12.1.4 Определение объема поверочных работ /32/.

Под объемом поверочных работ понимают совокупное число основных поверочных операций (без подготовительных), в резуль­тате выполнения которых можно сделать вывод о пригодности при­бора к применению.

Объем поверки зависит от числа поверяемых метрологических характеристик; числа поверяемых отметок (точек) в диапазоне измерений; числа измерений в каждой поверяемой отметке. Пер­вое число определяется числом измерительных функций прибора; второе - характером измерения поверяемой метрологической ха­рактеристики; третье - возможным разбросом случайной состав­ляющей погрешности прибора.

При выборе состава поверяемых параметров основное требова­ние заключается в достоверной оценке технического состояния средства измерений для принятия решения о возможности ее при­менения.

Нормативные документы на разработку методик по поверке средств измерений требуют определять минимум поверяемых мет­рологических характеристик, достаточный для решения вопроса о пригодности поверяемых средств измерений к применению.

В настоящее время выбору контролируемых параметров технических систем посвящено значительное число работ, многие из которых отличают оригинальные подходы, успешно применяемые на практике. Вместе с тем, как показывают метрологические экспертизы средств измерений и методик поверки, еще имеют место случаи необоснованного выбора поверяемых параметров. Это можно объяснить, прежде всего, тем, что до недавнего времени не было общих регламентирующих документов на задание требований к достоверности поверки, а также большим разнообразием типов эксплуатируемых приборов, для которых сложно применять достаточно общие методы анализа.

Анализ существующих подходов к определению состава поверяемых пара­метров показал, что наиболее распространены способы, основанные на обеспече­нии апостериорной надежности контролируемых технических систем. К ним мож­но отнести многочисленные методы ранжирования параметров по уровню их надежности. Однако при этом трудно определять характеристики надежно­сти анализируемых параметров на этапе разработки средства измерений. Поэто­му объем операций при первичной поверке, как правило, больше, чем при перио­дической поверке прибора.

Разработка методических основ для определения состава по­веряемых параметров является важной задачей, имеющей практи­ческое значение для метрологического обслуживания средств из­мерений. Решим такую задачу для средства измерений. Так как достоверность поверки средства измерений в значительной мере определяется поверяемыми параметрами, то рациональный их со­став следует сформировать с учетом обеспечения требуемых пока­зателей достоверности поверки и . Если в исходной совокуп ности параметров средства измерений лишь часть па­раметров подлежит измерительному контролю, то при условии независимости погрешностей измерений отдельных параметров значения условных вероятностей ошибок поверки и для многопараметрического контроля определяется по следую­щим формулам:

(12.12)

(12.13)

где - полнота контроля, под

которой понимают методическую составляющую достоверности по­верки,

характеризующую возможность выявления отказов при выбранной методике поверки; - вероятность безотказной ра­боты неконтролируемой части средства измерений.

Значения и определяются по выражениям (12.2) и (12.3).

Допущение о стохастической независимости поверяемых пара­метров вполне оправдано на этапе предварительного анализа ха­рактеристик средств измерений, так как оно ужесточает требова­ния к достоверности измерительного контроля.

На первом этапе анализа параметров поверяемого средства из­мерений следует определить , обеспечиваемое образцовыми при­борами и поверочным оборудованием, которые можно использовать при поверке. Затем для всей совокупности параметров прове­ряется выполнение условия . Если это условие обеспечива­ется, то, как следует из (12.2) и (12.3), дальнейшее сокращение числа по­веряемых параметров будет лишь уменьшать ошибку ложного несоответствия СИ по результатам его поверки.

Если в ТЗ на разработку средств измерений или в соответст­вующей НД на его поверку задаются допустимые значения услов­ных вероятностей , , то при выборе поверяемых параметров целесообразно учитывать методическую достоверность измеритель­ного контроля.

Требуемые и можно обеспечить изменением числа пове­ряемых параметров или значений и при измерительном конт­роле отдельных параметров. Таким образом ясно, что увеличение числа поверяемых параметров и уменьшение значений и связано с дополнительными затратами на повышение точности поверочно­го оборудования, учет влияния дополнительных факторов и т. д. В основу рассматриваемого способа выбора поверяемых парамет­ров положен тот факт, что снижению ошибок измерительного кон­троля сопутствуют некоторые затраты (материальные, временные), которые рассматриваются как неотрицательная монотонная функ­ция. За такую функцию можно принять следующее математиче­ское выражение:

(12.14)

где - весовой коэффициент затрат контроля i-гo параметра.

Функция (12.14) обладает следующими свойствами. При отсут­ствии контроля, т. е. при =1, она минимальна, а при повышении достоверности контроля ее значение возрастает. Функцию затрат многопараметрического контроля естественно представить в виде суммы затрат контроля отдельных параметров:

(12.15)

Поэтому вполне понятно, что лучше та совокупность измеряемых па­раметров, для которой при требуемых показателях и метро­логического обеспечения средние затраты меньше. Как уже отме­чалось, допустимые значения , можно обеспечить как варь­ируя число поверяемых параметров, так и повышая достоверность контроля отдельных параметров. Поэтому целесообразно найти оптимальное соотношение между уровнем достоверности и числом поверяемых параметров. Эту оптимизационную задачу можно ре­шить методом неопределенных множителей Лагранжа. Составим функцию Лагранжа в виде:

(12.16)

где - неопределенный множитель Лагранжа.

Первое слагаемое в (12.16) возрастает с увеличением числа по­веряемых параметров, при этом второе слагаемое уменьшается. В этом случае необходимо найти условные экстремумы функции (12.16) при ограничениях , .

Так как методическая достоверность измерительного контроля в основном определяется ошибками , то, чтобы найти условные минимумы функции F, вычислим частные производные приравняем их нулю и получим систему из п уравнений:

(12.17)

Для решения системы (12.17) введем дополнительное уравнение

связи:

(12.18)

Решения системы уравнений (12.17), (12.18) представляют собой искомые значения оптимальных значений для исследуемой груп­пы параметров. Очевидно, что при имеет место ситуация, когда 1-й параметр не нуждается в контроле и из выбираемой со­вокупности исключается. Таким образом, определяемая совокуп­ность поверяемых параметров будет состоять из членов.

При исследовании достаточно большой группы параметров ре­шить систему уравнений (12.17), (12.18) достаточно трудно. В этом случае целесообразно применить метод последовательных прибли­жений для определения требуемых значений при соответствую­щих ограничениях на измерительный контроль.

Для ускорения процедуры выбора необходимо предварительно ранжировать параметры одним из способов, например на основе использования коэффициентов значимости . Соответствующий весовой коэффициент для функции затрат в методе последова­тельных приближений равен , где:

(12.19)

При необходимости обеспечить другие показатели, например требуемую глубину контроля параметров для диагностирования отказов поверяемых приборов, или прогнозировать их техническое состояние, можно использовать другие критерии оптимизации и соответственно определить другой состав поверяемых параметров. При этом часть поверяемых параметров можно охватить встроенной системой контроля.

Объем поверки также зависит от применяемого способа поверки.

Обязательным и безусловным способом достижения цели поверки является проверка соответствия всех нормированных характеристик каждого экземпляра средств измерений установленным требованиям. Все остальные способы основаны на принятии тех или иных допущений о свойствах поверяемых средств измерений конкретного типа или вида.

Обоснованное применение допущений может существенно со­кратить объем поверки. Так, ГОСТ 8.513—84 разрешает периоди­ческую поверку средств измерений, предназначенных для измере­ния нескольких физических величин или имеющих несколько ди­апазонов измерений, выполнять только по тем требованиям НТД на поверку, которые определяют пригодность прибора для приме­няемого числа физических величин и применяемых диапазонов измерений.

Аналогично ГОСТ 8.438—81 допускает проводить периодиче­скую поверку ИИС путем выборочного контроля метрологических характеристик измерительных каналов из числа однотипных.