4. Погрешность метода и программного обеспечений измерений

Инструментальные погрешности СИ нормируются в процессе их производства и заносятся в его эксплуатационную документацию. Однако в СА используют набор связанных СИ (датчики, измерительные средства ввода аналоговых сигналов, средства их программной обработки) и на погрешность результата измерений оказывают дополнительное влияние следующие факторы:

• сопротивление кабелей;

• соотношение между входным импедансом СИ и выходным импедансом датчика;

• качество экранирования и заземления, мощность источников помех;

• погрешность метода косвенных, совместных или совокупных измерений;

• наличие внешних влияющих факторов, если они не учтены в дополнительной погрешности СИ;

• погрешность обработки результатов измерений с помощью ПО.

Методические погрешности - все погрешности, которые не могут быть учтены в процессе сертификационных испытаний и внесены в паспорт СИ, а появляются в конкретных условиях применения. Таким образом, если в состав смонтированной СА входят СИ с нормированными погрешностями, то погрешность, вызванная перечисленными выше факторами, является методической. Если же выполняется сертификация всей измерительной системы, то методические погрешности могут быть учтены в погрешности всей системы и тогда они переходят в разряд инструментальных.

Для расчета или измерения методической погрешности трудно дать общие рекомендации. Каждый конкретный случай требует отдельного рассмотрения.

Погрешность ПО - оценивается как разность между результатами измерений, полученных с данным ПО и эталонным ПО - высокая точность которого доказана многократными испытаниями и тестированием. В качестве эталонного может быть использовано ранее аттестованное ПО.

К основным источникам погрешностей ПО относятся:

• ошибки записи исходного текста программы и ошибки трансляции программы в объектный код;

• ошибки в алгоритме решения измерительной задачи;

• ошибки в таблицах для линеаризации нелинейных характеристик преобразования;

• применение неустойчивых или медленно сходящихся алгоритмов при решении плохо обусловленных измерительных задач;

• ошибки преобразования форматов данных;

• ошибки округления и др.

Надежность (достоверность) ПО обеспечивается средствами защиты от несанкционированных изменений, которые могут явиться причиной появления не учтенных при аттестации погрешностей.

5. Достоверность измерений

Достоверность - степень доверия к полученным результатам. Может быть низкая при наличии погрешностей, о существовании которых пользователь не догадывается. Достоверность в СА снижается с ростом их сложности и существенно зависит от квалификации персонала проектирующей и монтажной организации.

Главным методом обеспечения высокой достоверности является сопоставление результатов измерения одной и той же величины различными способами (например, показания для СА с измерением температуры следует сравнить с показаниями автономного контрольного термометра).

Примеры когда, несмотря на применение точных СИ, получаются совершенно ошибочные данные, вводящие в заблуждение.

Пример 1. Для измерения температуры воздуха в теплице использовался датчик температуры с погрешностью ±0.5°С. Однако датчик установлен так, что в некоторые часы на него падают прямые лучи солнца, существенно нагревающие этот датчик, но практически не изменяют температуру воздуха. При этом погрешность измерения температуры воздуха может составить +5°С, что позволяет квалифицировать результат измерения как недостоверный.

Пример 2. Для измерения температуры в силосах элеватора установлены точные датчики и сделан тщательный их монтаж, но расположенный на крыше элеватора ретранслятор сотовой связи оказался незамеченным и не было принято достаточных мер для защиты от помех. При этом погрешность измерения температуры может составить ±10 °С вследствие помех, наведенных передатчиком на сигнальных кабелях системы.

Пример 3. В АС для измерения параметров продукции использован модуль ввода с погрешностью ±0.05%, однако при наладке системы по ошибке установлена частота помехоподавляющего режекторного фильтра не 50, а 60 Гц. Объем проведенных приемо-сдаточных испытаний системы не позволил выявить эту ошибку. В результате погрешность измерений вследствие наведенной помехи с частотой 50 Гц может повыситься до ±10%.

Пример 4. Во время выполнения измерений происходил разговор по сотовому телефону. Наводка сигнала от передатчика сотового телефона может повысить погрешность измерений в несколько раз.

Пример 5. При монтаже системы заземлили экран сигнального кабеля с 2-х сторон. Объем проведенных приемо-сдаточных испытаний не позволил выявить эту ошибку. Погрешность может увеличиться в несколько раз по сравнению с ожидаемой.

Пример 6. В процессе эксплуатации системы нарушился контакт в цепи заземления, что привело к эпизодическому повышению уровня помех в измерительной цепи. Известен пример, когда плохо затянутый болт в цепи заземления приводил к сбоям АС, причину которого искали несколько лет.

Пример 7. При расчете погрешности СИ была проигнорирована динамическая погрешность, поскольку исходные данные для ее расчета не были указаны в эксплуатационной документации на СИ и не были выявлены в процессе приемосдаточных испытаний ввиду сложности постановки эксперимента, отсутствия времени и приборов для контроля величины погрешности. Во время эксплуатации системы фактическая погрешность в несколько раз превышает расчетную.

В приведенных примерах сложно обнаружить наличие погрешности в процессе сдачи системы в эксплуатацию или она появляется в процессе эксплуатации. Это приводит к снижению достоверности измерений несмотря на высокую инструментальную точность использованных СИ.

Общий подход к решению проблемы заключается в применении 2-ой, независимой системы или методики измерений для обнаружения ошибок. Можно использовать также целый комплекс мер, включая подбор персонала, соблюдение графика поверки, тщательность выполнения типовых и сертификационных испытаний системы, соблюдение методики измерений и обслуживания измерительной системы.

Термин достоверность иногда используется во 2-ом его значении - для указания вероятности того, что измеренное значение находится в заданном доверительном интервале при условии, что все промахи и ошибки измерительной системы и методики измерений исключены. Количественным выражением достоверности в данном случае является доверительная вероятность. Следует различать эти 2 значения одного и того же термина.