Поверка электрических и магнитных средств измерения. Учебное пособие

постоянного тока начиная с класса точности 0,005 и выше [49] и ММЭС классов точности 0,005 и более точные.

Сравнительный анализ методов поверки по точности, простоте технической реализации и экономичности возможен только в пределах одного и того же классификационного признака.

2.6. Достоверность поверки и требования к методикам поверки средств измерений

Реализация передачи размеров единиц от эталонов к рабочим СИ осуществляется путем их поверки.

В соответствии с [5]: «9.9. Поверка (средства измерений): Установление официально уполномоченным органом пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определения и подтверждения их установленным обязательным требованиям».

По [6]: «2.44. Verification provision of objective evidence that a given item fulfils specified requirements, что соответствует переводу на русский язык: «Верификация – представление объективных доказательств того, что данный предмет полностью удовлетворяет установленным требованиям».

Суть поверки – операция, официально подтверждающая возможность использования ЭКЗЕМПЛЯРА средства измерения в цепи передачи размера единицы измерения.

Главная задача поверки с точки зрения обеспечения единства измерений: изъятие из эксплуатации тех единичных экземпляров средств измерений, метрологические характеристики которых не удовлетворяют установленным требованиям. Не допустима ошибка поверителя – признание годным того экземпляра средства измерений, у которого погрешность превышает допуск.

71

Под пригодностью СИ понимается возможность их применения по прямому назначению с использованием всех функциональных возможностей в условиях, регламентированных в нормативной документации и зафиксированных в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации.

Поверка фиксирует состояние СИ на момент ее проведения. Однако СИ должно быть пригодно в течение всего межповерочного интервала, в Российской Федерации межповерочный интервал обычно составляет не менее одного года. Многие достаточно точные СИ иностранного производства имеют существенно меньший интервал (например, 1 или 2 месяца), устанавливаемый в разделе referenced condition технической документации на такие СИ.

Методика поверки (последовательность и содержание операций, выполняемых при поверке) конкретного типа СИ оказывает влияние на достоверность результатов поверки, особенно при поверке цифровых измерительных приборов и преобразовате-

лей [33, 36].

Достоверность поверки – это свойство поверки,

характеризуемое степенью соответствия заключения о годности СИ по результатам поверки действительной его годности [27, 35].

В разделе 2.4 было показано, что эксперимент, выполняемый при поверке, является процедурой контроля погрешности. Результат контроля – одно из альтернативных высказываний: ГОДЕН (погрешность в пределах допуска) или БРАК (погрешность вне допуска). В результате реализации процедуры контроля возможно наступление одного из четырех событий (полная группа событий):

1.Правильное решение о годности (погрешность в допуске, заключение ГОДЕН).

72

2.Правильное решение о браковании (погрешность вне допуска, заключение БРАК).

3.Ошибочное решение о годности (погрешность вне допуска, заключение ГОДЕН).

4.Ошибочное решение о браковании (погрешность в допуске, заключение БРАК).

Контроль реализуется на основе результатов физического эксперимента, поэтому получение того или иного результата является случайным событием. Существует система показателей достоверности контроля, основанная на оценивании вероятностей наступления указанных событий.

Эта система применима в том случае, если эти события рассматриваются применительно к генеральной совокупности контролируемых изделий (средств измерений).

При поверке нас интересует результат контроля погрешности одного конкретного экземпляра поверяемого СИ (минимальной выборки из генеральной совокупности СИ данного типа). Из теории вероятностей [16, 18] известно, что вероятности решений, принимаемых при контроле, оцениваемые по генеральной совокупности и по малой выборке, не совпадают. В [28] была разработана система показателей достоверности контроля параметра (погрешности) одного конкретного изделия – поверяемого экземпляра СИ конкретного типа, основанная на использовании параметров оперативной характеристики. Для средств измерений электрических величин эта система принята в основополагающем стандарте [21].

Под оперативной характеристикой методики поверки (контроля погрешности) понимают зависимость вероятности Pg признания некоторого изделия годным по результатам контроля

73

от z – действительного значения контролируемого параметра, выраженного в относительных единицах:

где 0P – предел допускаемых значений контролируемой характе-

ристики V, по генеральной совокупности актов поверок.

Если z = 1, то фактическое значение контролируемого параметра равно допуску. На рис. 2.8 приведен возможный вид оперативной характеристики результата контроля погрешности при одном конкретном значении выходного носителя информации YK.

Рис. 2.8. Оперативная характеристика методики контроля погрешности

В случае идеального контроля зона принятия решения о годности и зона принятия решения о браковании разделяются красной линией. Если z отличается от единицы на бесконечно малую величину, с вероятностью, равной 1, принимаются противоположные решения. В реальном случае оценка погрешности при поверке имеет неопределенность ±ΘV из-за наличия погрешностей эталонов, возможного наличия методической погрешности методики измерений и возможного влияния психофизиологических особен-

74

ностей оператора, выполнявшего измерения. Поэтому форма кривой оперативной характеристики в зоне от 1−α до 1+α, где

определяется видом фактического закона распределения неопределенности Θ(V) оценки погрешности при поверке как случайной величины по генеральной совокупности актов измерения (контроля) погрешности поверяемого средства измерений. Как правило, вид и тем более математическая запись этого закона неизвестны. В большинстве документов, регламентирующих требования к достоверности поверки, например [27], принимается трапецеидальный закон распределения, показанный на рис. 2.9.

Рис. 2.9.

По [28] достоверность результата поверки описывается тремя параметрами:

•Pнм – максимальная вероятность признания ГОДНЫМ средства измерений с погрешностью, равной пределу допускаемых значений;

•δм – максимальное значение погрешности средства измерений, признанного годным ОШИБОЧНО;

•Pф – средняя вероятность ошибочного бракования средства измеренияпо совокупности актов поверок, для которого z не пре-

75

вышает заданного значения β. В [27] и на рис. 2.1 принято β = 0,8, иными словами за вероятность фиктивного брака Pф принимается средняя (по совокупности актов поверок) вероятность ошибочного бракования средств измерения, погрешность которых по модулю не превышает 0,8∙Δ0P.

В[21] нормируются допускаемые значения показателей: Pнм ≤ 0,5 и δм ≤ 1,33. Вероятность Pф не нормируется.

При поверке погрешность проверяется для нескольких значений входной или выходной величины. В этом случае следует рассматривать трехмерную оперативную характеристику

(см. рис. 2.10).

Рис. 2.10. Трехмерная оперативная характеристика

В этом случае за Pнм и δм принимают максимальные из получившихся значений. При необходимости используя известные формулы теории вероятностей [18], легко рассчитать значение Pф по совокупности проверок при всех проверяемых показаниях.

Расчет показателей достоверности для заданных процедуре проверки погрешностей, параметрах поверяемого СИ и эталонов сравнительно сложен. Прежде всего необходимо рассчитать неопределенность оценки погрешности ΘV по генеральной

76

совокупности актов поверок как интервал возможных значений погрешности при доверительной вероятности, близкой к 1. Для этого необходимо знать вид и параметры закона распределения V. Методика оценки этого интервала не отличается от рассмотренных в разделе 2.5 случаев оценки неопределенности оценки погрешности СИ. Наибольшую трудность представляет учет процедуры проверки погрешности и выявление наличия методической погрешности поверки [33].

Эти расчеты целесообразно выполнять с помощью программного моделирования по методу Монте-Карло [29].

В метрологической практике используется несколько приемов, приводящих к повышению достоверности поверки, например применение более точных рабочих эталонов, то есть уменьшение неопределенности ΘV. Однако затраты на поверку растут с повышением точности рабочих эталонов. Одновременно потери, обусловленные ошибками поверки, уменьшаются. Кривая 1 на рис. 2.11 показывает, что при суммировании полные затраты будут минимальными при оптимальном значении соотношения п = 0,25… 0,3.

З

12

Рис. 2.11. Зависимость затрат (З) на поверку от точности

77

(Т) рабочих эталонов:

1 – сумма затрат;

2 затраты на поверку;

3 – потери от недостаточной достоверности поверки

Другим способом улучшения показателей достоверности поверки является введение «контрольного допуска»: СИ считаются годными, если выполняется неравенство:

| ~ | m |∆ |,

0P

где m ≤ 1 – коэффициент коррекции допуска. Следует иметь ввиду, что введение m < 1 уменьшает значения δм и Pнм, но существенно увеличивает значение Pф.

При поверке любых средств измерений электрических величин должны выполняться требования к достоверности поверки, регламентированные в [21]: Pнм ≤ 0,5; δм ≤ 1,33.

2.7. О возможности использования результатов калибровки при поверке

Технически поверка отличается от калибровки операцией

в процесс КОНТРОЛЯ. Чтобы результаты определения погрешности средства измерений, выполненного при калибровке, могли использоваться в целях поверки, кроме юридических требований [37, 43] должны соблюдаться указанные ниже условия:

• Определение погрешности должно выполняться в нормальных условиях для калибруемого СИ;

78

•Эталоны, применяемые при калибровке, должны находится

внормальных для этих эталонов условиях и соответствовать требованиям [38];

•Результаты калибровки должны быть представлены оценкой

~

погрешности калибруемого СИ с указанием границ интервалаV неопределенности для доверительной вероятности P, если она не равна 1, или суммарной стандартной неопределенности uc этой оценки;

•Неопределенность оценки погрешности при калибровке должна обеспечивать выполнение требований к достоверности поверки, установленных [21];

•Лицо, выполнявшее измерения при калибровке, не должно

иметь какой-либо заинтересованности в результатах поверки с использованием результатов калибровки и удовлетворять требованиям [37].

Невыполнение юридических требований как и любого из перечисленных условий делает НЕДОПУСТИМЫМ использование результатов калибровки для поверки средства измерений. Авторы также обращают Ваше внимание на необходимость изучения Постановления Правительства РФ № 311 от 2.04.2015 «Об утверждении Положения о признании результатов калибровки при поверке средств измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений» [43] до принятия решения по использованию результатов калибровки при поверке.

79

Контрольные вопросы

1.В чем заключается обеспечение единства измерений.

2.Какие административные органы занимаются обеспечением единства измерений в РФ.

3.Определите понятие «измерение».

4.Дайте определение абсолютной и относительной погрешностей.

5.Определите понятия погрешность и неопределенность измерения.

6.Определите понятия погрешность средства измерения.

7.Поясните понятие «класс точности» средства измерения.

8.Перечислите основные метрологические характеристики средства измерения.

9.Поясните принципы нормирования пределов допускаемой погрешности средства измерений.

10.В чем отличие поверки от калибровки?

11.Что такое достоверность поверки?

80