Л.7 Требов. к СИ

МСС Сервис ТС – бак. Л. 7. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ

1 Показатели качества средств измерений

Повышение точности средств измерений требует разработ­ки специальных средств и мер защиты от внешних воздействий, компенсации их влияния, что может привести к снижению произво­дительности, надежности, повышению стоимости. В то же время качество продукции является одним из важней­ших факторов успешной деятельности любого предприятия. Для измерения и оценки качества продукции до настоящего времени используются следующие показатели качества:

1. Показатели назначения - характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для выполнения которых она приспособлена, и обусловливают область ее применения. К ним отно­сятся метрологические характеристики средств измерений.

2. Показатели надежности - характеризуют свойства безотказно­сти, ремонтопригодности и сохраняемости. Например, время без­отказной работы средств измерений до отказа, оценка срока слу­жбы.

3. Показатели экономного использования - характеризуют свойства изделия, отражающие его техническое совершенство по уровню или степени потребляемых им сырья, материалов, топлива и тру­довых ресурсов при их эксплуатации.

4. Эргономические показатели - характеризуют систему "человек-изделие" и учитывают комплекс гигиенических, антропометричес­ких, физиологических и психологических свойств человека, про­являющихся в производственных и бытовых процессах. Например, уровень шума, освещенности, температуры. Конкретная номенкла­тура определяется спецификой средств измерений.

5. Эстетические показатели - характеризуют информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции и совершенство производственного исполнения. Например, унифика­ция размеров, формы, материалов, составных частей (кнопок, шкал и др.) измерительных приборов.

6. Показатели технологичности - характеризуют свойства со­става и структуры или конструкции продукции, определяющие ее приспособленность к достижению минимальных затрат при про­изводстве, эксплуатации и восстановлении для заданных значе­ний показателей качества продукции, объема ее выпуска и усло­вий выполнения работ. Например, удельная трудоемкость изготов­ленной продукции, удельная материалоемкость, удельная энерго­емкость.

7. Показатели транспортабельности - характеризуют приспособ­ленность продукции к перемещению в пространстве (транспорти­ровке), не сопровождающемуся ее использованием или потреблени­ем.

8. Показатели стандартизации и унификации - характеризуют насыщенность продукции стандартными, унифицированными и ориги­нальными составными частями, а также уровень унификации с другими изделиями. Например, унификация средств измерений с целью создания информационно-измерительных систем на базе стандартных блоков и узлов.

9. Патентно-правовые показатели - характеризуют степень обно­вления технических решений, использованных в продукции, их па­тентную защиту, а также возможность беспрепятственной реализа­ции продукции в стране и за рубежом.

10. Экологические показатели - характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации или потреблении продукции. Например, допустимое содержание вредных примесей, выбрасываемых в окружающую среду.

11. Показатели безопасности - характеризуют особенности про­дукции, обусловливающие при ее использовании безопасность об­служивающего персонала. К ним относятся вероятность безопас­ной работы, минимальная электрическая прочность изоляции токоведущих частей и др.

12. Обобщенным показателем эффективности использования про­дукции является интегральный показатель качества, который определяют как соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации или потребления продукции и суммарных затрат на ее создание и эксплуатацию или потребление. Для средства изме­рений, используемого при контроле качества однотипных деталей, этот показатель находят по формуле:

г де m - среднее число деталей, которые будут проконтролиро­ваны средством измерений за весь период эксплуатации;

Тср - средний срок службы средства измерений;

Тр - среднее время между ремонтами;

C1 - затраты на приобретение и ввод в действие средства измерений;

C2- условные затраты на эксплуатацию средства измерений;

С3 - средства стоимость ремонта;

α - вероятность того, что с помощью данного средства измерений будет забракована годная деталь;

С α - средний ущерб от ошибочного бракования годной детали;

β - вероятность того, что с помощью данного средства из­мерений будет принята бракованная деталь;

Cβ - средний ущерб от ошибочного принятия бракованной детали.

Важнейшими свойствами средств измерений являются те, от ко­торых зависит качество (точность) получаемой с их помощью из­мерительной информации. Эти свойства определяются метрологи­ческими характеристиками средств измерений.

2 Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений, независимо от их исполнения, обла­дают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими фун­кционального назначения. Технические характеристики, описыва­ющие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на по­грешности измерений, называются метрологическими характеристи­ками средств измерений.

В зависимости от специфики и назначения средств измерений нормируются различные наборы или комплексы метрологических характеристик. Однако эти комплексы должны быть достаточны для учета свойств средств измерений при оценке погрешностей изме­рений.

Принципы нормирования метрологических характеристик опреде­ляются соответствующим стандартом. В соответствии со стандар­том метрологические характеристики средств измерений исполь­зуются для определения результата измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности изме­рений, расчета метрологических характеристик каналов измери­тельных систем, оптимального выбора средств измерений, а также предназначенные для использования в качестве контролируе­мых характеристик при контроле средств измерений на соответ­ствие установленным нормам.

Метрологические характеристики, входящие в установленный комплекс, выбирают такими, чтобы обеспечить возможность их контроля при приемлемых затратах. В эксплуатационной докумен­тации на средства измерений указывают рекомендуемые методы расчета инструментальной составляющей погрешности измерений при применении средств измерений данного типа в реальных ус­ловиях в пределах нормирования рабочих условий применения. Комплексы нормируемых метрологических характеристик выби­раются из числа приведенных ниже характеристик:

градуировочные ха­рактеристики или характеристики, предназначенные для определения результа­тов измерений (без введения поправки), определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средств измерений в статическом режиме. К ним относятся, например, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя, номинальное значение однозначной меры, пределы и цена деления шкалы, виды и параметры цифрового кода средств измерений, предназ­наченных для выдачи результатов в цифровом коде.

Характеристики погрешностей средств измерений, определя­ющие значения систематической и случайной составляющих погрешности. К нормированным систематическим погрешностям относят значение систематической составляющей, ее предельное значение и пределы. К нормируемым случайным погрешностям относят, например, среднее квадратическое значение случайной составляющей и др.

Динамические характеристики, отражающие полную математиче­скую модель динамических свойств средств измерений. Динамические характеристики отражают инерционные свойства средства измерений при воздействии на него меняющихся во времени вели­чин - параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузка. По степени полноты описания инерционных свойств средств измерений динамические характеристики делятся на полные и частные.

К полным динамическим характеристикам относятся: дифферен­циальное уравнение, описывающее работу средства измерений; передаточная функция; переходная характеристика; импульсная характеристика; совокупность амплитудной и фазочастотной ха­рактеристик.

Частными динамическими характеристиками могут быть отдель­ные параметры полных динамических характеристик или характе­ристики, не отражающие полностью динамические свойства средств измерений, но необходимые для выполнения измерений с требуе­мой точностью.

3 Классы точности средств измерений

Класс точности средств измерений - обобщенная характеристи­ка средств измерений, определяемая пределами допускаемых ос­новных и дополнительных погрешностей, а также другими свойст­вами средств измерений, влияющими на точность, значения кото­рых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Класс точности средств измерений характеризует их свойст­ва в отношении точности, но не является непосредственным по­казателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств. Например, класс точности вольтметров - характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызыва­емых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных зна­чений температуры, частоты переменного тока и некоторых дру­гих влияющих величин.

Классы точности устанавливаются стандартами, содержащими технические требования к средствам измерений, подразделяемым по точности. Необходимость подразделения средств измерений по точности определяют при разработке стандартов. Для каж­дого класса точности в стандартах на средства измерений каж­дого конкретного вида устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающие уровень точности средств измерений этого класса.

Метрологические характеристики, определяемые классами точности, нормируют следующим образом. Пределы допускаемых погрешностей выражают в зависимости от характера изменения ( в пределах диапазона изменений вход­ного или выходного сигнала) границ абсолютных погрешностей средств измерений конкретного вида, которые оценивают на ос­новании принципа действия, свойств средств измерений, а так­же их назначений: в форме приведенных погрешностей, если ука­занные границы можно полагать практически неизменными. Пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливают по формулам:

∆= ± а = р (6.1)

или ∆= ± (а+bx) (6.2)

где ∆ - пределы допускаемой абсолютной погрешности, выра­женной в единицах измеряемой величины на входе (вы­ходе) или условно в делениях шкалы;

х - значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале;

a и b - положительные числа, не зависящие от х.

При применении формул (6.1) и (6.2) для средств измерений, используемых с отсчитыванием интервалов между произвольно выбираемыми отметками шкалы, допускается указывать, что по­грешность каждого средства измерений не должна превышать установленной нормы, оставаясь только положительной или только отрицательной. Например, для генератора низкой частоты Г3-З6 ∆= ±(0,03 + 2) Гц.

В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной по­грешности устанавливают по более сложной формуле или в виде графика (рисунка или таблицы). Пределы допускаемой приведенной основной погрешности опре­деляются по формуле:

где γ - предел допускаемой приведенной основной погрешности, %

∆ - пределы допускаемой абсолютной погрешности, устанав­ливаемые по формуле(6.2);

Х_N - нормирующее значение, выраженное в тех единицах, что и ∆;

Р - отвлеченное положительное число, выбираемое из ря­да: 1*10; 1,5*10^п; 2*10^п; 2.5*10^п; 3*10^п;; 4*10^п; 5*10^п; 6*10^п; (П=1;0; -1, -2 и т.д.).

П ределы допускаемой относительной погрешности определяют по формуле:

Если ∆ принята по формуле (6.1) или по формуле (6.2)

г де δ - пределы допускаемой относительной основной погрешно­сти, %;

q - отвлеченное положительное» число, выбираемое из ряда, аналогичному ряду для р ;

Х_к –больший по модулю из пределов измерений.

В некоторых случаях пределы допускаемой относительной погрешности устанавливают по более сложным формулам или в виде графика, или в виде таблицы. Соотношения между числами b и d прини­мают в зависимости от вида средств измерений. Пределы всех основных и дополнительных допускаемых погреш­ностей выражаются не более, чем двумя значащими цифрами, при­чем погрешность округления при вычислении пределов не должна превышать 5%.

Рассмотренные метрологические характеристики позволяют выявить такую качественную характеристику, как точность средств измерений, положенную в основу деления средств измерений на классы точности. Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводящихся в НТД. При этом в эксплуатационной документации на средство измерений, содержащей обозначение класса точности, дается ссылка на стандарт или технические условия, которые устанавливают класс точности для этого типа средств измерений.

Обозначения могут иметь форму заглавных букв латинского алфавита (например, М, С или римских цифр - I, II, III и т.д.) с добавлением условных знаков. Смысл таких обозначений раскрывается в НТД. Если же класс точности обозначается арабски­ми цифрами с добавлением какого-либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности по­казаний средств измерений.

Обозначение класса точности цифрами из ряда предпочтитель­ных чисел может сопровождаться применением дополнительных ус­ловных знаков.