Geum.ru

Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9

Вид материалаДоклад

Содержание


Поверка каналов измерительных систем
Данилов А.А.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   34

Поверка каналов измерительных систем


В последнее время всё более отчетливо просматриваются проблемы, связанные с поверкой, вообще, и с поверкой каналов измерительных систем, в частности. Оставляя в стороне общие проблемы, остановимся на вопросах, связанных с поверкой каналов измерительных систем.

Можно выделить несколько таких вопросов.

1. Следует ли уточнить понятие “поверка” по отношению к каналам измерительных систем?

2. Достаточно ли полны процедуры поверки, применяемые в настоящее время для оценки основной погрешности каналов измерительных систем?

3. Как следует документировать результаты поверки каналов измерительных систем?

4. Как обеспечить взаимное признание результатов поверки каналов измерительных систем внутри страны и за рубежом?

Сразу хотелось оговориться, что в рамках данного доклада излагается личная точка зрения автора, основанная на его опыте решения подобных проблем, причем, в основном, этот опыт сводился к решению вопросов общей организации поверки, а не методик поверки отдельных конкретных систем. Естественно, этот опыт нельзя считать всеобъемлющим, а полученные выводы непререкаемыми.

Начнем с ряда цитат из ГОСТ Р 8.596 [1]. Прежде всего, определимся: что же такое измерительная система? “Измерительная система – совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов измерительной системы), функционирующих как единое целое, предназначенная для:

– получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние;

– машинной обработки результатов измерений;

– регистрации и индикации результатов измерений и результатов их машинной обработки;

– преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях”.

Об их поверке говорится: “Рекомендуются следующие способы поверки измерительных каналов ИС:

– измерительные каналы ИС-1, как правило, подвергают комплектной поверке, при которой контролируют метрологические характеристики измерительных каналов ИС в целом (от входа до выхода канала);

– измерительные каналы ИС-2, как правило, подвергают покомпонентной (поэлементной) поверке: демонтированные первичные измерительные преобразователи (датчики) – в лабораторных условиях; вторичную часть – комплексный компонент, включая линии связи, – на месте установки ИС при одновременном контроле всех влияющих факторов, действующих на отдельные компоненты. При наличии специализированных переносных эталонов или передвижных эталонных лабораторий и доступности входов ИС-2 комплектная поверка измерительных каналов ИС-2 на месте установки предпочтительна”.

При этом под каналами ИС-1 и ИС-2 понимается следующее:
“ИС-1 – выпускаемые изготовителем как законченные укомплектованные (за исключением, в ряде случаев, линий связи и электронных вычислительных машин) изделия, для установки которых на месте эксплуатации достаточно указаний, приведенных в эксплуатационной документации, в которой нормированы метрологические характеристики измерительных каналов системы;

ИС-2 проектируемые для конкретных объектов (группы типовых объектов) из компонентов ИС, выпускаемых, как правило, различными изготовителями, и принимаемые как законченные изделия непосредственно на объекте эксплуатации. Установку таких ИС на месте эксплуатации осуществляют в соответствии с проектной документацией на ИС и эксплуатационной документацией на её компоненты, в которой нормированы метрологические характеристики, соответственно, измерительных каналов ИС и её компонентов”.

Рассмотрим простейший пример – теплосчётчик. Он полностью соответствует определению измерительной системы. Однако, для его поверки ГОСТ Р 51649 [2] рекомендует уже иные подходы к поверке: поэлементный и поканальный. Поэлементный метод рекомендуется использовать в случае, когда составные части теплосчётчика утверждены, как типы средств измерений, а также при наличии стандартной информационной связи между частями и утвержденной в установленном порядке методике расчета погрешности теплосчётчика по погрешностям его составных частей.

Поканальный метод используется в том случае, когда установлены нормы погрешности каналов и имеется методика расчета погрешности теплосчётчика по погрешностям его измерительных каналов, утвержденная в установленном порядке.

Небезынтересно отметить, что в том же ГОСТ Р 8.596 [1] под измерительным каналом понимается “конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата её измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого – функция измеряемой величины.

Примечание. Измерительные каналы ИС могут быть простыми и сложными. В простом измерительном канале реализуется прямой метод измерений путем последовательных измерительных преобразований. Сложный измерительный канал в первичной части представляет собой совокупность нескольких простых измерительных каналов, сигналы, с выхода которых, используются для получения результата косвенных, совокупных или совместных измерений или для получения пропорционального ему сигнала во вторичной части сложного измерительного канала ИС”.

Отсюда следует, что теплосчётчик надо бы рассматривать, как сложный измерительный канал, но состоящий из ряда простых. Создаётся впечатление, что мы несколько запутались. Даже на таком простом примере, оказывается, что одно и то же средство измерений можно рассматривать и как систему и как канал.

Но вернемся к поверке. По определению, теплосчётчик следует отнести к ИС-1, а, следовательно, её надо бы поверять комплексно, но в настоящее время не существует подобных методик. Если же используется поэлементный или поканальный метод поверки, что в данном случае не имеет существенного значения, то, в ряде случаев, периодическая поверка сводится к внешнему осмотру. При внешнем осмотре выполняются следующие операции:

– оценка соответствия комплектности теплосчётчика паспорту;

– проверка наличия непросроченных свидетельств о поверке (или других документов, подтверждающих прохождение первичной или периодической поверки) теплосчётчика и каждой его составной части;

– контроль наличия и целостности пломб изготовителя, а также пломб и клейм, обязательных для коммерческих средств учета;

– проверка отсутствия механических повреждений, влияющих на работоспособность составных частей теплосчётчика и электрических связей между ними.

Перечень операций, приведенный выше, является по существу дословной цитатой из методики одного из теплосчётчиков.

Получается, что при периодической поверке никаких работ по оценке метрологических характеристик теплосчётчика не выполняется. Такие работы проводятся при поверке его составных частей. Тогда поверка вырождается в чисто административную процедуру. Это приводит к возникновению сразу двух вопросов:

1. Может быть, определить поверку, как оценку соответствия средств измерений установленным техническим и административным требованиям? При этом метрологические характеристики, которые являются частью технических, могут быть установлены в процессе калибровки.

2. Достаточен ли набор процедур, выполняемых при периодической поверке, чтобы быть уверенным, что основная погрешность теплосчётчика в целом не превзойдет нормированных пределов? Не развивая эту тему, можно отметить, что перечисленный набор процедур не включает в себя проверку правильности соединений. А это может оказать весьма существенное влияние на суммарную погрешность.

Можно было бы отметить и другие источники погрешностей, которые нередко не учитываются при описании методик поверки измерительных систем. Отметим ещё только возможность влияния программного обеспечения на достоверность полученных результатов. Несмотря на то, что за рубежом этому вопросу уделяется значительное внимание. В России только начинаются работы в указанном направлении. Очень слабо отражены в методической и нормативной документации и вопросы, связанные с влиянием интерфейсов, как цифровых, так и, особенно, аналоговых на достоверность полученных результатов измерений.

И ещё о проблемах взаимного признания результатов поверки и калибровки не только внутри СНГ, что тоже в ближайшем будущем может стать существенной проблемой, но и в странах, так называемого, дальнего зарубежья.

В российской метрологической практике используется несколько родственных понятий, относящихся к техническим устройствам, используемым в сфере метрологии:

стандартный образец – техническое средство в виде вещества (материала), устанавливающее, воспроизводящее, хранящее единицы величин, характеризующих состав или свойства этого вещества (материала) в целях передачи их размера средствам измерений;

средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу величины, размер которой принимают неизменной (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени;

средство контроля – техническое средство, воспроизводящее и (или) хранящее величину заданного размера, предназначенное для определения состояния контролируемого объекта и обладающее нормированными характеристиками погрешности;

испытательное оборудование – техническое средство, предназначенное для воспроизведения и поддержания условий испытаний.

Если любое из перечисленных технических устройств используется в областях, охватываемых законодательной метрологией, например, обеспечение безопасности, здравоохранение, торговля, экология и т.п., должны ли на него распространяться требования по испытаниям и утверждению типа или это относится только к средствам измерений в строгом понимании этого термина? В Германии, например, это различие не столь строго, да и у нас, на практике, значительную долю Госреестра средств измерений составляют устройства контроля и испытательное оборудование.

В случае, если средство измерений состоит из отдельных блоков, которые могут быть использованы, как автономно, так и составе сложных измерительных устройств или каналов измерительных систем, следует ли подвергать испытаниям и утверждению типа каждый из таких блоков в отдельности? Если да, то может ли наравне с этим в качестве отдельного типа средства измерений утверждаться канал измерительной системы, в состав которого входят аналогичные блоки, не проходившие индивидуально утверждения типа?

В ряде международных документов по метрологии указано на возможность отказа от испытаний и утверждения типа средств измерений, если их соответствие существующим требованиям может быть подтверждено на основе представленной технической документации, а метрологические характеристики оцениваются при проведении первичной поверки или калибровки. Следует ли уточнить, на какие именно группы средств измерений распространяется указанное положение?

Если средство измерений изготавливается или ввозится по импорту в единичном или незначительном количестве экземпляров, необходимо ли проведение работ по утверждению типа или достаточно провести первичную поверку (метрологическую аттестацию) конкретных образцов?

Если метрологические характеристики средства измерений существенно зависят от условий и качества монтажа и наладки средства измерений, что имеет место при создании измерительных систем типа ИС-2, имеет ли смысл в этом случае утверждение типа?

Подтверждение соответствия индивидуального образца средства измерений утвержденному типу может быть реализовано в виде поверки или калибровки. При этом различают первичную и последующие поверки.

Различие между поверкой и калибровкой состоит с одной стороны в том, что при калибровке устанавливаются действительные значения метрологических характеристик средств измерений, а при поверке только определяется их соответствие установленным требованиям. С другой стороны, эти две процедуры различаются статусом. Поверка осуществляется в тех областях измерений, которые подлежат государственному регулированию. Калибровка может проводиться и в этих областях и за их пределами. По существу, калибровка, в большинстве случаев служит составной частью поверки.

Если средства измерений не подвергались испытаниям с целью утверждения типа, то содержание первичной поверки существенно расширяется. В этом случае возникает необходимость подтверждения того, что средство измерений соответствует всем требованиям законодательной метрологии к подобным средствам измерений. Поэтому, помимо определенных испытаний (контроля), должны также использоваться данные об изготовителе, его декларация соответствия, а, в некоторых случаях, его система обеспечения качества. Простого контроля технических характеристик в данном случае недостаточно.

Как в первом, так и во втором случае первичная поверка может быть выборочной.

Таким образом, необходимо, во-первых, определить требования к различным типам средств измерений. За основу могут быть приняты рекомендации МОЗМ, стандарты МЭК и ИСО, приложения к европейской Директиве 2004/22/ЕС. Разработка подобных документов пока не предполагается.

Во-вторых. При наличии указанных документов, определяющих согласованные требования к средствам измерений возможна постановка вопроса об использовании Свидетельств МОЗМ в качестве документа, подтверждающего соответствие определенному типу, однако пока такой подход не поддерживается даже на уровне региональных метрологических организаций.

В-третьих. Если однотипные средства измерений производятся различными изготовителями или выпускаются в различных модификациях, то необходимо подтверждение того, что все они соответствуют утвержденному типу.

В-четвертых, требуется обеспечить корректную оценку того, что каждое индивидуальное средство измерений соответствует утвержденному типу. Т.е. оно должно быть правильно поверено или откалибровано.

Задача первичной поверки (калибровки) состоит в необходимости доказательства с приемлемой достоверностью, что каждый экземпляр средства измерений в производстве, а для измерительных систем в монтаже и наладке, соответствует установленным в описании типа требованиям к техническим характеристикам.

Это подтверждение может использовать:

– индивидуальный контроль каждой единицы средств измерений;

– статистический (выборочный) контроль независимых выборок;

– статистический (выборочный) контроль последовательных выборок;

– статистический контроль технологического процесса с использованием контрольных карт;

– использование системы обеспечения качества изготовителя.

Причем, для измерительных систем реализуемы только первый и последний подходы.

Поверка или калибровка средств измерений может выполняться в стране – производителе средств измерений, а также и в стране импортере. Часто калибровка должна выполниться на месте, после установки средств измерений. Методики выполнения поверки (калибровки) при выполнении общих требований по номенклатуре оцениваемых характеристик средств измерений и достоверности полученных результатов могут различаться с учетом технологических возможностей различных стран. Это создает дополнительные сложности для взаимного признания результатов поверки и калибровки.

Указанные проблемы препятствуют быстрому решению вопроса взаимного признания. Возможно, следует подумать о разработке документа, который определил бы критерии для выбора рационального способа осуществления первичной поверки (калибровки) в каждой конкретной ситуации.

Этот документ может также определить условия, необходимые для заключения соглашений о взаимном признании соответствия средств измерений согласованным требованиям к ним, между национальными органами по законодательной метрологии различных стран.

Литература

1. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения

2. ГОСТ Р 51649-2000 Теплосчётчики для водяных систем теплоснабжения. Общие технические условия

Автор

Лукашов Юрий Евгеньевич – начальник отдела ФГУП “ВНИИМС”, к.т.н., доцент

Россия, 119361, Москва, Озерная, 46 www.vniims.ru

Тел. (095) 437-32-10

E-mail: luksh103@vniims.ru

Данилов А.А.