CC BY
17© Автоматика и программная инженерия. 2020, №1(31) http://www.jurnal.nips.ru УДК: 006.91:621.317.7
Разработка методики дистанционной калибровки
вольтметров
И.А. Ершов
Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Аннотация: Внедрение дистанционной калибровки - это важный шаг в развитии обеспечения единства измерений. Из-за постоянно увеличивающегося количества программируемых средств измерений такой способ калибровки может получить широкое распространение. В статье описаны ключевые особенности процедуры дистанционной калибровки программируемых вольтметров. Данная информация была использована для разработки методики дистанционной калибровки программируемых вольтметров. Также в статье приведены нормативные документы, на которые следует обратить внимание. В качестве аппаратного обеспечения был использован программно-аппаратный комплекс дистанционной калибровки на базе РХ1. Дистанционная калибровка позволяет сэкономить огромное количество рабочего времени сотрудника калибровочной лаборатории за счёт отсутствия необходимости ехать к калибруемому средству измерений. Основная особенность дистанционной калибровки заключается в автоматизации процесса и управлении средствами измерений по сети. Данный способ является современным взглядом на процедуру калибровки, актуальность которого возрастёт с увеличением количества используемых программируемых средств измерений.
Ключевые слова: методика калибровки, дистанционная калибровка, программно--аппаратный комплекс, нормативные документы, калибровка, средство измерений, электрические величины.
Введение
Разработка методики дистанционной калибровки программируемого вольтметра является необходимым этапом для внедрения данного способа калибровки в систему обеспечения единства измерений. В первую очередь это связано с требованиями к калибровочным лабораториям, приведёнными в руководящих документах Российской системы калибровки (РСК). Главным отличием дистанционной калибровки от общепринятых способов является использование автоматизации процесса калибровки. Возможность
автоматизации обусловлена появлением на рынке программируемых средств измерений. Актуальность данного способа калибровки возрастает с увеличением количества используемых программируемых средств измерений.
В качестве аппаратного обеспечения для опробования разработанной методики калибровки был использован программно -аппаратный комплекс для дистанционной калибровки вольтметров на базе PXI [1]. Управление комплексом производится при помощи контроллера по Ethernet. Вольтметр получает сигнал от генератора, который подключен к контроллеру посредством шасси. Контроль условий проведения калибровки производится при помощи датчика температуры и влажности, подключенного к контроллеру.
Также разработанную методику калибровки можно использовать и с другой аппаратурой с возможностью управления по сети. Помимо этого, в разработанной методике калибровки присутствует процедура оценки
неопределённости измерений. Данное требование указано в пункте 4.1 общих требований к содержанию и изложению методик калибровки средств измерений, приведённых в ГОСТ Р 8.879-2014 [2].
Нужно отметить, что порядок работы Российской системы калибровки описан в документах РД РСК 01-2014 [3] и РД РСК 022014 [4]. Данные документы разработаны на основе и взамен ПР 50.2.016-94 [5], ПР 50.2.01795 [6], ПР 50.2.018-95 [7] и ФГУП «ВНИИМС» требует выполнения положений, приведённых в новых документах. Также на это указывает предисловие из РД РСК 01-2014.
1. Процедура калибровки
Ключевым преимуществом дистанционной калибровки является экономия рабочего времени сотрудника калибровочной лаборатории, за счёт отсутствия необходимости выезжать к калибруемому средству измерений. Достаточно доставить программно-аппаратный комплекс до калибруемого средства измерений и подключить его к сети. Схема подключения при использовании Ethernet приведена на Рис. 1.
12
Ethernet
Рис. 1. Схема подключения при использовании Ethernet
Стоит отметить, что потребуется сотрудник для подключения программно-аппаратного комплекса к калибруемому средству измерений и сети. Также данный сотрудник должен будет запустить программу программно-аппаратного комплекса и ввести туда /Р-адреса компьютера с управляющей программой и калибруемого средства измерений. Эти действия не должны вызывать сложностей, поскольку в организации должен быть сотрудник, использующий калибруемое средство измерений. А взаимодействие с управляемой программой, которая установлена на программно-аппаратном комплексе, требует базовых навыков работы с персональным компьютером.
Начальным этапом проведения
дистанционной калибровки является внешний осмотр и опробование. Во время внешнего осмотра проверяется комплектность, отсутствие механических повреждений, чистота и исправность разъёмов, и маркировка. При опробовании калибруемое средство измерений подготавливается к использованию в соответствии с руководством по эксплуатации и проводится проверка нормального
функционирования прибора. На каждом этапе проведения дистанционной калибровки допускается использование видеосвязи для контроля сотрудника.
Следующим этапом является подключение программно-аппаратного комплекса к калибруемому средству измерений. Далее данные устройства подключаются к сети Интернет. При наличии сетевого коммутатора достаточно подключить калибруемое средство измерений к программно-аппаратному комплексу, создав локальную сеть, поскольку калибруемое средство измерений обменивается данными только с программно-аппаратным комплексом.
После подключения устройств, производится запуск управляемой программы, установленной на программно-аппаратном комплексе. Интерфейс управляемой программы показан на Рис. 2.
Рис. 2. Интерфейс управляемой программы
Управляемая программа имеет простой интерфейс и ограниченный функционал. Сделано это с целью исключения возможности повлиять на процесс калибровки, поскольку управление процессом должно производиться исключительно управляющей программой. Сотруднику необходимо только выбрать используемые устройства (как правило, программой предлагается единственный вариант). Далее необходимо ввести /Р-адреса компьютера с установленной управляющей программой и калибруемого средства измерений. После чего запустить программу и дождаться завершения работы. До того, как в программу поступит информация от управляющей программы, программно-аппаратный комплекс будет находиться в режиме ожидания. Также в программе присутствуют два индикатора. Горящий красный индикатор сообщает о наличии ошибки. Описание ошибки выводится на экран. При передаче данных управляющей программе загорается зелёный индикатор. В расширенных настройках имеется возможность изменить используемые в процессе обмена данных порты, чего в подавляющем большинстве случаев делать не требуется.
Также требуется запустить программу для управления калибруемым средством измерений. Интерфейс данной программы показан на Рис. 3.
13
Настрой** Расширенные настройки
IP управляемой
программы
169.254.189.164
Устройство STOP
% DAQ::1
Рис. 3. Интерфейс программы для управления калибруемым средством измерений
Программа для управления калибруемым средством измерений после запуска переходит в режим ожидания данных от управляемой программы о необходимости начать процесс измерений. В неё требуется ввести /Р-адрес программно-аппаратного комплекса и выбрать устройство. В расширенных настройках можно выбрать используемые при передаче данных порты. После получения данных от управляемой программы калибруемое средство измерений производит измерение и отправляет полученный результат по сети на программно-аппаратный комплекс. Данная процедура повторяется несколько раз, пока не будет завершен процесс калибровки. Количество точек и повторов в каждой точке задаётся управляющей программой. Алгоритм дистанционной калибровки показан на Рис. 4, где розовыми блоками обозначены действия, выполняемые управляющей программой, синими -управляемой, зелёными - калибруемым средством измерения. Подробное описание работы управляющей программы описано в статье [1].
Завершает процесс дистанционной калибровки расчёт абсолютной погрешности измерений и расширенной неопределённости измерений. В используемой программе данный этап полностью автоматизирован, но при необходимости можно произвести расчёт
самостоятельно, используя приведённые в методике калибровки формулы. Полученные результаты записывают в протокол калибровки, рекомендованная форма которого представлена на Рис. 5. Данный протокол подписывается сотрудником калибровочной лаборатории. На основании протокола калибровки выдаётся сертификат о калибровке.
Рис. 4. Алгоритм дистанционной калибровки
14
ПРОТОКОЛ КАЛИБРОВКИ
от «
20
1 Нанмшонание средства иш-ршнй:_
2 Заводской (инвентарным) ни мер _
3 Условии при веден к я кн. ширин км:
- температура воздуха окружающем среды, -относительнаявлажность, %
- атмосферное давление, кПа
4 Средства калнбривкн
Таблица 1
Наименование средства калибровки Заводской (инвентарный) номер
5 Результаты калибровки
5Л Внешний осмотр:_
5.2 Опробование:
5,3 Результаты измерений Таблица 2
Контролируемое значение напряжения, В Измеренное значение напряжения, В
Таблица 3
Среднее арифметическое результатов измерений в i-oft точке, В Абсолютная пофешность измерения,В Расширенная неопределённость измерений, В
Исполнитель:
Должность
ИодШкЪ
Инициалы, фаиилия
Рис. 5. Протокол калибровки
2. Нормативные документы
Отношения, возникающие при выполнении измерений, регулирует Федеральный закон № 102-ФЗ [8]. Однако калибровке там посвящена лишь одна небольшая статья. В первую очередь нужно отметить, что калибровке подвергаются средства измерений, не предназначенные для применения в сфере государственного регулирования, на добровольной основе. Наиболее подробными на текущий момент являются РД РСК 01-2014 «Положение о Российской системе калибровки» и РД РСК 022014 «Порядок организации деятельности
Российской системы калибровки». Данные документы были разработаны ФГУП «ВНИИМС», который является Научно-методическим центром Российской системы калибровки. Данные документы актуализируют нормативную базу Российской системы калибровки и вводятся взамен документов, которые были введены в действие ранее. При разработке методики калибровки требуется учитывать положения, приведённые в данных документах.
Общие требования к содержанию и изложению методик калибровки приведены в ГОСТ Р 8.879-2014, на основании которого и
15
была разработана методика дистанционной калибровки. Данный ГОСТ разработан на основе ГОСТ ИСО/МЭК 1725-2009 [9], который был заменен на ГОСТ ВО/1ЕС 17025-2019 [10]. На текущий момент ГОСТ Р 8.879-2014 является действующим, а значит в нём приведена актуальная информация. Также стоит отметить, что, несмотря на конкретный перечень разделов, которые должна содержать методика, в пункте 4.3 указано, что в обоснованных случаях допускается объединять, добавлять или исключать разделы. Благодаря этому данные требования легко использовать для разработки нестандартных методик калибровки.
Заключение
Использование методик для проведения калибровки является устоявшимся принципом, благодаря которому обеспечивается метрологическая сопоставимость результатов измерений. Методики калибровки являются удобным инструментом, поскольку содержат не только описание процедуры калибровки, но и требования к вспомогательному оборудованию, квалификации сотрудников, условиям проведения калибровки и формулы для расчёта метрологических характеристик. Необходимость в многообразии методик возникла в первую очередь из-за постоянного увеличения количества средств измерений с уникальными свойствами. Одним из таких свойств является возможность программирования средства измерений, которое получило широкое распространение. Благодаря этому появилась возможность проводить дистанционную калибровку, которая значительно сократит расходы на проведение калибровки средств измерений. Именно поэтому была разработана методика дистанционной калибровки программируемых вольтметров, которая ускорит внедрение данной технологии в систему обеспечения единства измерений.
Благодарности
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-37-00018.
Литература
[1] Ershov I.A., Stukach O.V. Internet of Measurement development based on NI PXI Remote Calibration // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). - 2019. - DOI: 10.1109/Dynamics47113.2019.8944613
[2] ГОСТ Р 8.879-2014 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методики калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению // Стандартинформ. - 2015.
[3] РД РСК 01-2014 Положение о Российской системе калибровки // Сборник руководящих документов Российской системы калибровки. - М.: АНО «РСК-Консалтинг» - 2014.
[4] РД РСК 02-2014 Порядок организации деятельности Российской системы калибровки // Сборник руководящих документов Российской системы калибровки. - М.: АНО «РСК-Консалтинг» - 2014.
[5] ПР 50.2.016-94 ГСИ. Требования к выполнению калибровочных работ // Российские вести. - 1995. - № 78.
[6] ПР 50.2.017-95 ГСИ. Положение о российской системе калибровки // Российские вести. - 1996. -№ 238.
[7] ПР 50.2.018-95 ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровочных работ // Российские вести. - 1996. - № 78.
[8] Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» // Российская газета. - 2008. - № 140.
[9] ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий // Стандартинформ. - 2018.
[10] ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий // Стандартинформ. - 2019.
Ершов Иван Анатольевич -
Мк аспирант кафедры защиты информации факультета
автоматики и вычислительной техники Новосибирского
государственного технического университета. E-mail: zaragik@vandex.ru
630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, д. 20
Статья поступила 22.02.2019
16
Development of a Measurement Procedure for Remote Calibration
of Voltmeters
I.A. Ershov
Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia
Abstract: Remote calibration is an important direction in the system of measurement traceability ensuring. This method can be widely used due to the continually increase in the amount of programmable measuring instruments. This paper describes the development of a measurement procedure for remote calibration of programmable voltmeters. The paper also provides an overview of normative documents used to develop the measurement procedure. The PXI-based software and hardware complex for remote calibration was used as hardware for testing the measurement procedure. This calibration method keeps a large amount of working time for an employee of the calibration laboratory. The main feature of remote calibration is the automation of the process and the control of measuring instruments over the internet. This method is a modern viewpoint at the calibration procedure. We trust relevance of the method will be increased due growing of the programmable measuring instruments amount.
Keywords: measurement procedure, remote calibration, hardware-software complex, normative documents, calibration, measuring instrument.
References
[1] Ershov I.A., Stukach O.V. Internet of Measurement development based on NI PXI Remote Calibration // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). - 2019. - DOI: 10.1109/Dynamics47113.2019.8944613
[2] GOST R 8.879-2014 Gosudarstvennaya sistema obespecheniya edinstva izmerenij (GSI). Metodiki kalibrovki sredstv izmerenij. Obshchie trebovaniya k soderzhaniyu i izlozheniyu // Standartinform. - 2015.
[3] RD RSK 01-2014 Polozhenie o Rossijskoj sisteme kalibrovki // Sbornik rukovodyashchih dokumentov Rossijskoj sistemy kalibrovki. - M.: ANO «RSK-Konsalting» - 2014.
[4] RD RSK 02-2014 Poryadok organizacii deyatel'nosti Rossijskoj sistemy kalibrovki // Sbornik rukovodyashchih dokumentov Rossijskoj sistemy kalibrovki. - M.: ANO «RSK-Konsalting» - 2014.
[5] PR 50.2.016-94 GSI. Trebovaniya k vypolneniyu kalibrovochnyh rabot // Rossijskie vesti. - 1995. - № 78.
[6] PR 50.2.017-95 GSI. Polozhenie o rossijskoj sisteme kalibrovki // Rossijskie vesti. - 1996. - № 238.
[7] PR 50.2.018-95 GSI. Poryadok akkreditacii metrologicheskih sluzhb yuridicheskih lic na pravo
provedeniya kalibrovochnyh rabot // Rossijskie vesti. - 1996. - № 78.
[8] Federalnyj zakon ot 26.06.2008 № 102-FZ «Ob obespechenii edinstva izmerenij» // Rossijskaya gazeta. - 2008. - № 140.
[9] GOST ISO/MEK 17025-2009 Obshchie trebovaniya k kompetentnosti ispytatel'nyh i kalibrovochnyh laboratory // Standartinform. - 2018.
[10] GOST ISO/MEK 17025-2009 Obshchie trebovaniya k kompetentnosti ispytatel'nyh i kalibrovochnyh laboratory GOST ISO/IEC 17025-2019 Obshchie trebovaniya k kompetentnosti ispytatel'nyh i kalibrovochnyh laboratory// Standartinform. - 2019.
imr
Ivan A. Ershov - PhD student of Information Security Department in NSTU.
E-mail: zaragik@yandex.ru
20 Prospekt K. Novosibirsk, 630073
Marksa,
The paper has been received on 22/02/2019.
17
