Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрологическая экспертиза технической документации. Учебное пособие
.pdf
31
— граница относительной погрешности измерений, для ко-
опт
оптопт
)5,25,1(5,0
опт
торой известны потери (П) и затраты (З).
Так как обычно потери и затраты могут быть определены
лишь весьма приближенно, то точное значение
найти прак-
тически невозможно. Поэтому погрешность может считаться
практически близкой к оптимальной, если выполняется следующее условие:
,
где
— приближенное значение границы оптимальной отно-
сительной погрешности измерений, вычисленное по приближенным значениям потерь (П) и затрат (З)».
Допускаемая погрешность измерений может быть установлена
национальными стандартами или другими нормативными документами. Например: при линейных измерениях решение этой за-
дачи сводится к проверке правильности нормирования допускаемой погрешности измерений в соответствии с ГОСТ 8.051–81 и
ГОСТ 8.549–86; при измерении отклонения формы и расположения поверхности — ГОСТ 28187–89; при определении содержания компонентов в воде — ГОСТ 27384–2000 «Нормы точности
измерений состава и свойств воды».
Требования к характеристикам погрешности измерений могут
быть регламентированы в отраслевых документах (например, в теплоэнергетике используют РД 34.11.321–96 «Нормы точности измерений технологических параметров тепловых электростанций»).
Требования к характеристикам погрешности измерений можно установить исходя из требований к достоверности измерительного контроля, вероятностей ошибок контроля первого
и второго рода или требований к погрешности испытаний (если
такие данные имеются). Формулы, устанавливающие связь погрешности измерений с показателями достоверности контроля и с
погрешностью испытаний, приведены в МИ 1317–2004, в ГОСТ
8.051–81 и др.
Часто на практике для установления требований к характеристикам погрешности измерений используют отношение погрешности измерений к допуску на контролируемый параметр. Приемлемые соотношения границы погрешности измерений и границы поля допуска на измеряемый параметр 0,2–0,3, а для обоснованных случаев 0,4–0,5 [2]. При отсутствии указаний о допуске
32
на контролируемый параметр требования к погрешности измере-
)(
ний могут быть установлены исходя из возможности различить
при контроле единицу в последней значащей цифре нормы на
контролируемый параметр.
При установлении полноты учета основных требований к по-
казателям точности измерений можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в МИ 1317–2004.
Характеристики погрешности измерений могут быть выра-
жены в абсолютной или относительной форме.
Погрешность измерений и ее составляющие (систематиче-
ская и случайная погрешности) могут быть представлены в виде
интервальной оценки (±Δ, Р) или в виде среднего квадратического отклонения σ(Δ).
Если в документации приведены интервальные характери-
стики погрешности (границы, в пределах которых погрешность
находится с заданной вероятностью), необходимо проверить
обоснованность выбранного значения доверительной вероятности. Как правило, для обычных измерений принимают вероятность Р = 0,95, а для более ответственных Р = 0,99 и выше.
Выбор характеристик погрешности измерений зависит от на-
значения результатов измерений. Если результаты измерений являются окончательными, используются независимо от других результатов, то применяют в основном интервальные характеристики погрешности — границы, в пределах которых погрешность
находится с заданной вероятностью.
Если результаты измерений могут быть использованы совме-
стно с другими результатами, а также при расчетах погрешностей
величин, функционально связанных с данными результатами
(например, результатами косвенных измерений), то в качестве
характеристик погрешностей измерений следует применять среднее квадратическое отклонение (СКО). Для этих случаев целесообразно указывать характеристики неисключенной систематической и случайной составляющих погрешности измерений.
В качестве характеристик случайной составляющей погреш-
ности измерений используют СКО случайной составляющей погрешности измерений
. В качестве характеристик система-
тической составляющей погрешности измерений используют
СКО значений неисключенной составляющей систематической
погрешности или границы, в которых неисключенная системати-
33
ческая составляющая погрешности измерений находится с заданной вероятностью.
Характеристики погрешностей измерений должны быть выражены числом, содержащим не более двух значащих цифр. Для
промежуточных результатов расчета характеристик погрешности
измерений рекомендуется сохранять третью значащую цифру.
Третий, не указываемый, разряд округляется в большую сторону
(п. 3.4 МИ 1317–2004). Остальные округления делаются в соответствии с правилами округления.
2.3. Установление полноты и правильности требований
к средствам измерений
В производственной деятельности предприятий, организаций
используются различные технические устройства: СИ, испытательное оборудование, средства контроля и диагностики, вспомогательные устройства и др.
При оценивании полноты и правильности требований к СИ, к
их метрологическому обеспечению (в определении понятия
«метрологическая экспертиза» используется термин «метрологическое обслуживание») специалисту, проводящему МЭ, приходится прежде всего установить, является ли это техническое устройство средством измерений. Положения ФЗ «Об обеспечении
единства измерений» и нормативных документов ГСИ распространяются только на СИ.
При решении этого вопроса можно воспользоваться опреде-
лением: «средство измерений — это техническое устройство,
предназначенное для измерений и имеющее нормированные
метрологические характеристики» (РМГ 20–99). В документа-
ции на конкретное СИ (ГОСТ, ТУ, паспорт и др.) в разделе, в котором приводится назначение СИ, указывают, для каких целей оно
предназначено, и в разделе технические характеристики перечисляют метрологические характеристики (характеристики свойств
СИ, оказывающие влияние на результат и погрешность измерения). Например, в паспорте на средство измерения давления установлено: «Манометр, мановакуумметр показывающий МТП-М,
МВТП-М предназначен для измерения избыточного и вакуум-
метрического давления жидких и газообразных неагрессивных
сред, в том числе кислорода, водорода, ацетилена. Диапазон пока-
34
заний, класс точности указаны на приборе по ГОСТ 2405–88.
Условия эксплуатации: температура окружающего воздуха от
минус 60 до 60 °С; относительная влажность до 98 % при температуре 35 °С; вибрация частотой 5–25 Hz c амплитудой 0,1 mm».
Однако встречаются случаи, когда сложно решить, является
ли указанное в технической документации техническое устройство средством измерений. Для таких ситуаций можно воспользоваться положением ФЗ «Об обеспечении единства измерений»
(ст. 9, п. 3), в котором записано: «Порядок отнесения технических
средств к СИ устанавливается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в
области обеспечения единства измерений (в настоящее время
Министерство промышленности и торговли — Минпромторг)».
В соответствии с приказом Минпромторга от 15.02.2010 № 122
принятие решений об отнесении технических средств к СИ возложено на Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт).
Метрологические требования к СИ, к стандартным образцам
установлены в ФЗ «Об обеспечении единства измерений» и в НД
по метрологии.
Понятие «средство измерений» является обобщающим понятием, относящимся ко всем техническим устройствам, предназначенным для измерений. К СИ относятся меры, измерительные
приборы, измерительные преобразователи (для первичных преобразователей допускается использовать термин «датчик»), измерительные установки, измерительные системы, стандартные образцы
состава и свойств веществ и материалов.
При проведении МЭТД на СИ одной из основных задач является оценивание рациональности выбора номенклатуры нормируемых метрологических характеристик (МХ). Метрологические
характеристики СИ необходимы также для оценивания инструментальной составляющей погрешности измерений, выбора СИ по
известным условиям реализации измерительного процесса и требуемой точности измерений, сравнения СИ различных типов, оценивания погрешности измерительных систем и др.
Для решения этих задач можно воспользоваться положениями ГОСТ 8.009–84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений», ГОСТ Р 8.596–2002 «ГСИ. Мет-
35
рологическое обеспечение измерительных систем. Основные по-
ложения», МИ 2439–97 «ГСИ. Метрологические характеристики
измерительных систем. Номенклатура. Принцип регламентации,
определения и контроля», ГОСТ 8.315–97 «ГСИ. Стандартные
образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные по-
ложения». В ГОСТ 8.009–84 приводится обоснованный подход к
оцениванию метрологических свойств СИ, к нормированию мет-
рологических характеристик, который можно использовать для
оценивания составляющих погрешности измерений, обусловлен-
ных свойствами СИ. Для облегчения выбора комплексов метро-
логических характеристик СИ в ГОСТ 8.009–84 рекомендованы
критерии существенности отдельных составляющих погрешно-
стей СИ и критерии рациональности выбора метрологических ха-
рактеристик СИ. Способы оценивания погрешности СИ в реаль-
ных условиях эксплуатации приведены в РД 50-453–84 «ГСИ.
Характеристики погрешности средств измерений в реальных ус-
ловиях эксплуатации. Методы расчета».
Достаточно часто в документации приводятся классы точности СИ, которые приписываются в зависимости от формы выражения пределов допускаемой погрешности. При оценивании правильности установления классов точности СИ следует использовать положения ГОСТ 8.401–81 «ГСИ. Классы точности средств
измерений. Общие требования».
Примеры обозначения классов точности в документации и на
средствах измерений приведены в табл. 3.
При рассмотрении требований к СИ при метрологической
экспертизе в общем случае оценивают:
достаточность этих требований;
рациональность выбранной формы задания требований;
соответствие принципа действия и конструктивных особенностей СИ решаемой измерительной задаче;
соответствие условий применения СИ условиям измерений;
соответствие выбранных СИ рациональной номенклатуре;
допустимость использования СИ;
соответствие точности СИ требуемым значениям погрешности измерений (выбор СИ по точности);
выявление возможности применения автоматизированных СИ,
встроенных в технологическое и производственное оборудование;
соответствие требованиям безопасности труда.
36
Форма выражения
пределов допускаемых
погрешностей
Предел
допускаемой
погрешности
Обозначение
классов точности СИ
на СИ
в документации
Приведенная
погрешность
N
X
:
1. Если нормирующее
значение Х выражено
в единицах измеряемой
величины
γ = ±1,5 %
1,5
Класс точности 1,5
2. Если нормирующее
значение Х принято
равным длине шкалы
γ = ±0,5 %
0,5
Класс точности 0,5
Относительная
погрешность:
1. По формуле
д
Х
δ = ±0,5 %
Класс точности 0,5
2. По формуле
)]1([
к
|
х
х
|dс
Расчет
по формуле
при
с = 0,02 и
d = 0,01
0,02/0,01
Класс точности
0,02/0,01
Абсолютная
погрешность:
1. По формуле
= ± а
2. По формуле
= ± (a + bx)
Классы точности обозначаются прописными
буквами латинского алфавита или римскими
цифрами
0,5
Примеры обозначения классов точности СИ
Таблица 3
37
При МЭ технической документации (технологической документации и ряда конструкторской документов, а также документации, регламентирующей методики измерений, отчетов НИР
и др.) прежде всего устанавливают полноту приведенных сведений о СИ. Требования к СИ являются достаточными, если указаны наименование и тип СИ, документ на СИ (для СИ общего
назначения такими документами являются ГОСТ или ТУ), требования к метрологическим характеристикам. Эти данные должны
указываться в объеме, обеспечивающем возможность выбора
конкретного СИ (если он не указан в проверяемом документе)
или замену СИ данного типа на другое без ухудшения показателей точности. Например, неправильно указано: «штангель»,
«штангенциркуль по ГОСТ 166–80», следует записать: «штангенциркуль ШЦ-11-160-0,05 по ГОСТ 166–89».
В проверяемой документации нередко приводится неполное
или неправильное наименование СИ или даются ссылки на отмененные нормативные документы на СИ.
Если указанный тип СИ может быть выполнен в виде нескольких модификаций, необходимо указать выбранную модель.
Например, при приемочных испытаниях для измерения сопротивления изоляции при 500 В разработчиком был назначен мегаомметр М4001/1-5. Данное обозначение распространяется на модификацию от 1 до 5, где модификация 1 используется при измерении сопротивления при 100 В, модификация 2 — при 250 В,
модификация 3 — при 500 В и т.д. В документации следует записать: «…….мегаомметр М 4001/3».
При записи требований к СИ недостаточно указывать только
класс точности СИ, необходимо привести и другие метрологические характеристики. Например, два вольтметра класса точности
1,5 будут иметь разные значения абсолютной погрешности,
если один прибор имеет диапазон измерений от 0 до 150 В, а другой — от 0 до 250 В.
При выявлении несоответствия принципа действия или конструктивных особенностей выбранных СИ решаемой измерительной задаче следует предложить подходящую замену. Например, для измерения глубины узкого паза вместо штангенциркуля,
ширина штанги которого превышает ширину паза, следует рекомендовать специальное техническое устройство.
Проверяя соответствие условий применения СИ условиям
38
измерений, необходимо убедиться в том, что значения внешних
влияющих величин не выходят за границы рабочих областей значений по документации на СИ. Нарушение этого правила приводит к использованию СИ в тех условиях, для которых его метрологические характеристики не установлены. Например, если в изделие климатического исполнения УХЛ категории размещения 4
по ГОСТ 15150–69 (температура окружающей среды от 1 до
35 °С) встроен прибор ГСП 2-й группы по ГОСТ 12997–84
(рабочая область температур от 5 до 50 °С), следует указать, что
в диапазоне температур от 1 до 5 °С погрешность прибора не регламентирована, и необходимо предложить или заменить прибор,
или согласовать изменение условий эксплуатации объекта.
При анализе применения единичного экземпляра СИ необхо-
димо установить обоснованность его применения или рассмотреть возможность замены его на серийно изготовленное СИ.
Проверяя допустимость использования СИ, следует руково-
дствоваться положениями ФЗ «Об обеспечении единства измерений». В сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к применению допускаются СИ утвержденного типа (зарегистрированные в Федеральном информационном фонде по
обеспечению единства измерений) и прошедшие поверку, а вне
этой сферы калиброваны. Перечень СИ, подвергаемых поверке, находится, как правило, в метрологической службе предприятия, организации.
При наличии перечней СИ, допущенных к применению в от-
расли или на предприятии, проверяют также соответствие указанных СИ этим перечням.
При проведении МЭ необходимо проверить, все ли рекомен-
дуемые СИ выпускаются промышленностью. При этом можно использовать информационные материалы Федерального агентства
по техническому регулированию и метрологии о СИ общего применения, отраслевые каталоги-проспекты, номенклатурные перечни СИ, выпускаемые отдельными приборостроительными предприятиями. СИ, снятые с производства, не допускается указывать
во вновь разрабатываемой документации, такие СИ можно указать
в качестве допустимой замены при условии, если они обеспечены
поверкой или калибровкой.
При проверке соответствия точности СИ требуемым значе-
ниям погрешности измерений (допускаемым или нормам по-
39
грешности измерений) необходимо произвести расчет погрешности СИ (инструментальной составляющей погрешности измерений) в реальных условиях использования этого СИ. Такой расчет
осуществляется по метрологическим характеристикам СИ. При
этом можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в
РД 50-453–84 «ГСИ. Методические указания. Характеристики
погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы расчета». Кроме инструментальной составляющей
погрешности измерений следует оценить и другие составляющие:
методическую погрешность, погрешность, обусловленную влиянием условий измерений и неинформативных параметров и др.
Если погрешность измерений с учетом всех составляющих погрешностей измерений не превышает требуемую погрешность
измерения, то СИ выбрано правильно.
При линейных измерениях решение этой задачи сводится к
проверке на соответствие положениям РД 50-98–86 «Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм». В соответствии с этим документом выбрать конкретное СИ для контроля внутренних и наружных линейных размеров и глубин можно по табл. 1 и 2 РД 50-98–86.
В таблицах указаны предельные погрешности измерений с применением конкретных СИ в конкретных условиях проведения
измерений конкретным методом. В этих методических указаниях
приводятся также рекомендации по расчету погрешностей измерений линейных размеров.
Для упрощения процедуры выбора конкретных СИ в
РД 50-98–86 составлены таблицы 5–9. В этих таблицах средства
измерений, которыми можно измерить контролируемый параметр
при определенном допуске с допускаемой погрешностью измерений (в таблицах представлены в виде дроби), указаны порядковыми номерами, содержащимися в табл. 1 и 2, а варианты использования — буквами. Табл. 5–9 применяются при условии,
что погрешности измерений этими СИ равны допускаемым значениям по ГОСТ 8.051–81 или меньше их. Например, на чертеже
указан линейный размер 16h5 (16 мм по квалитету 5). По ГОСТ
8.051–81 устанавливаем, что в диапазоне св. 10 до 18 мм и для
квалитета 5 допуск на этот размер составляет 18 мкм и допускаемая погрешность измерения 5 мкм. Накладное СИ выбираем по
табл. VI РД 50-98–86. В графе, соответствующей квалитету 5, для
40
диапазона размеров св. 10 до 18 находим обозначения «6в».
В таблице I РД 50-98–86 под номером 6 указаны микрометр рычажный и скоба рычажная. Буквой «в» обозначены условия измерений: настройка на размер должна проводиться по концевым
мерам длины 2-го класса точности при использовании отсчета в
пределах ±10 делений шкалы; температурные условия характеризуются температурным режимом 5 °С при обеспечении надежной
теплоизоляции от рук оператора. Контакт измерительных поверхностей с деталью должен быть плоскостным или линейчатым. В данном примере измеряемая поверхность цилиндрическая
и последнее условие выполняется.
При выборе конкретного СИ предпочтение следует отдавать
тем из них, которые имеются в наличии на предприятии, проще
по конструкции и для которых могут быть обеспечены нормальные условия проведения измерений.
Некоторыми отраслями и предприятиями разработаны нор-
мативные документы (стандарты организаций) или методические
рекомендации по выбору СИ по точности.
При установлении полноты требований к СИ следует также
обращать внимание на их безопасность, надежность, совместимость с другими СИ, степень автоматизации, производительность
и другие показатели СИ.
2.4. Оценивание соответствия точности измерений
заданным требованиям
Если погрешность измерений контролируемых параметров
указана в документации, то при МЭ она сравнивается с требуемой (допускаемой) погрешностью. Так, приписанная погрешность измерений, приведенная в методике измерений, сравнивается с требованиями к погрешности измерений. Например: в ТУ
на химический продукт указано, что массовая доля примесного
компонента не должна превышать 0,5 %; установленная норма
погрешности измерений ±0,01 %. Следовательно, при контроле
этого примесного компонента необходимо использовать методику измерений с приписанной погрешностью измерений, не превышающей установленную норму ±0,01 %.
Если в проверяемой документации приводится порядок обра-
ботки результатов измерений с целью установления показателей
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]