CC BY
5НОРМИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ
ИЗМЕРЕНИЙ 1Матякубова П.М, 2Муминов Х.Д, 3Султонова Ю.А
1ТГТУ, заведующий кафедрой «Метрология, техническое регулирование, стандартизации и сертификации» д.т.н., профессор, 2ТГТУ, ассистент кафедры «Метрология, техническое регулирование, стандартизации и сертификации», 3ТГТУ, ст. преподаватель кафедры
«Метрология, техническое регулирование, стандартизации и сертификации»
https://doi.org/10.5281/zenodo.10725433
Аннотация: В статье рассмотрены нормирование метрологических характеристик средств измерений. Показано, что при нормировании метрологических характеристик необходимо учитывать влияющих факторов на показание средств измерений как при нормальных, так и при рабочих условиях его работы. Изменение значений влияющих величин сказывается на точность и правильность показаний, следовательно нормирование метрологических характеристик представляется либо одним числом, либо функцией влияния с указанием их параметров.
Ключевые слова: Функция преобразования, ситуационное моделирование, числовые характеристики, номинальная динамическая характеристика, функции влияния, статистическое суммирование.
Для оценки качества и их технической степени измерительных средств и с целью оценки влияющих факторов на результат измерения и погрешностей выделяют некоторые характеристики. Такие свойства измерительных средств называются метрологическими характеристиками.
В зависимости от режима работы выделяют статические и динамические характеристики средств измерений. Основной характеристикой измерительных средств в статическом режиме является функция преобразования, функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов средства измерений.
Номинальную функцию преобразования измерительного преобразователя представляют в виде формулы, таблицы, графика. Линейную функцию преобразования, проходящую через начало координат, допускается представлять коэффициентом преобразования в виде числа. Номинальные значения однозначной или многозначной меры представляют именованными числами.
Для конкретных экземпляров средств измерений, предназначенных для применения не с номинальными (распространяющимися на все экземпляры средств измерений данного типа), а с индивидуальными метрологическими характеристиками, полученными, например, в результате калибровки, соответствующие номинальные характеристики можно не нормировать. В этих случаях обычно применяют 2-й способ нормирования и указывают пределы (граничные характеристики), в которых должна находиться индивидуальная метрологическая характеристика при предусмотренных условиях применения данного средства измерений.
Нормирование метрологических характеристик средств измерении осуществляется двумя способами:
1 Путем установления номинальной метрологической характеристики средств измерений данного типа.
2. Путем указания пределов, в которых должно находиться значение нормируемой метрологической характеристики.
Нормальные и рабочие условия применения средств измерений устанавливаются в нормативно-технических документах на средства измерений. Нормальными считаются условия, при которых зависимостью метрологических характеристик от изменения значений влияющих величин можно пренебречь. Так, для многих типов средств измерений нормальными условиями являются: температура — (20 ± 5) °С, относительная влажность — (65 ± 15) %, напряжение в сети питания — 220 В ± 10 %. Рабочие условия отличаются от нормальных более широким диапазоном изменения значений влияющих величин.
При нормировании метрологических характеристик исходят из того, что правильность показаний средств измерений обеспечивается поправкой, точное значение которой для каждого конкретного экземпляра средств измерений неизвестно. Поэтому устанавливают пределы, в которых должна находиться поправка у всех средств измерений данного типа. Прибегают также к ситуационному моделированию и нормируют пределы, в которых должны находиться аналоги числовых характеристик ситуационной модели.
Точность показаний нормируется указанием предельно допустимого значения среднего квадратического отклонения (или его оценки).
Так как показание и поправка суммируются, то может нормироваться аналог среднего квадратического отклонения композиции закона распределения вероятности показания и ситуационной модели поправки.
Нормирование метрологических характеристик группы 1.2 (Характеристики качества показаний — точности и правильности.) может производиться как для нормальных, так и для рабочих условий. Они представляются либо одним числом, либо функцией (формулой, таблицей, графиком) информативного параметра входного или выходного сигнала.
При нормировании метрологических характеристик группы 1.3 (Динамические характеристики средств измерений) устанавливаются номинальная динамическая характеристика, пределы допускаемых отклонений от нее и граничные динамические характеристики. Они представляются в виде числа, формулы, таблицы или графика.
Во всех случаях представление нормированных метрологических характеристик в виде графика допускается только при одновременном представлении их в виде формулы или таблицы.
Динамические характеристики средств измерений нормируются для нормальных или для рабочих условий применения. В отличие от этого метрологические характеристики группы 2.2 (Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам.) нормируются только для рабочих условий измерений. В рабочих условиях изменение значений влияющих величин начинает сказываться на точности и правильности показаний. Это учитывается функциями влияния. Для разных экземпляров средств измерений данного типа могут различаться как вид этих функций, так и их параметры. Однако в принципе, для всех экземпляров средств измерений данного типа эти функции должны быть подобны, а их параметры близки. Поэтому нормируются в качестве номинальных некоторые усредненные функции влияния с указанием их параметров. Нормируются также пределы допускаемых отклонений функций влияния у отдельных экземпляре средств измерений данного типа от номинальной. Если функции влияния у различных экземпляре средств
измерений данного типа существенно различаются между собой, то нормируются граничные функции влияния.
В нормативно-технических документах номинальная функция влияния, пределы допускаемых отклонений от нее и граничные функции влияния представляются в виде числа, формулы, таблицы или графика. Линейную функцию влияния, проходящую через начало координат, допускается представлять коэффициентом влияния в виде числа. Функции влияния представляют в координатах, у которых начало отсчета по оси ординат совпадает с нормальным значением влияющей величины на оси абсцисс.
Пределы допускаемых изменений метрологических характеристик, вызванных изменениями влияющих величин, устанавливают в виде границ зоны вокруг значения метрологической характеристики при нормальных условиях.
Метрологические характеристики группы 2.3 (Характеристики взаимодействия с объектами или устройствами на входе и выходе средств измерений.) нормируют для нормальных или рабочих условий путем установления номинальных характеристик и пределов допускаемых отклонений от них или граничных характеристик. Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений (группа 2.4) нормируют для рабочих условий путем установления номинальных параметров и пределов допускаемых отклонений от них либо наибольших или наименьших допускаемых значений параметров. Формы представления характеристик, относящихся к группам 2.3 (Характеристики взаимодействия с объектами или устройствами на входе и выходе средств измерений.) и 2.4 (Неинформативные параметры выходного сигнала), устанавливаются в стандартах на средства измерений конкретных видов или типов.
В зависимости от особенностей использования средств измерений может возникнуть необходимость в том или ином наборе их метрологических характеристик. Так, для вещественных мер и цифроаналоговых преобразователей, аналоговых и цифровых измерительных показывающих и регистрирующих приборов, аналоговых и аналого-цифровых измерительных преобразователей нормируются разные наборы метрологических характеристик.
При разработке методики измерений следует выбрать СИ, гарантирующее необходимую точность измерений. Однако, как следует из предыдущего раздела, особенность всех перечисленных групп погрешностей, кроме первой, состоит в том, что они связаны не только со свойствами СИ, но и с условиями измерений. Поэтому в процессе разработки этой методики следует оценить инструментальную составляющую погрешности измерений в заданных условиях измерений. В связи с этим при разработке любого СИ нормируют и указывают в эксплуатационной документации технические характеристики особого вида, называемые метрологическими характеристиками (свойства СИ, влияющие на погрешность измерений, называются метрологическими свойствами, а характеристики этих свойств метрологическими характеристиками СИ). Номенклатура метрологических характеристик СИ и способы их нормирования установлены в стандарте. Методология нормирования, установленная этим стандартом, исходит из следующего.
Нормируемые метрологические характеристики необходимы для решения двух основных задач:
• контроля каждого экземпляра СИ на соответствие установленным нормам,
• определения результатов измерений и априорного оценивания инструментальной погрешности измерения.
При этом следует иметь в виду, что метрологические свойства каждого конкретного экземпляра СИ в определенный момент времени постоянны, но по совокупности СИ данного типа они изменяются случайным образом. Это происходит вследствие рассеивания технологических параметров при изготовлении СИ, различия условий эксплуатации, приводящего к случайному характеру процессов износа и старения его элементов, случайной погрешности измерений при периодических калибровках СИ и других аналогичных причин. Поэтому теоретически возможны нормируемые метрологические характеристики двух видов. К характеристикам первого вида, почти исключительно применяемым на практике, относятся пределы допускаемых значений метрологических характеристик СИ данного типа. Их используют как при контроле годности каждого экземпляра СИ, так и для оценки максимально возможной инструментальной погрешности измерения. К характеристикам второго вида, применяемым крайне редко, относятся математическое ожидание и СКО значений метрологической характеристики, вычисленные по совокупности СИ данного типа, пригодные для оценивания инструментальной погрешности измерений методом статистического суммирования.
Так, характеристиками систематической составляющей основной погрешности АХ являются либо пределы ее допускаемых значений ±АС, либо эти пределы и математическое ожидание тс и СКО g, причем второй способ нормирования допускается использовать, если можно пренебречь изменениями этих характеристик при длительной эксплуатации и в различных условиях измерений. В остальных случаях нормируют только ±АС. Для многих СИ, у которых различают несколько систематических составляющих основной погрешности, вместо ±АС можно нормировать пределы допускаемых значений этих составляющих ±АС. При этом должно выполняться условие.
REFERENCES
1. 1. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 2. Обеспечение единства измерений: Учебник дл я вузов. Изд. СЗТУ, 2012.
2. Leaneots R.A.Fundamentals of Metrology Mjnjgraph. St. Peterburg, 2017. - 473p.
3. 3. Horst Czichos, Leslie E. Smith Springer Handbook of Metrology and Testing 2nd ed.2011
Edition Springer New York, 2011.
4. Vijayaraghavan G.K., Rajappan R., Engineering Metrology and Measurements., For Sth Semester Mechanical and Automobile Engineering (As per the Latest Anna University Syllabus - Red, 2008.
5. Ким К.К., Анисимов Г.Н., Барбарович В.Ю., Литвинов Б.Я. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника. Учебное пособие. Москва, 2006.
6. Абдувалиев А.А.и др. Основы обеспечения единства измерений. Ташкент, 2007.
7. Исматуллаев П.Р., Матякубова П.М., Тураев Ш.А., Метрология, стандартлаштириш ва сертификатлаштириш. Дарслик. Тошкент, 2015.
8. Kadirova Sh.A. "Metrologiya va standartlashtirish". O'quv qo'llanma. Toshkent.: "Fan va ta'lim", 2023.
9. Абдувалиев А.А. и др. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник. Ташкент. 2018.
