12.1.5 Поверка по сокращенной программе. Методы поверки многопредельных и многоцелевых средств измерений /32/.

Установленные НД объемы поверочных работ являются, как правило, значительными, требуют больших трудозатрат и длитель­ного изъятия средств измерений из обращения, что влияет на сни­жение готовности устройств к применению, а, следовательно, и их эффективность.

Поверка средств измерений в полном объеме, установленном НД, в ряде случаев становится неоправданной. Так, из опыта эксплуатации конкретных средств измерений известно, что значи­тельное число их не используется на всех диапазонах и пределах измерений и не все нормируемые метрологические характеристики необходимы при оценке точности выполняемых измерений. Это обу­словлено некоторыми объективными причинами. Например, боль­шинство радиоизмерительных приборов являются многофункцио­нальными, а электроизмерительные приборы класса точности 0,5 и выше — многопредельными.

Положительный эффект от введения поверки средств измере­ний по сокращенной программе выражается в следующем:

- снижаются трудозатраты на поверочные работы и время изъ­ятия средств измерений из сферы применения их по назначению;

- исключаются случаи признания непригодности средств измерений на тех диапазонах и пределах измерений, а также по тем метрологиче­ским характеристикам, которые практически не используются;

- повышаются характеристики надежности за счет снижения слу­чаев несоответствия НД средств измерений из-за неисправности комп­лектующих элементов и отдельных блоков, не участвующих в ра­боте средств измерений на ограниченных диапазонах, отдельных пределах измерений и не влияющих на метрологические характе­ристики;

- появляются возможности увеличения межповерочных интер­валов;

- уменьшаются время восстановления и номенклатура требуемо­го для восстановления ЗИП (запасные части, инструменты, принад­лежности и материалы);

- обеспечиваются возможность поверки средств измерений без демонтажа с технических устройств и автоматизация выполнения поверочных работ.

Недостатком поверки средств измерений по сокращенной прог­рамме является невозможность использования данных средств из­мерений на диапазонах, пределах измерений и с теми метрологи­ческими характеристиками, поверка которых была исключена. Поверка средств измерений по сокращенной программе не должна нарушать единства и требуемой точности измерений. Соблюдение этих условий обусловливает требование к методу определения и утверждения Стандарта Организации (СО) сокращенной программы поверки средств измерений, по старой терминологии СО - СТП.

Программу сокращенной поверки следует составлять так, что­бы исходя из конкретных условий применения средств измерений объем поверки был минимальным и за межповерочный интервал обеспечивалась погрешность измерений, определяемая нормируе­мыми значениями соответствующих метрологических характери­стик. Введение программы сокращенной поверки не должно приво­дить к созданию новой или дополнительной НД на поверку средств измерений. Исходя из специфики методов разработки программ сокращен­ной поверки, целесообразно разделить средства измерений на широко-диапазонные, многопредельные и многоцелевые (комбинированные).

К широкодиапазонным следует относить средства изме­рений, у которых область значений измеряемой (воспроизводи­мой) величины расширена, вид измеряемой или воспроизводимой физической величины (напряжение, ток, мощность и др.) фикси­рован, а параметры данной физической величины (частотный ди­апазон и др.) имеют расширенную область значений. К многопредельным СИ относят средства, позволяющие измерять одноименные физические величины на двух и более пределах; к многоцелевым (комбинированным) - средства, предназначенные для измерения ряда физических величин.

На практике поверка средств измерений по сокращенной программе, технико - экономический эффект от её введения становится значительным и такая поверка целесообразна тогда, когда при эксплуатации широкодиапазонных средств измерений используется менее 3/4 рабочего диапазона измерений; при эксплуатации многопредельных средств измерений не используется хотя бы один предел; при эксплуатации многоцелевых средств измерений не используется измерение хотя бы одной из физических величин.

Установив номенклатуру широкодиапазонных средств измере­ний, подлежащих поверке по сокращенной программе, необходи­мо определить принадлежность каждого из них к одной из следу­ющих групп, характеризующей специфику метода определения по­веряемых отметок и используемой для контроля:

а) измеренное значение параметра х соответствует номинальному значению N с заданным верхним ( ) и нижним ( ) значениями допусков, т. е. значение параметра х должно находиться в пределах (N ) ;

б) значение параметра х не должно превышать установленного значения А с заданным допуском , т. е. ;

в) значение параметра х должно быть не менее установ­ленного значения параметра А с заданным допуском , т. е. ;

г) значение параметра ограничено диапазоном ( ) в рабочей части шкалы (регистрирующего устройства) . Для этой группы за принимаются допусти­мые отклонения в граничных точках измерений параметра и ;

д) измеряемая или воспроизводимая ими физическая величина фиксирована в расширенной области ее параметров (по частотно­му диапазону, выходной мощности и др.);

е) комбинация одной из групп а - г и группы д.

В основе метода определения поверяемых отметок по сокра­щенной программе лежит следующее положение. Поверяемые от­метки должны перекрывать используемый диапазон измерения, или границы используемого диапазона должны быть приближены к соответствующим крайним поверяемым отметкам, погрешности которых будут отличаться от погрешностей в граничных точках диапазона измерений на ничтожно малое значение. Для обеспече­ния максимального эффекта от сокращенной программы необходи­мо минимальное перекрытие используемого диапазона.

Определение поверяемых отметок средства измерений по про­грамме сокращенной поверки необходимо начинать с установления используемого диапазона измерений, а точнее, его нижней (А_н) и верхней (А_в) границ. Рассмотрим порядок расчета А_н и А_в при­менительно к группе средств измерений, когда при контроле па­раметра технического устройства оценивается выполнение усло­вия (N ) (рисунок 3,а). Значение А_н рассчитывают, вычитая из номинального значения контролируемого параметра N сумму допуска и предельного значения отклонений контроли­руемого параметра:

(12.20)

где - среднее квадратическое значение отклонений контролируемого параметра; t — коэффициент пе­рехода от к предельному значению отклонений контролируемо­го параметра (таблица 12.1); - измеренное в процессе эксплуатации изделия значение контролируемого параметра; - среднее значе­ние измеренных значений контролируемого параметра; п — число измеренных значений параметра.

Значение А_в рассчитывают, прибавляя к N сумму допуска предельного отклонения контролируемого параметра :

(12.21)

Для группы (б) определяют только значение А_в по формуле (12.21) (рисунок 12.3,б), а для группы (в) — только значение по формуле (12.20) (рисунок 12.3,в).

Таблица 12.1- Значения коэффициентов пе­рехода от к предельному значению отклонений контролируемо­го параметра.

Закон распределения контролируемого параметра	Коэффициент t	Закон распределения контролируемого параметра	Коэффициент t
Гауссовский	3,0	Антимодальный I	1,4
Равной вероятности	1,73	Антимодальный II	1,3
Симпсона (треугольный)	2,45	Рэлея	5,2
Трапецеидальный	2,3

Состав поверяемых отметок (с учетом исключения необходи­мости внесения изменений в НД на поверку рассматриваемых средств измерений) определяется так, чтобы отметки устанавливались из числа подлежащих поверке и минимально перекрывали со­ответствующие диапазоны:

А_н …А_в для группы а,

А …А_в для группы б,

А_н …А для группы в.

Рисунок 12.3. Схема положения расчетных точек для групп различных средств измерений

Наряду с поверяемыми отметками, вошедшими в соответствую­щие диапазоны, необходимо рассмотреть целесообразность вклю­чения в состав поверяемых:

точки нижней (верхней) границы диапазона измерений (А_н, А_в );

ближайшей к А_н(А_в) поверяемой отметке внутри диапазона из­мерений А_п'(А_п");

ближайшей к А_н(А_в) поверяемой отметке вне диапазона изме­рений' А_нп(А_вп );

Так как изменения погрешностей между рядом стоящими по­веряемыми отметками средств измерений малы, возможна их ли­нейная аппроксимация. Это условие и использование критерия ничтожных погрешностей позволяют сформулировать следующее положение: если разность между отметкой А_п" (например, примы­кающей к нижней границе диапазона измерений) и А_н менее 1/3 разности между отметками А_п и А_нп, то изменение погрешности в точке А_н по сравнению с погрешностью в точке Л_п будет ничтожно мало и о погрешности в точке А_п можно судить по погрешности, определенной в точке А_п. Когда это условие не выполняется, от­метку следует включить в состав поверяемых. Невыполнение ус­ловия оценивается неравенством (А_п' -А_н) >( А_п'- А_нп)/3.

На основе рассмотренных положений и подходов к составле­нию расчетных соотношений установлен следующий порядок оп­ределения поверяемых отметок широкодиапазонных средств изме­рений, используемых в ограниченном диапазоне. Для средств из­мерений группы а) поверяемыми отметками назначаются:

установленные действующими НД на методы и средства по­верки и вошедшие в используемый диапазон измерений А_н …А_в . Если таковых нет, то берется ближайшая к номинальному значе­нию отметка шкалы (регистрирующего устройства) средства из­мерений;

дополнительно к ним А_нп и А_вп ), если они удовлетворяют усло­виям:

(А_п' -А_н) >( А_п'- А_нп)/3; (12.22)

(А_в - А_п") >( А_вп - А_п")/3. (12.23)

Когда в диапазоне измерений А_н …А_в всего одна поверяемая отметка А_п, формулы (12.22) и (12.23) примут вид:

(А_п -А_н) >( А_п- А_нп)/3; (А_в - А_п) >( А_вп - А_п)/3.

Для средств измерений группы (б) поверяемыми отметками назначают:

вошедшая в диапазон А …А_в. Если таковой нет, то ближайшая

в точке А отметка А_п;

дополнительно к ней А_вп , если она удовлетворяет условию:

(А_в - А_п) >( А_вп - А_п)/3

Для средств измерений группы (в) поверяемыми отметками назначаются (смотри рисунок 12.3):

вошедшая в диапазон А_н …А .Если таковой нет, то ближайшая к точке А отметка А_п ;

дополнительно к ней А_нп, если она удовлетворяет условию:

(А_п -А_н) >( А_п- А_нп)/3

Для средств измерений группы (г) поверяемыми отметками начаются:

- вошедшие в используемый диапазон измерений А_п;

дополнительно к ним А_нп и А_вп, если они удовлетворяют условиям:

(А_п'-А_н')>(А_п'-А_нп) /3;

(А_в'- А_п')'>(А_вп - А_п'')/3

А_п', А_п'' - ближайшие к точкам А_н' и А_в' поверяемые отметки диапазона А_н' …А_в'.

Средства измерений группы (д) допускается поверять только при тех значениях параметров измеряемых или воспроизводимых ими физических величин (их частотных диапазонов и др.), на которых они практически используются при эксплуатации. Объем поверки средств измерений группы (е) по сокращенной программе определяется исходя из того, к какому сочетанию групп (а - д) относится рассматриваемое средство измерений.

Нормативно-технической документацией на методы и средства поверки многопредельных средств измерений предусматривается поверка основного предела измерений всех поверяемых отметок, а остальных пределов — выборочно в двух отметках. Для средств измерений, используемых при эксплуатации не на всех пределах, это правило неприменимо тогда, когда основной предел не ис­пользуется или используется в более узком диапазоне, чем неко­торые другие пределы. Правило также не предусматривает исклю­чения из состава поверяемых тех пределов, которые не использу­ются при эксплуатации средства измерений. Однако это правило правомерно положить в основу метода определения поверяемых пределов многопредельных средств измерений, используемых при эксплуатации не на всех пределах, но при этом поверять только используемые пределы и диапазоны измерений на этих пределах.

Таким образом, метод предусматривает исключение из состава поверяемых тех пределов, которые при эксплуатации средств из­мерений не используются. Когда установленный НД основной предел не используется в более узком диапазоне, чем другие пре­делы, встает вопрос, какой из используемых пределов измерений следует принять за основной. Достоверность поверки будет более высокой, а трудозатраты максимально снижены, если за основной предел будет принят тот, у которого используемый диапазон за­нимает наибольшую область. Этот диапазон для каждого из ис­пользуемых пределов измерений =(А_в-А_н)/ А_N , где А_в и А_н — соответственно верхнее и нижнее граничные значения используе мого при измерениях диапазона рассматриваемого предела изме­рений; А_N — нормируемое значение предела измерений.

Для определения диапазона, в котором должны быть установ­лены поверяемые отметки на основном пределе измерений, необхо­димо привести точки А_н и А_в используемых пределов измерений к соответствующим точкам основного предела измерений: А'_{н i}=А_{N осн} А_{н i} / А_{N i} ; А'_{в i} = A_{N осн} А_{в i} / А_{N i} ,где А'_{в i} и А'_{п it} — приведен­ные к основному пределу соответственно верхнее и нижнее гранич­ные значения используемого диапазона измерений i-гo предела из­мерений; А_{в i} и А_{н i} — соответственно верхнее и нижнее граничные значения используемого диапазона измерений i-гo предела изме­рений;

А_{N осн} и А_{N i} — нормирующие значения соответственно основ­ного и i-гo пределов измерений.

За А_н принимается минимальное А_{н min} из всех значений А'_н включая А_н основного предела, а за А_в — максимальное А_{в max} значение А'_в , включая и А_в основного предела. Величины А_{н min} и А_{в max} необходимы для установления возможности поверки основ­ного предела по сокращенной программе и для выявления наибо­лее критичных к погрешностям отметок, по которым можно судить о работоспособности средства измерений на используемых участ­ках диапазонов применяемых пределов измерений.

Определение поверяемых отметок не используемых (кроме ос­новного) в пределах измерений должно основываться на НД, где установлена поверка на пределах измерений (кроме основного) в двух отметках шкалы (регистрирующего устройства). Одной из них является верхняя предельная отметка, другой — та, в которой погрешность основного предела максимальна. Поверку по сокра­щенной программе на этих пределах измерений также целесооб­разно осуществлять в двух аналогичных отметках, но при этом учитывать, что верхней поверяемой отметкой должна быть ближайшая к верхней граничной точке используемого диапазона; дру­гая отметка на участке используемого диапазона должна соответ­ствовать отметке основного предела измерений, в которой значе­ние погрешности максимально.

Поверяемые метрологические характеристики многоцелевых средств измерений можно определить с помощью матрицы, по­строенной в виде таблицы, столбцами которой являются нормируе­мые метрологические характеристики, влияющие на точность ре­зультатов измерений , а строками — нормируемые метро­логические характеристики , подлежащие поверке.

Для определения состава нормируемых метрологических харак­теристик, включаемых в столбцы матрицы, достаточно установить качественные зависимости между суммарными погрешностями из­мерений воспроизведения) и нормированными метрологическими характеристиками только тех физических величин (для каждой в отдельности), для которых используется рассматриваемое средство измерений. Формулы для суммарных погрешностей приведены в эксплуатационной документации рассматриваемых средств из­мерений или документации по их поверке, в противном случае можно воспользоваться формулой:

, (12.24)

где — суммарная погрешность измерений (воспроизведений) физической величины соответствующим средством измерений; — составляющая погрешности средства измерений; l— число состав­ляющих погрешностей.

Матрицу заполняют следующим образом: в ячейки, где пере­секаются погрешности и одноименные метрологические характеристики из состава характеристик , по которым по­веряется рассматриваемое средство измерений, проставляют еди­ницы; в ячейки, где таких пересечений нет,— нули.

На основе составленных и заполненных матриц формируют программу сокращенной поверки многоцелевых (комбинирован­ных) средств измерений; из полного состава метрологических ха­рактеристик, по которым следует периодически поверять рассмат­риваемое средство измерений, исключают все характеристики, в строках которых стоят нули; оставшиеся метрологические харак­теристики поверяют по сокращенной программе.