2.2. Аналіз можливих шляхів підвищення метрологічної надійності засобів електричних вимірювань

Останнім часом проблемам метрологічної надійності приділяється значна увага науковців і робляться спроби розроблення її теорії [3, 13-16]. Так справедливо вказується, що метрологічні відмови є наслідком деградаційних процесів старіння та зносу елементів ЗВТ і накопичення змін їх параметрів, тоді як в класичній теорії надійності постульовані взаємна незалежність відмов елементів і стаціонарність потоку відмов [14]. На практиці використання класичної теорії надійності може приводити до принципових помилок розрахунків показників надійності ЗВТ [16]. За оцінками питома вага метрологічних відмов ЗВТ є суттєвою і може сягати (40...100) % [15]. Очевидно, що з покращенням методів вимірювання, якості ЗВТ та технологічних умов їх виробництва вага метрологічних відмов неухильно зростатиме.

Метрологічною відмовою ЗВТ вважається подія виходу значення його похибки поза встановлені допустимі в нормативно-технічній документації межі. На практиці метрологічна надійність забезпечується шляхом уведення в ЗВТ на стадіях проектування і виготовлення структурної, конструктивно-технологічної та точнісної надмірностей. Втрата метрологічної надійності відбувається внаслідок необоротних змін параметрів вимірювального кола ЗВТ [13]. Для опису деградації функції метрологічного стану кола вимірювального перетворення приймають його похибку , яка описується багаточленною моделлю [3].

На сьогодні запропоновано декілька методик розрахунку метрологічної надійності ЗВТ, які зводяться до визначення ймовірності того, що протягом певного часу похибка не вийде за межі допустимих значень , регламентованих для ЗВТ даного типу [3, 14, 16, 18].

За умови незалежності катастрофічних та метрологічних відмов ЗВТ, загальну ймовірність безвідмовної роботи знаходять як , де , - відповідно ймовірність катастрофічної та метрологічної відмов [3].

Враховуючи, що ЗВТ відновлювані пристрої і після ремонту підлягають метрологічній перевірці, то на практиці економічно доцільно прийняти рівність обох проміжків часу , де , - відповідно середній час безвідмовної роботи за катастрофічними та метрологічними відмовами. Для забезпечення метрологічної надійності на практиці межі допустимих похибок ЗВТ при випуску з виробництва або ремонту встановлюються з запасом [3, 13]

, (2.3)

де - межа допустимих значень похибки ЗВТ, за яку, із врахуванням виду її розподілу довірчим коефіцієнтом , вона не виходить з гарантійною ймовірністю Р; - систематична складова похибки; - середньоквадратичне відхилення похибки.

Через старіння та зношування елементів похибка ЗВТ з плином часу змінюватиметься і при лінійній апроксимації її змін подається виразами [3, 13]

, (2.4)

, (2.5)

де , - відповідно коефіцієнти деградації систематичної складової та СКВ похибки .

Кінцевою метою проведення оперативного контролю протікання процесів вимірювань є підвищення метрологічної надійності. Здійснення цієї процедури пов`язане із двома її науково-технічними аспектами. Першим з них є кількісна характеристика – достовірність контролю, а другою – частота його проведення. Достовірність контролю відображає ступінь об`єктивності результатів контролю і виражається через імовірність прийняття правильного рішення , де α – „ризик виготовлювача”, ймовірність неправильності рішення „поза межами допуску”; β – „ризик споживача”, ймовірність неправильності рішення „в межах допуску” [1]. Процедура контролю похибок Δ_х ЗВТ, які є неперервними випадковими величинами з густиною розподілу р(Δ_х) полягає в тому, що контрольований параметр Δ_х даного ЗВТ може знаходитись в одному із двох станів: Н₁ - похибка Δ_х ЗВТ є „в допуску” Δ_хн ≤Δ_х≤Δ_хв і Н₂ - похибка Δ_х ЗВТ є „поза допуском” Δ_х≤Δ_хн , Δ_х ≥Δ_хв [1]. Похибка Δ_к засобів контролю похибок ЗВТ також є неперервною випадковою величиною з густиною розподілу р(Δ_к). Так як в загальному випадку густини розподілу похибок конкретних ЗВТ та пристроїв контролю є невідомими, то доцільно прийняти рівноймовірні закони їх розподілу. Відомо, що у цьому випадку за умов симетричності поля допуску +d та при співпадінні математичного сподівання М(Δ_х) з центром поля допуску, тільки при виконанні співвідношень d≥Δ_хм, Δ_к≤d-Δ_хм контроль похибок ЗВТ є ідеальним і достовірність контролю D=1, де Δ_хм – максимально допустиме значення похибки при її контролі [1]. У більшості випадків межі допустимих значень похибок ЗВТ є симетричними, М(Δ_х)=0 і для традиційного в метрології співвідношення Δ_к≤Δ_хд/5, d=Δ_хд, то Δ_хм≤0,8 Δ_хд. Для контролю значення похибок у всьому діапазоні вимірювання ЗВТ, доцільно вибрати ті ж контрольовані точки, що й при метрологічній перевірці ЗВТ.

Отже, для забезпечення високої достовірності контролю D=1 слід на практиці забезпечувати симетричні межі допустимих значень похибок ЗВТ в реальних умовах експлуатації з математичним сподіванням М(Δ_х)=0. Рівності ж нулю математичного сподівання похибки ЗВТ в реальних умовах експлуатації можна досягнути лише за умови корекції систематичної складової похибки.

Оскільки сучасні електровимірювальні прилади мають багато піддіапазонів вимірювання та можуть працювати як з генераторними, так і параметричними первинними вимірювальними перетворювачами [18-20], то для контролю їх похибок слід використовувати багато діапазонні Кодокеровані міри електричних величин. На сучасній елементній базі такі міри електричних величин легко можуть бути виготовленими малогабаритними і переносними [21-25], тому і контроль похибок ЗВТ можна буде проводити як завгодно часто безпосередньо на місці експлуатації. Частота здійснення операцій контролю залежатиме від часового дрейфу метрологічних характеристик даного ЗВТ, а результати контролю можна фіксувати у спеціальному формулярі. На підставі аналізу даних формуляра можна буде робити висновок або про придатність даного ЗВТ до подальшого використання, або про необхідність його метрологічної перевірки. Звичайно, що при визначенні границь допустимих значень похибок Δ_хд ЗВТ слід контролювати в робочих умовах експлуатації значення впливних величин та розраховувати відповідні значення додаткових похибок, наприклад, зумовлених відхиленням від нормальних значень температури, відносної вологості та атмосферного тиску, напруги та частоти мережі живлення, напруженості зовнішнього магнітного поля, зовнішніх електричних завад тощо.