6. Термін експлуатації засобів вимірювальної техніки.

4.3 Повірка і калібровка засобів вимірювальної техніки

Законодавчо регульовані засоби вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, підлягають періодичній повірці та повірці після ремонту.

Не підлягають періодичній повірці та повірці після ремонту законодавчо регульовані засоби вимірювальної техніки, що застосовуються:

органами з оцінки відповідності (у тому числі випробувальними та калібрувальними лабораторіями), акредитованими національним органом України з акредитації чи національними органами з акредитації інших держав, для провадження діяльності, стосовно якої їх було акредитовано;

науковими метрологічними центрами, метрологічними центрами та калібрувальними лабораторіями, які проводять калібрування засобів вимірювальної техніки стосовно засобів вимірювальної техніки, що використовуються ними при калібруванні.

Стосовно законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, може також проводитися позачергова, експертна та інспекційна повірка.

Перелік категорій законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що підлягають періодичній повірці, встановлюється Кабінетом Міністрів України.

Міжповірочні інтервали законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки за категоріями встановлюються центральним органом виконавчої влади, що забезпечує формування державної політики у сфері метрології та метрологічної діяльності.

Порядок встановлення міжповірочних інтервалів визначається Кабінетом Міністрів України.

Суб’єкти господарювання зобов’язані своєчасно з дотриманням встановлених міжповірочних інтервалів подавати законодавчо регульовані засоби вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, на періодичну повірку.

Періодична повірка, обслуговування та ремонт (у тому числі демонтаж, транспортування та монтаж) засобів вимірювальної техніки (результати вимірювань яких використовуються для здійснення розрахунків за спожиті для побутових потреб електричну і теплову енергію, газ і воду), що є власністю фізичних осіб, здійснюються за рахунок суб’єктів господарювання, що надають послуги з електро-, тепло-, газо- і водопостачання.

Відповідальність за своєчасність проведення періодичної повірки, обслуговування та ремонту (у тому числі демонтаж, транспортування та монтаж) засобів вимірювальної техніки (результати вимірювань яких використовуються для здійснення розрахунків за спожиті електричну і теплову енергію, газ і воду), що є власністю фізичних осіб, покладається на суб’єктів господарювання, що надають послуги з електро-, тепло-, газо- і водопостачання.

Періодична повірка проводиться за рахунок тарифів на електро-, тепло-, газо- і водопостачання.

Порядок подання таких засобів на періодичну повірку, обслуговування та ремонт, а також порядок оплати за періодичну повірку, обслуговування та ремонт (у тому числі демонтаж, транспортування та монтаж) встановлюються Кабінетом Міністрів України. Повірка законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, проводиться:

науковими метрологічними центрами, які мають міжнародно визнані калібрувальні та вимірювальні можливості за відповідними видами та підвидами вимірювань, та/або із застосуванням національних еталонів;

науковими метрологічними центрами, метрологічними центрами та повірочними лабораторіями, уповноваженими на проведення повірки відповідних засобів.

Порядок проведення повірки законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, та оформлення її результатів, а також норми часу, необхідного для проведення повірки таких засобів, встановлюються нормативно-правовими актами центрального органу виконавчої влади, що забезпечує формування державної політики у сфері метрології та метрологічної діяльності.

Повірка засобів вимірювальної техніки, які не застосовуються у сфері законодавчо регульованої метрології та перебувають в експлуатації, проводиться на добровільних засадах.

Органом з уповноваження на проведення повірки законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації, є центральний орган виконавчої влади, що реалізує державну політику у сфері метрології та метрологічної діяльності.

Для проведення повірки науковим метрологічним центрам, метрологічним центрам та повірочним лабораторіям необхідно одержати свідоцтво про уповноваження на проведення повірки засобів вимірювальної техніки, що перебувають в експлуатації та застосовуються у сфері законодавчо регульованої метрології, яке видається центральним органом виконавчої влади, що реалізує державну політику у сфері метрології та метрологічної діяльності.

Калібруванню в добровільному порядку можуть підлягати засоби вимірювальної техніки, які застосовуються у сфері та/або поза сферою законодавчо регульованої метрології.

Калібрування засобів вимірювальної техніки проводиться:

науковими метрологічними центрами;

метрологічними центрами, калібрувальними лабораторіями, акредитованими національним органом України з акредитації;

метрологічними центрами, калібрувальними лабораторіями, які мають документально підтверджену простежуваність своїх еталонів до національних еталонів, еталонів інших держав або міжнародних еталонів відповідних одиниць вимірювання.

Калібрування засобів вимірювальної техніки та оформлення його результатів проводяться відповідно до національних стандартів, гармонізованих з відповідними міжнародними та європейськими стандартами, та документів, прийнятих міжнародними та регіональними організаціями з метрології.

4.4 Похибки результатів вимірювань

У подальшому будемо користуватись поняттями:

• істинного значення фізичної величини (х_іст), яке чисельно повинно відображати вимірювану величину і знаходження якого є метою вимірювання ,

• виміряного значення фізичної величини (х_вим), яке безпосередньо одержують в результаті конкретного вимірювання.

Жодна фізична величина не може бути виміряна абсолютно точно. Тому х_вим не співпадає з х_іст . Мірою відхилення х_вим від х_іст є абсолютна похибка вимірювання, а мірою точності вимірювання – відносна похибка.

Абсолютною похибкою вимірювання (х) називається модуль різниці між істинним значенням вимірюваної величини і результатом окремого вимірювання.

х = хвим – хіст .

(2)

Відносною похибкою вимірювання (x) називається відношення абсолютної похибки х до істинного значення фізичної величини х_іст

x = 100 % .

(3)

Остаточно результат проведеного вимірювання записують у вигляді

х = хвим  х .

(4)

Такий запис означає, що істинне значення вимірюваної величини лежить (див.рис.1.) в інтервалі

		хвим – х хіст хвим+ х.	(5)
	O X
	(xвим – x) хвим (xвим + x )

Рис.1

Точність вимірювань — це характеристика її якості, що відображає близькість результату вимірювання до істинного значення вимірюваної фізичні величини. Точність виражають оберненим значенням модуля відносної похибки:

Правильність вимірювання — це характеристика його якості, що відображає близькість до нуля систематичної похибки в його результаті. Якщо значення систематичної складової похибки Δ(х) відоме, то результат вимірювання можна виправити введенням поправки

Поправлення — значення фізичної величини, яке додається до результату вимірювання, щоб виключити систематичну похибку.

Поправлення підсумовують з значенням міри, показом вимірювального приладу тощо. Іноді замість поправлення значення фізичної величини користуються поправляльним множником k(х), який перемножують виміряну фізичну величину х, з метою вилучення з неї систематичної похибки, тобто для виконання умови

k (х)х = х - . (1)

Сукупними характеристиками точності та правильності вимірювань є їх відтворюваність і збіжність.

Відтворюваність вимірювань — це близькість результатів вимірювань сталої фізичної величини отриманих у різних умовах, різними методами, засобами вимірювань, експериментаторами незалежно від місця часу їх здійснення, тобто нерівноточних вимірювань, в яких систематична складова похибки стає випадковою.

Збіжністю вимірювань називають їх відтворюваність однакових умовах (рівноточні вимірювання).

Є ще термін роздільної (подільної) здатності ЗВТ як кількості вірогідно розрізнюваних значень вимірюваної фізичної величини, які вписуються в зону їх невизначеності в процесі вимірювань. Для такого означення терміну роздільної здатності ЗВТ визначають також ступінь вірогідності, з якою встановлюється зони невизначеності 2Δ(Х) похибок ЗВТ чи 2Δ(х) похибок результатів вимірювань (рис. 1), тобто значення гарантійної ймовірності Р, з якою визначають похибки. Зону невизначеності знаходять для сумарної похибки чи гарантійної похибки для заданого значення надійності Р. Роздільна здатність вимірювань є теоретичною характеристикою, яка залежить від точності та діапазону вимірювань.

Рис. 1 - Графічна інтерпретація роздільної здатності

В залежності від природи причин відхилення х_вим від х_іст всі похибки можна умовно поділити на систематичні, випадкові і промахи.

• Систематичні похибки. Особливістю систематичних похибок є те, що їх числове значення і знак відхилення (в більшу, чи в меншу сторону) від істинного значення фізичної величини регулярно повторюється від одного вимірювання до іншого або ж змінюється за певним законом. Ці похибки зумовлені недостатньою точністю приладу, його невідрегульованістю або несправністю, а також недосконалістю методів вимірювання.

Як приклади прояву таких похибок можна привести зважування на невідрегульованих терезах, або використання при зважуванні неточних різноважок, чи вимірювання часу секундоміром, що спішить (відстає) і т. ін.

• Випадкові похибки це відхилення вимірювальної величини, які не можна передбачити. Вони проявляються у розкиді відліків при повторних вимірюваннях, здійснених в аналогічних умовах. Випадкові похибки описує теорія випадкових явищ (теорія імовірностей).

• Грубі похибки або промахи – це надзвичайно великі похибки, найчастіше зумовлені неправильними діями дослідника. За величиною вони суттєво перевищують всі інші. Аналізуючи числові значення вимірювань, їх слід виявляти і відкидати.

Систематичні похибки в значній мірі спотворюють результати вимірів.

З іншого боку вони піддаються виявленню та вивченню з метою їх зменшений заданого рівня чи вилучення. В процесі виявлення систематичних похибок аналізують причини їх виникнення. Невилучені систематичні похибки тракту як їх центровані складові. Виявлення систематичних похибок полягає у вивченні нормативно-технічних документів на ЗВТ та умов здійснення вимірювального експерименту. Результативність цих робіт залежить від інформативно нормативно-технічної документації та кваліфікації експериментатора.

Універсальні методи виявлення систематичних похибок відсутні. Тому застосовують різні способи їх зменшення чи вилучення.

Наприклад, для виявлення прогресуючих систематичних похибок здійснюють 2n вимірювань фізичної велич X з незмінним розміром і знаходять

Тоді порівнюють обидва отримані результати. Їх нерівність свідчить, в заданому експерименті присутня систематична прогресуюча похибка. Різниця обох значень результатів містить інформацію щодо швидкості зміни прогресую систематичної похибки, але для її кількісного оцінювання цього недостатньо.

Якщо відомі значення та ознаки систематичних похибок, то їх вилучають введенням відповідних поправлень або встановленням та усуванням джерел виникнення. Для здійснення останнього способу необов'язковим є знання величин і знаків систематичних похибок, достатнім є знання причин їх виникнення.

Зважаючи на обмеженість точності ЗВТ роблять висновок, що повне вилучення систематичних похибок неможливе. Тому як підтвердження відсутності систематичної похибки заданого вимірювання приймають так звані критерії вилучення похибок.

Переважно результат вимірювання - це наближене число одиниць вимірювання певної фізичної величини з певною кількістю правильних цифр його значення.

В десятковому численні останні цифри результату вимірювання та похибки мають бути однакового десяткового розряду (сотні, десятки, одиниці, десяті, соті, тисячні частки одиниці тощо).

Систематичні похибки приймають за вилучені, якщо вони чи сума їх невилучених залишків не перевищують половини одиниці десяткового розряду, в якому стоїть остання цифра допустимої похибки вимірювання.

З врахуванням кількості n цифр Δ_д систематична похибка є вилучена, якщо

│ │≤ 0,05 Δ _D для n = 1 та ││≤0,005 Δ _D для n = 2

Тут значення допустимої похибки беруть за модулем, без врахування знаку.

До спеціальних способів вилучення систематичних похибок вимірювань відносять способи заміщення, компенсації похибок за знаком, протиставлення та спосіб симетричних спостережень.

1 Спосіб заміщення полягає в тому, що спочатку на вхід вимірювального приладу подають вимірювану фізичну величину X, а потім замінюють її фізичною величиною з таким відомим значенням х_д, з яким показ приладу залишається попереднім.

2 Спосіб компенсації похибки за знаком полягає в тому, що певну фізичну величину вимірюють двічі, але умови вимірювань змінюють так, щоб стала систематична похибка, яка підлягає вилученню (відома за походженням, але не відома за величиною), входила в результати вимірювань з протилежними знаками.

Спосіб компенсації похибки за знаком використовується для вилучення систематичних похибок, джерела яких мають направлену дію, наприклад, похибки, спричиненої впливом паразитних термоЕРС у вимірювальних колах постійного струму. Друге вимірювання виконують з протилежним напрямком струму, щоб змінився вплив знаку термоЕРС. Для вилучення впливу магнітного поля Землі на покази електровимірювального приладу перед другим вимірюванням його повертають на 180° у горизонтальній площині.

3 Спосіб протиставлення полягає в тому, що вимірювана фізична величина X двічі порівнюється зі зразковою, яка відтворюється мірою, причому перед другим порівнянням вони взаємно міняються місцями у вимірювальному колі. Результат вимірювання у вигляді середнього пропорційного між значеннями міри у першому та другому порівнянні зовсім не залежить від коефіцієнта передавання

4 Спосіб симетричних спостережень полягає в тому, що спочатку вимірюють одну фізичну величину X, потім через проміжок часу Δt здійснюють повне або неповне її заміщення мірою з відомим значенням х_д і знову через проміжок Δt вторюють вимірювання фізичної величини X (рис. 2).

Рисунок 2 -. Вилучення систематичних похибок способом симетричних спостережень

Вилучення грубих похибок з результатів вимірювань здійснюють за допомогою критерія аномальності результату вимірювань, за який приймають інтервал відносно центра розподілу на величину ±tσ. Якщо модуль похибки будь-якого результату вимірювань є більший від значення інтервалу розсіяння випадкової фізичної величини розміру tσ, , то таку похибку відносять до аномальних.

З цієї нерівності видно, що границі грубих похибок залежать від виду розподілу, обсягу добірки та величини встановленого гарантійного інтервалу.

Розрізняють декілька критеріїв оцінки грубих похибок .

Для нормального розподілу найпоширенішим є критерій Райта (±Зσ). Спочатку, на підставі добірки результатів вимірювань знаходять центр розподілу та оцінку СКВ, а потім результати, що відповідають нерівності приймають за грубі та вилучають з подальшого розгляду. Може статися так, що після вилучення знайдених грубих похибок для нових значень та S ще якісь результати попадають в категорію грубих. Та застосовувати критерій грубих похибок більше ніж один раз не рекомендують.

У разі відсутності визначених центра розподілу та СКВ результатів вимірювань рекомендують користуватись критерієм Смирнова згідно якого за умову наявності грубої похибки приймають

де t_β — табульований квантіль розподілу, що залежить від обсягу добірки та прийнятого рівня вагомості. Для обсягів добірки n ≥ 25, відомих генеральних середніх і СКВ критерій Смірнова встановлює більші границі для грубих похибок і відповідні квантілі розподілу t_β.

За критерієм Рамановського точкові центри розподілу результатів вимірювань визначають за умови нерівності

де t _β – коефіцієнт Стьюдента з заданою ймовірністю β та кількістю степенем свободі k = n – 1.

Підсумовування похибок — це знаходження характеристик сумарної похибки за характеристиками її складових. Його здійснюють в стадії проектування ЗВТ, в процесі застосування з врахуванням умов і режимів, під час непрямих вимірювань.

Застосовували два способи підсумовування похибок. За першим способом визначається так звана гранична похибка шляхом арифметично додавання модулів границь основної та додаткових похибок у вигляді

але він допустимий тільки для n ≤ 3, а для більших n він не виправдовує з точки зору теорії ймовірностей, тому що подія, яка полягає в одночасному збігу знаків і найбільших значень всіх складових, майже неймовірна навіть дії порівняно невеликих значень n. Вже для n = 10 ймовірність такої по становить Р = 10^-10

Другий спосіб ґрунтується на припущенні, що всі складові є випадковими незалежними похибками з нормальним розподілом і зводиться до визначення практично граничної похибки шляхом геометричного додавання границь допустимих похибок за формулою

Для таких припущень і за умови, що допустимі границі складових похибо визначені з однаковою гарантійною ймовірністю, на підставі формули (див. формули) визначають середньоквадратичне відхилення похибки

Обидва способи дають завищене оцінювання, причому другий дещо кращий, тому що але запас ще надто великий.

Вони не враховують можливостей підсумовування систематичних похибок і кореляційних зв'язків між складовими, причому вони придатні в окремих випадках, як вже зазначено, для n < 3.

5 Метрологічне забезпечення

Сучасний етап розвитку України характеризується зростанням потоків інформації в усіх сферах діяльності, а успіхи науки впливають на темпи її соціального та економічного розвитку. В цьому процесі важливу роль відіграє вимірювальна інформація, яка забезпечує кількісну оцінку рівня якості продукції, стану технологічних процесів, характеристик обладнання тощо. Вирішення важливих науково-технічних та народногосподарських завдань з випуску якісної продукції значною мірою залежить від єдності вимірювань у державі.

Основою забезпечення єдності вимірювань є метрологічна діяльність, яка пов'язана із створенням та постійним удосконаленням метрологічного забезпечення.

Метрологічне забезпечення (МЗ) – це встановлення та застосування метрологічних норм та правил, а також розроблення, виготовлення та використання технічних засобів, необхідних для досягнення єдності та потрібної точності вимірювань.