Метрологическое обеспечение информационных измерительных систем (иис)

Современные измерительные информационные технологии являются разновидностью информационных технологий и выделяются из их обширного множества тем, что реализуют специфические процессы и процедуры, присущие только им:

- получение исходной измерительной информации в результате взаимодействия первичных измерительных преобразователей (датчиков, сенсоров) с объектом измерений;

- преобразование измерительной информации с заданной и метрологически обеспеченной точностью;

- сопоставление сигналов измерительной информации с размерами общепринятых единиц измерения, оценка и представление в требуемом виде характеристик остаточной неопределённости значений измеряемых величин.

Указанные процедуры реализуются в общем случае измерительными системами (ИС).

В соответствии с ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. “Метрологическое обеспечение измерительных систем” [ ] под измерительной системой (ИС) понимается совокупность измерительных, связующих и вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов), функционирующих как единое целое, предназначенной для:

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

- обработка результатов измерений;

- регистрация и индикация результатов измерений и результатов их обработки;

- преобразование полученных данных в выходные сигналы системы в разных целях.

Различают ИС общего применения, изготовляемые серийно, так называемые типовые ИС (далее – ИС-1) и ИС единичных экземпляров (далее – ИС-2) [ ].

ИС-1 выпускаются изготовителем как законченные укомплектованные изделия, для установки которых на месте эксплуатации достаточно указаний, приведенных в эксплуатационной документации. В этой документации приводятся нормированные метрологические характеристики (МХ) измерительных каналов (ИК) ИС.

ИС-2 проектируются для конкретных объектов (группы типовых объектов) и принимаются как законченные изделия непосредственно на объекте эксплуатации. Установку таких ИС на месте эксплуатации осуществляют в соответствии с проектной документацией на ИС и эксплуатационной документацией не её компоненты, в которой нормированы МХ ИК ИС и её компонентов.

Одной из важнейших задач развития измерительных информационных технологий является расширение номенклатуры измеряемых величин и обеспечение измерений с заданной точностью в условиях воздействия дестабилизирующих внешних факторов (высокие температуры, большие давления, химически агрессивные среды, ионизирующее излучение и т.д.). Современные измерительные информационные технологии приобретают дополнительные свойства благодаря использованию аппаратных и программных средств искусственного интеллекта [ ].

Решение подобных задач связано с усложнением структуры используемых средств измерений (СИ), созданием комплексов взаимосвязанных СИ и технических, в том числе вычислительных средств, а также программного обеспечения, необходимых для их функционирования. Современные объекты и технологические процессы характеризуются большим количеством параметров, изменяющихся подчас с большой скоростью. В ряде случаев для получения информации о параметрах объекта необходимо проводить комплекс-ные измерения, а значение измеряемой величины получать косвенным методом на основе известных функциональных зависимостей между ней и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Указанные задачи успешно решаются с помощью информационных измерительных систем (ИИС), получивших широкое распространение. В настоящее время нет общепринятого однозначного определения, что такое ИИС. Среди существующих подходов к рассмотрению понятия ИИС следует выделить два основных [ ].

Сущность одного из подходов изложена в рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99 “ГСИ. Метрология. Основные термины и определения”. В ней ИИС рассматривается как разновидность измерительных систем (ИС). ИС в зависимости от назначения разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие и др. Измерительная система, перестраиваемая в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС).

Сущность второго подхода отражена в определения, приведенных в рекомендациях МИ 2438-97 “ГСИ. Системы измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения”.

Перечисленные виды ИС могут быть использованы как автономно, так и в составе более сложных структур:

- информационно-измерительных систем (ИИС);

- систем автоматического контроля (САК);

- систем диагностирования и распознавания образов;

- испытательного оборудования;

- автоматических систем управления технологическими процессами.

Под измерительным каналом ИС [ ] понимается конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата её измерения, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого является функцией измеряемой величины.

ИИС – это совокупность функционально объединенных измеритель--ных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной. Информации, ее преобразования с целью предо-ставления потребителю в требуемом виде, либо для автоматизации логи-ческих функций контроля, диагностики или управления

Объектами метрологического обеспечения являются ИИС

1. общего применения, выпускаемые серийно;

2. нестандартированные единичного производства;

3. нестандартированные, комплектуемые из серийных средств ИИС непосредственно на объектах.

ОСОБЕННОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИИС.

Любая самая сложная ИИС должна быть метрологически корректной и удовлетворять требованиям стандартов, регламентирующих действие системы обеспечения единства измерений (ГСИ) в соответствии с государственными законодательными актами и международными нормативными документами. Факт представления ИИС в форме отдельной специфической разновидности СИ объясняется рядом их специфических особенностей .

Развитие измерительной техники, в частности ИИС, применяемых в составе АСУ ТП, усложнение измерительных задач и условий эксплуатации СИ, выдвигают новые требования к описанию свойств СИ, предназначенных для применения в составе системы (ИИС). Обычные приборы, рассчитанные на использование в качестве отдельных самостоятельных СИ в большинстве случаев непригодны при синтезе ИК ИИС. Для них назначение класса точности однозначно определяло комплекс нормированных МХ (НМХ). Для ИК ИИС комплекс НМХ должен выбираться так, чтобы по некоторой совокупности СИ, средств вычислительной техники и других компонентов ИК можно было определить МХ всего ИК.

Интеллектулизация СИ И ИИС, включение в их состав микропроцессоров и ЭВМ для автоматизации обработки данных, выполнения обработки в режиме on-line, программируемого управления процедурой измерения, введение в структуру ИК блоков самокалибровки и самодиагностики приводят к возрастанию значения метрологического аспекта создания и использования алгоритмов и программ обработки данных.

Таким образом, особенности ИИС являются объективными причинами, порождающими ряд основных проблем МО, в частности:

- неразрывная связь многих ИИС с объектами, сложность описания объектов и их моделирования приводят в большинстве случаев невозможности применения комплектного метода поверки, к дефициту априорной информации о влиянии объектов на точность измерений;

- многофункциональность ИИС затрудняет МО одновременного измерения ряда разнородных физических величин, вычисления комплексных параметров, построение обобщенных оценок на основе измерений большого числа параметров;

- наличие в составе ИИС ЭВМ требует решения подчас сложных задач, связанных с метрологической оценкой качества алгоритмов обработки вычислений.

Например, ИИС в составе систем контроля и испытаний сложных объектов (двигателей, транспортных объектов, летательных аппаратов, прядильных машин и др.) характеризуются большим разнообразием измеряемых величин (давлений, перемещений, усилий и др.), наличием встроенного контроля МХ, многоканальностью и т.д. ИИС в составе АСУ ТП характеризуются разнесённостью первичных преобразователей в производстве, протяженностью линий связи, в частности радиоканалов, привязкой к конкретному объекту (энергосистем, химических производств, энергоблоков и т.д.).