процессов создания и изменения состояния продукции от исходных требований к ней до окончания эксплуатации или потребления.
Метрологическое обеспечение имеет 4 основы:
1. Научной основойметрологического обеспечения является наука об измерениях – метрология.
2. Нормативной основой(нормативно-правовой) является Государственная система обеспечения единства измерений ГСИ,устанавливающая различные нормативные документы.
3. Техническими основамиметрологического обеспечения являются различные системы (см. рис.3)
4. Организационной основнойМО являются метрологические службы России: ГМС и ВМС.
| Метрологическое обеспечение |
↓
| Научная основа | → | Метрология |
↓
↓
| Нормативная основа | → | Гос.система обеспечения единства измерений (ГСИ) |
↓
| Техническая основа |
↓
| 1) система гос. эталонов ФВ; 2) система передачи размеров единиц ФВ от эталонов к РСИ; 3) система разработки, постановки на производство и выпуска РСИ; 4) система гос. испытаний и метрологической аттестации СИ; 5) система гос. поверки и калибровки СИ; 6) система стандартных образцов состава и свойств вещества и материалов; 7) система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов. |
↓
| Организационная основа |
↓ ↓
| Ведомств. метролог. служба |
| Государ. метролог. служба |
Рис.3. Основы метрологического обеспечения