Теоретичні основи метрології. Похибки засобів вимірювань. Метрологічна надійність засобів вимірювань

1.

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
ФАКУЛЬТЕТ ВІЙСЬКОВОЇ ПІДГОТОВКИ
КАФЕДРА
ВІЙСЬКОВО-ТЕХНІЧНОЇ ПІДГОТОВКИ
Керівник заняття:
завідувач кафедри кандидат технічних наук, доцент
підполковник ГЛУХОВ Сергій Іванович
2016 р.

2.

ПРЕДМЕТ:
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ
МЕТРОЛОГІЇ
Тема № 6 ПОХИБКИ ЗАСОБІВ
ВИМІРЮВАНЬ
Заняття № 2 МЕТРОЛОГІЧНА
НАДІЙНІСТЬ ЗАСОБІВ
ВИМІРЮВАНЬ

3.

НАВЧАЛЬНА МЕТА:
1. Розглянути питання метрологічної
надійності засобів вимірювань.
2. Ознайомитись з регулюванням та
калібруванням ЗВ.
ВИХОВНА МЕТА:
1. Виховувати у студентів культуру
поведінки.
2. Виховувати студентів у дусі патріотизму.

4.

НАВЧАЛЬНІI ПИТАННЯ:
1. Метрологічна надійність засобів
вимірювань.
2. Регулювання і тарування засобів
вимірювань.
3. Калібрування засобів вимірювань.

5.

ПИТАННЯ I
МЕТРОЛОГІЧНА НАДІЙНІСТЬ
ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ

6.

У процесі експлуатації будь-якого засобу
вимірювань може виникнути несправність або
поломка, які називаються відмовами. Раптові
відмови, внаслідок їх випадковості, неможливо
прогнозувати. Для більшого числа серійно
випущених електричних і радіотехнічних елементів
засобів вимірювань (транзисторів, резисторів,
конденсаторів, котушок індуктивності і т.д.) є
спеціальні таблиці, в яких вказується інтенсивність
їх відмов – це кількість відмов за одиницю часу.
l
N t
(1)

7.

Якщо довідкові дані відсутні, то їх можна одержати
експериментально в результаті випробувань елементів на
надійність.
Для цього однотипним елементам задаються звичайні
режими їх роботи і фіксується число відмов за визначений
проміжок часу t. Інтенсивність відмов елемента
обчислюється в цьому випадку за формулою
n
(2),
m
i 1
i
i
де n – кількість типів елементів, які входять до складу
засобу вимірювань,
m і – кількість елементів і-го типу.
Знаючи інтенсивність відмови кожного елемента, можна
обчислити інтенсивність відмов засобу вимірювань, який
складається з цих елементів.

8.

Інтенсивність відмов , імовірність
безвідмовної роботи P(t) і напрацювання на
відмову Tcеp називаються показниками
надійності засобів вимірювань. Так як
випадкова відмова може трапитись в будь-який
момент, незалежно від того, скільки часу
працював ЗВ, то інтенсивність раптових відмов
від часу не залежить.
Тому, коли мова іде про раптові відмови,
імовірність безвідмовної роботи і напрацювання
на відмову визначаються більш простими
виразами:

9.

Імовірність безвідмовної роботи засобу
t
вимірювань
P (t ) e
(t ) dt
0
(3),
а середній час безвідмовної роботи, так зване
напрацювання на відмову,
Tcp P(t )dt
0
t
P (t ) e
1
Tcp
(4)

10.

За характером своєї прояви раптові відмови є
справжніми. Вони порівняно легко виявляються, і
після з’ясування їх причин несправності, які
виникають, ліквідовуються. Складніше буває з
діагностикою так званих поступових відмов, які
полягають в тому, що протягом часу МХ
перестають відповідати встановленим для них
нормам, і ЗВ, внаслідок цього, стає непридатним
для застосування за призначенням. Такі відмови є
скритні і можуть бути виявлені тільки при
черговій повірці ЗВ.
Тому міжповірочні інтервали встановлюються
виходячи з вимог забезпечення метрологічної
надійності засобів вимірювань.

11.

Метрологічна надійність – це властивість
засобів вимірювань зберігати встановлені
значення метрологічних характеристик
протягом визначеного часу при нормальних
режимах і робочих умовах експлуатації.
Метрологічна відмова – вихід
метрологічних характеристик (або однієї
метрологічної характеристики) засобу
вимірювань за граничні норми.
Метрологічні відмови є результатом
старіння і зносу елементів та вузлів засобу
вимірювань, їх інтенсивність протягом часу
зростає.

12.

Показники метрологічної надійності ЗВ
визначаються експериментально. З цією
метою здійснюються випробування засобів
вимірювання на метрологічну надійність. Для
випробування
відбираються
N
зразків
однотипних
ЗВ.
У
кожного
зразка
встановлюється
індивідуальне
значення
досліджуваної МХ. Потім визначається закон
розподілу імовірності МХ і його числові
характеристики. В більшості випадків закон
розподілу імовірності буває нормальним з
оцінками середнього значення і дисперсії.
Цим займаються науково-дослідні інститути.

13.

У процесі експлуатації може здійснюватись
корекція (зміна) міжповірочних інтервалів в одну
або іншу сторону (зменшення або збільшення).

14.

ПИТАННЯ IІ
РЕГУЛЮВАННЯ
І ТАРУВАННЯ ЗАСОБІВ
ВИМІРЮВАНЬ

15.

ТАРУВАННЯ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ
Таруванням називається процес нанесення поміток
на шкали засобів вимірювань, а також визначення
значень вимірюваної величини, які відповідають вже
нанесеним поміткам, для складання тарувальних
(градуированых – рос.) кривих або таблиць.
Розрізняють наступні способи тарування:
1. Використовування типових (друкованих) шкал.
Для більшості робочих і багатьох зразкових
приладів використовують типові (друковані) шкали,
які виготовляються заздалегідь в відповідності з
рівнянням статичної характеристики ідеального
приладу.

16.

Якщо статична характеристика лінійна, то
шкала виявляється рівномірною. При
регулюванні параметрам елементів приладу
експериментально надаються такі значення,
при яких похибка в точках регулювання
буде дорівнювати нулю.
2. Індивідуальне тарування шкал
Індивідуальне тарування шкал здійснюють
в тих випадках, коли статична
характеристика приладу нелінійна або
близька до лінійної.

17.

Індивідуальне тарування шкал проводять в
наступному порядку. На попередньо відрегульованому
приладі встановлюють циферблат, на якому ще не
нанесені помітки. До вимірювального приладу
підводять послідовно вимірювані величини декількох
наперед заданих або вибраних значень. На циферблаті
наносять позначки, які відповідають положенням
покажчика при цих значеннях вимірюваної величини.
Відстань між позначками ділять на рівні частини.
При індивідуальному таруванні систематична похибка
зменшується у всьому діапазоні вимірювання, а в
точках, одержаних при градуюванні, вона досягає
значення, рівного похибці зворотного ходу.

18.

3. Тарування умовної шкали
Умовною називається шкала з деякими умовно
рівномірно нанесеними поділками. Такі поділки,
наприклад, наносяться через міліметр, або
кутовий градус. Тарування шкали полягає у
визначенні за допомогою зразкових мір або
вимірювальних приладів значень вимірюваної
величини, яка відповідає деяким поміткам,
нанесеним на ній. В результаті визначають
залежність числа поділок шкали, пройдених
покажчиком, від значення вимірюваної величини.
Цю залежність зображають у вигляді таблиці або
графіка. Якщо потрібно позбавитись і від похибки
зворотного коду, тарування здійснюють роздільно
при прямому та зворотному ході.

19.

РЕГУЛЮВАННЯ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ
В більшості випадків у вимірювальному приладі
(перетворювачі) можна знайти або передбачити такі
елементи, варіація параметрів яких найбільш
помітно відбивається на його систематичній похибці
(головним чином на похибці схеми, адитивній та
мультиплікативній похибках).

20.

Варіація – різниця між показами
вимірювального приладу, які відповідають
даній точці діапазону вимірювання, при двох
направленнях повільної зміни вимірювальної
величини.
Варіація виникає в приладах внаслідок тертя
в опорах рухомої рамки, явищ типу
гістерезису, люфтів і т.п.
Варіацію можна розрахувати як абсолютне
значення різниці між показами зразкового
приладу, яке відповідає одній і тій же точці
шкали повіряємого приладу. Ці покази
одержані при зростанні та зменшенні
вимірюваної величини.

21.

ПИТАННЯ IІІ
КАЛІБРУВАННЯ ЗАСОБІВ
ВИМІРЮВАНЬ

22.

Усі засоби вимірювань, які призначені для серійного
виробництва, ввозу із-за кордону партіями та запуску в
обіг у державі, підлягають зі сторони органів
Державної метрологічної служби обов’язковим
державним випробуванням. Під цими випробуваннями
розуміють експертизу технічної документації на засоби
вимірювань та їх експериментальні дослідження для
визначення рівня відповідності встановленим нормам.

23.

Організація і порядок проведення державних
випробувань засобів вимірювань викладені в
міждержавному стандарті ГОСТ 8.001-80.
Мета випробувань – забезпечити високий технічний
рівень приладобудування, відповідність
характеристик ЗВ сучасним вимогам.
Встановлені два типи державних випробувань:
1. Приймальні випробування дослідних зразків ЗВ
нових типів, які намічені в серійний випуск
(державні приймальні випробування).
2. Контрольні випробування зразків із серійно
випущених ЗВ (державні контрольні випробування).

24.

Державні приймальні випробування здійснюються
метрологічними органами Держстандарту, або, в
окремих випадках, державними комісіями, які
складаються з представників метрологічних
інститутів, організацій – розробників і інших.
Державні контрольні випробування здійснюються
територіальними організаціями Держстандарту. Їх
мета – перевірка відповідності випущених із
виробництва ЗВ, які ввозяться із-за кордону
вимогам стандартів і технічних умов.
Важливою формою державного нагляду за
вимірювальною технікою є державна (і відомча)
повірка засобів вимірювань, яка служить для
встановлення їх метрологічної справності.

25.

Засоби вимірювань підлягають первинній,
періодичній, позачерговій і інспекційній повіркам.
Первинна повірка – здійснюється при випуску ЗВ в
обіг при виробництві або ремонті.
Періодична повірка – здійснюється при експлуатації
і зберіганні ЗВ через визначені міжповірочні
інтервали. Ці інтервали встановлені з розрахунку
забезпечення метрологічної справності ЗВ на період
між повірками.
Інспекційна повірка – здійснюється для виявлення
метрологічної справності ЗВ, які знаходяться в
обігу; при проведенні метрологічної ревізії в
організаціях, установах, торгових організаціях,
підприємствах, складах і базах.
• 

26.

Калібрування – спосіб повірки вимірювальних
приладів, який полягає в порівнянні різних мір, їх
сполучень, або позначок шкали (або поправок до
них) виходячи з відомого значення однієї з них.
В результаті порівняння одержують систему рівнянь,
вирішивши яку, знаходять дійсні значення мір. Якщо
число рівнянь дорівнює числу повіряємих мір, то
дійсні значення мір і похибки їх атестації знаходять
за допомогою методів обробки результатів непрямих
вимірювань.
Однак для підвищення точності атестації мір
намагаються збільшити число рівнянь. Тоді дійсні
значення мір визначають за допомогою обробки
результатів сукупних вимірювань.

27.

ОБОВ’ЯЗКОВІЙ ДЕРЖАВНІЙ ПОВІРЦІ
ПІДЛЯГАЮТЬ:
- ЗВ, які застосовуються органами державної
метрологічної служби;
- зразкові ЗВ, які застосовуються в якості вихідних в
метрологічних органах міністерств і відомств; які
застосовуються в метрологічних підрозділах
приладобудівних, приладоремонтних підприємств при
таруванні і повірці ЗВ;
- ЗВ, які застосовуються при обліку матеріальних
цінностей, взаємних розрахунках і торгівлі;
- ЗВ, зв’язані з охороною здоров’я людей і технікою
безпеки;
- ЗВ, які застосовуються при державних випробуваннях
нових ЗВ і при державній атестації якості продукції;

28.

- ЗВ, результати яких використовуються для
регістрації офіційних спортивних міжнародних і
національних рекордів.
Так, наприклад, до робочих засобів вимірювань, які
підлягають обов’язковій державній повірці
відносяться:
1. Ваговимірювальні прилади, витратоміри,
лічильники електроенергії, газу, нафтопродуктів і
води, паливо - і масло розподільчі колонки і ряд інших
приладів, які застосовуються в торгівлі;
2. Шумоміри, дозиметри. рентгенометри,
сфигманометри і тонометри, медичні термометри та
інші прилади, які служать для охорони здоров’я;
3. Радіометри, вимірювачі напруженості поля НВЧ,
газоаналізатори та інші вимірювальні прилади, які
забезпечують безпеку робіт і т.п.
Всі інші ЗВ підлягають обов’язковій відомчій повірці.