Класифікація ЗВ за способом відліку

За способом відліку вимірювальних величин ЗВ поділяються на візуальні, які допускають тільки відлік показів, і реєструючі ЗВ. Реєструючі ЗВ за способом подання інформації про вимірювальну величину поділяються на самореєструючі ЗВ (самореєструючий вольтметр, барограф), друкуючі ЗВ (друк цифр на папері).

До візуальних приладів належать аналогові та цифрові прилади, які відрізняються характером функції, яка відображає зв`язок між вхідними та вихідними вимірювальними сигналами. Відлікові пристрої аналогових вимірювальних приладів складаються із шкали та покажчика-стрілки. Покази цих приладів є неперервними функціями зміни вимірювальних сигналів.

Цифрові вимірювальні прилади - це прилади, у яких неперервні величини, що вимірюються, автоматично перетворюються в дискретні вимірювальні сигнали, а покази цих приладів подаються в цифровій формі.

Підсумок: Тверде знання класифікації засобів вимірювань та критеріїв класифікації необхідне військовому метрологу під час експлуатації та обслуговуванні вимірювальних приладів.

5.2.2. Засоби вимірювальної техніки військового призначення

До ЗВ військового призначення (ЗВВП) належать ЗВ, які розроблені за тактико-технічними вимогами Міністерства оборони або за документацією міністерств оборонних галузей промисловості, яка узгоджена з Міністерством оборони і призначена для застосування на об`єктах вимірювання військового призначення у Збройних Силах і на підприємствах промисловості (рис.2).

ЗВВЗ, які використовують у промисловості, поділяються на ЗВ загального (універсального) застосування та ЗВ спеціального застосування. ЗВ спеціального застосування розроблюються для конкретного об`єкта й (або) групи об`єктів вимірювання військового призначення. Вони повинні бути виконані на конструктивних елементах даного об`єкту вимірювання військового призначення й розроблені з урахуванням вимог до зовнішнього впливу, які задані в дійсній НТД для даного об`єкта, а також мати характеристики ЗВ (наприклад, точність, діапазон вимірювання і т. п.), які адекватні відповідним характеристикам даного об`єкта. Належність ЗВ до категорії ЗВ спеціального призначення, як правило зазначається в його експлуатаційній документації.

Засоби вимірювання військового призначення, які застосовуються в Збройних Силах при експлуатації об`єктів вимірювань військового призначення, називають військовими ЗВ (ВЗВ). ВЗВ за рівнем універсалізації поділяються на загальновійськові ЗВ та спеціальні ВЗВ, а також на військові еталони та еталони-носії.

До загальновійськових ЗВ належать ВЗВ, які універсальні за своїми тактико-технічними характеристиками для застосування у видах Збройних Сил та родах військ незалежно від об`єкта вимірювання військового призначення. Загальновійськові ЗВ складають основу технічної бази метрологічного забезпечення ОВТ. Більшість ЗВ, які застосовуються у військах (більш як 96% від їх загальної кількості) є загальновійськовими. Вони використовуються для вимірювання більше 360 фізичних величин, які характеризують ефективність та бойову готовність ОВТ, боєздатність особового складу, умови бойової підготовки та ведення бойових дій. Ці ЗВ застосовуються у військах при вимірюванні більше як 50 радіотехнічних величин, більше як 50 електричних величин, 20 оптичних та світлових, 50 теплотехнічних та метеорологічних, 10 механічних, 20 іонізуючих випромінювань та 70 величин, які характеризують склад та властивості рідин та газів. Загальновійськові ЗВ виготовляються спеціалізованими галузями промисловості й заявляються окремо від зразків ОВТ. За своїми технічними та метрологічними характеристиками загальновійськові ЗВ, як правило, є більш досконалими ЗВ щодо спеціальних ВЗВ.

В останні роки значно підвищилась роль і значення спеціальних ВЗВ. Це обумовлено тим, що існуючий парк загальновійськових ЗВ не завжди задовольняє вимоги щодо умов експлуатації, маси й габаритів, швидкості вимірювання та контролю (низький рівень автоматизації). Крім цього, існуючий парк загальновійськових ЗВ ще не дозволяє утворювати системи вимірювання та контролю для комплексного вирішення задач із використанням вимірювальної інформації.

Висновок: Наявність чисельного парку загальновійськових засобів вимірювань не забезпечує високої ефективності метрологічного забезпечення озброєння і військової техніки.

5.2.3. Спеціальні засоби вимірювальної техніки військового призначення

До СПЕЦІАЛЬНИХ ВІЙСЬКОВИХ ЗВ (іноді їх називають сервісними ЗВ) відносять ВЗВ, які розроблені для конкретного об`єкта або групи об`єктів вимірювання військового призначення. Їх кількість порівняно невелика, але для ряду зразків ОВТ може складати від 20% до 60 % від загального числа ЗВ, які застосовують. Вони виготовляються або самими розробниками зразку ОВТ, або за заявкою спеціалізованими галузями промисловості й поставляються у війська, як правило, разом із зразками ОВТ. Спеціалізовані ЗВ, маючи ряд позитивних рис (зручність стиковки з об`єктом без застосування допоміжних з`єднувальних пристроїв, більш високі показники часу готовності, малий час для проведення контролю, підвищена стійкість до зовнішнього впливу і т. п.) мають ряд суттєвих недоліків, які пов`язані з його метрологічним забезпеченням.

Які приклад можна віднести до спеціальних засобів вимірювань КВРС (КИПС- рос.) контрольно-вимірювальні рухомі станції та АКВРС -(АКИПС- рос.)– автоматизовані контрольно-вимірювальні рухомі станції для проведення контролю параметрів ракет; вбудована система контролю РЛС 19Ж6; системи контролю літаків.

Для забезпечення єдності вимірювання у військах і потрібної точності вимірювання параметрів і характеристик ОВТ у Збройних Силах повинна бути військова еталонна база, яка зараз інтенсивно створюється.

ВІЙСЬКОВИЙ ЕТАЛОН (ВЕ) - еталон, який затверджений які вихідний для Збройних Сил. Військові еталони виступають як вторинні щодо державних.

Основне завдання, яке стоїть перед ВЕ, - атестація зразкових ЗВ вищої точності лабораторій вимірювальної техніки (ЛВТ) військ. Основною особливістю ВЕ є те, що вони повинні дозволяти проводити повірочно-атестаційні роботи як на місці дислокації ВЕ, так і безпосередньо на місцях експлуатації ВЗВ вищої точності за допомогою військових еталонів передавання. Порядок затвердження, метрологічної атестації й експлуатації ВЕ встановлюється державним військовим стандартом, а порядок передачі одиниці фізичних величин від ВЕ до ВЗВ регламентується відповідним положенням.

6. Похибки засобів вимірювання

6.1. Нормовані метрологічні характеристики засобів вимірювання

6.1.1. Метрологічні характеристики засобів вимірювання

Усі засоби вимірювань незалежно від їх конкретного виготовлення, мають ряд загальних властивостей, необхідних для виконання ними свого функціонального призначення. Технічні характеристики, які описують ці влативості й впливають на результати та на похибки вимірювань, називаються метрологічними характеристиками.

Перелік найважливіших із них регламентується ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.»

Комплекс нормованих МХ встановлюється таким чином, щоб з їх допомогою можна було оцінити похибку вимірювань.[33, 35]

1. Однією з основних МХ вимірювальних перетворювачів є статистична характеристика перетворення (інакше називається функцією перетворення або тарувальною характеристикою).

Вона встановлює залежність інформативного параметра y вихідного сигнала вимірювального пертворювача відінформативного параметра х вхідного сигналу:

y=f(x).

Статична характеристика нормується шляхом завдання у формі: ріняння, графіка або таблиці деякої номінальної статичної характеристики. Вона надається даному вимірювальному перетворювачу при номінальних значеннях неінформативних параметрів вхідного сигналу.

Поняття статичної характеристики можна застосовувати і до вимірювальних приладів. При цьому як невідому змінну х беруть значення вимірюваної величини або інформативного параметра вхідного сигналу, а як залежної величини – показ приладу.

Якщо статична характеристика перетворювання лінійна: y=kx, то коефіцієнт k називається чутливістю вимірювального приладу (претворювача). (У протилежному випадку як чутливісті слід розуміти похідну від статичної характеристики).

2. Важливою характеристикою шкальних вимірювальних приладів є ціна поділки. Або, іншими словами, це та зміна вимірювальної величини, якій відповідає переміщення показчика на одну поділку шкали. Якщо чутливість постійна в кожній точці діапазону вимірювання, то шкала називається рівномірною.

При нерівномірній шкалі нормується найменша ціна поділки шкали у вимірювальних приладів.

У цифрових приладів шкали в явному вигляді немає, і для них, замість ціни поділки, зазначається ціна одиниці меншого розряду числа в показі приладу.

3. Найважливішою характеристикою засобів вимірювань є похибка.

Абсолютна похибка – це алгебраїчна різниця між її номінальним Х_Н та дісним Х_Д значеннями:

    Х_Н – Х_Д (1)

(  х = х_ном – х (ГОСТ 16263-70) р.9.1.).

Звичайно  < < 1, тому у формулу (2), замість дійсного значення часто може бути підставлене номінальне значення міри або показ вимірювального приладу.

Якщо діапазон вимірювання приладу охоплює й нульове значення вимірюваної величини, то відносна похибка перетворюється у нескінченність у відповідній точці шкали (у точці “0”).

Нормуюче значення приймається значення, характерне для даного виду вимірювального приладу. Це може бути, наприклад діапазон вимірювань, довжина шкали і т.д. Правила вибору нормуючого значення наводяться в ГОСТ 8.009-84.

До числа характеристик похибки належить також варіація вихілного сигналу вимірювального пертворювача або варіація показів вимірювального приладу.

Варіація показів – найбільша можлива різниця між окремими показами ВП (вимір. приладу), що відповідають одному й тому ж відліку при незмінних зовнішніх умовах. Варіація характеризує стійкість показів приладу (і не повинна перевищувати їх).

До МХ також належать і динамічні характеристики засобів вимірювань: час встановлення показів або швидкодійність, амплітудно- і фазочастотної характеристики, а також діапазон вимірювань.

4. Час встановлення показів – це проміжок часу з моменту стрибкоподібної зміни вимірюваної величини до моменту, коли рухома частина відлікового пристрою ввійде в зону сталого стану (заштрихована зона на рис.1).

х_відк – значення першого відкиду показчика

При використанні цих двох характеристик нормування здійснюється шляхом обмеження діапазону частот, в якому відхилення модуля амплітудно-частотної характеристики від деякого номінального значення, а також фазові зсуви не перевищують деяких заданих величин: [    і      При цьому вказується амплітуда синусоїдальних коливань вхідного сигналу, для якої нормуються величини   і  , рис.2

частотні характеристики ЗВ

 _гр – гранична частота, при досягненніякоїзначення АЧХ A(  _гр відрізняється від значення A.

Висновок: Таким чином, у матеріалі даного питання розглянуті основні МХ засобів вимірювань, такі як: функція перетворення, ціна поділки, похибки засобів вимірювань, час встановлення, АЧХ, ФЧХ.

6.1.2. Нормування засобів вимірювання

Під нормуванням розуміють встановлення меж на допустимі відхилення реальних метрологічних характеристик засобів вимірювань від їх номінальних значень. Тільки шляхом метрологічних характеристик можна домогтись взаємозаміни засобів вимірювань і забезпечити єдність вимірювань у державі. Реальні значення метрологічних характеристик визначають при виготовленні засобів вимірювань і потім перевіряють періодично під час експлуатації. Якщо при цьому хоча б одна з метрологічних характеристик виходить за встановлені межы, то такий засіб вимірювань піддають або регулюванню, або вилучають з експлуатації.

Норми на значення метрологічних характеристик встановлюються стандартами на окремі види засобів вимірювань. При цьому встановлюэться відмінність між нормальними і робочими умовами застосування засобів вимірювань.

Нормальними вважаються такі умови застосування засобів вимірювань, при яких впливаючими на процес вимірювання величинами є:

- температура;

- вологість;

- частота;

- напруга живлення;

- зовнішні магнітні поля і т. д., а також неінформативні параметри

вхідних і вихідних сигналів (можна знехтувати).

Нормальні області значень впливаючих величин вказуються в стандартах або технічних умовах на засоби вимірювань даного виду в формі номіналів із нормованими відхиленнями.

Робоча область значень впливаючих величин менша ніж нормальна область значень. В її межах метрологічні характеристики значно залежать від впливаючих величин. Їх зміна нормується стандартами на засоби вимірювань у формі функцій впливу або найбільших допустимих змін. За межами робочої області метрологічні характеристики приймають непередбачені значення.

Для нормальних умов експлуатації засобів вимірювань повинні нормуватись:

а) характеристики підсумкової похибки (систематичної та випадкової складових);

б) вхідний імперанс вимірювальних приладів і перетворювачів;

в) вихідний імперанс перетворювачів;

г) динамічні характеристики;

д) неінформативні параметри вихідного сигналу.

Підсумкова похибка Δ засобів вимірювань у нормальних умовах експлуатації називається основною похтбкою й нормується заданням меж допустимого значення Δ _Д або того найбільшого значення, при якому засіб вимірювань не може бути придатним до застосування.

Усі характеристики похибки можуть виражатись у формі абсолютних, відносних або зведених похибок, як функції вимірюваної величини у вигляді формул, графіків або таблиць.

Наведені вище метрологічні характеристики слід нормувати не тільки для нормальної, а й для всієї робочої області експлуатації засобів вимірювань.

Найбільші допустимі зміни зазначаються у вигляді зони в одиницях даної метрологічної характеристики або у відсотках від її значення, нормованого для нормальних умов.

Для різних за призначенням і властивостями засобів вимірювань можуть нормуватись не всі вищеперераховані метрологічні характеристики, а тільки деякі з них.

Для засобів вимірювань, які використовуються тільки окремо, не підлягають нормуванню статична функція перетворення, вихідний імперанс і неінформативні параметри вихідного сигналу, оскільки ці характеристики несуттєві для засобів вимірювань даної групи.

Для засобів вимірювань, які використовуються окремо, точність яких завідомо перевищує потрібну точність вимірювань, нормуються тільки межі допустимого значення підсумкової похибки та найбільші допустимі зміни метрологічних характеристик.

Якщо точність засобів вимірювань узгоджена з потрібною точністю вимірювань, то необхідно нормувати окремо характеристики систематичної і випадкової похибки і функції впливу. Тільки за їх допомогою можна знайти підсумкову похибку в робочих умовах застосування засобів вимірювань.

Висновок: Таким чином, у даному питанні коротко розглянуті питання нормування метрологічних характеристик, та складових похибки (маємо на увазі систематичну та випадкову складові) та умови нормування похибки для засобів вимірювань, які застосовуються окремо.

6.1.3. Класи точності засобів вимірювання.

Для порівняння між собою ЗВ, призначених для вимірювання однієї й тієї ж фізичної величини, застосовується умовна характеристика – клас точності [2, 6].

Клас точності – це узагальнена характеристика засобів вимірювань, яка визначається межами допустимих основних і додаткових похибок, а також рядом інших властивостей, які впливають на точність вимірювань, які роблять за їх допомогою.

Класи точності регламентуються стандартами на окремі види засобів вимірювань із використовуванням метрологічних характеристик і способів їх нормування.

Способи встановлення класів точності викладені в ГОСТ 8.401-80 “ГСИ. Классы точности средств измерения. Общие требования.”

Для більшості засобів вимірювань позначення класів точності вводиться залежності від способів задання границь основної похибки, що допускається.

Межею допустимої похибки засобу вимірювань називається найбільша (без врахування знака) його похибка, при якій він може бути визначений придатним і допущений до застосування.

Наприклад, межі допустимої зведеної похибки вольтметра класу точності 1 дорівнюють ±1% від верхньої межі вимірювань.

Відповідно до ГОСТ 8.401-80 межі допустимої абсолютної основної похибки (в одиницях вимірювальнолї величини) позначаються наступним чином:

Δ = ± a (6)

або

Δ = ± (a+bx), (7)

де: x– значення вимірюваної величини;

a, b – доданки числа, які не залежать відx.

Границі допустимої відносної основної похибки (у відсотках):

δ = ± c (8)

або

δ = ± [c+d(x_K/x-1)] (9)

де: c, d – позитивні числа;

x_K – кінцева (більша) позначка (показ) межі вимірювань.

Межі допустимої зведеної похибки встановлюють за допомогою формули:

Допускаються межі відносної основної похибки виражати в децибелах:

δ = Alg(1+ Δ /x) (11)

де А – коефіцієнт, рівний 10 при вимірювання потужності і 20 – при вимірювання напруги, сили струму, напруженості електричного поля.

(де число p вибирається із ряду p=1*10ⁿ; 1.5*10ⁿ; 2*10ⁿ; 2.5*10ⁿ; 4*10ⁿ; 5*10ⁿ; 6*10ⁿ (n=1; 0; -1; -2; і т.д.))

Клас точності хоч і характеризує сукупність метрологічних властивостей даного засобу вимірювань, однак не визначає однозначно точність вимірювань, так як остання залежить також від методу вимірювань й умов їх виконання.

Наприклад, клас точності характеризує:

- для вольтметра змінного струму – його найбільшу допустиму основну похибку;

- допустимі зміни показів, які виникають внаслідок відхилення від нормальних значень температури, частоти змінного струму, зовнішніх магнітних полів та інщих впливаючих величин;

- для нормальних елементів – межі, в яких повинно знаходитись дійсне значення їх ЕРС (електрорушійна сила); стабільність протягом певного часу;

- для електро- і радіовимірювальних приладів – межі допустимих основної та додаткової похибок, які встановлюються у вигляді абсолютних, відносних і зведених похибок або у вигляді визначеного числа поділок шкали.

Більш характерним для радіовимірювальних приладів є вираз точності вимірювання через абсолютну та відносну похибки та, у меншій мірі, через зведену похибку, для електровимірювальних приладів – через зведену похибку.

Таким чином, можна відмітити три способи нормування основної похибки вимірювальних приладів і перетворювачів:

а) нормування заданням меж допустимої основної абсолютної або зведеної похибки ± Δ або ± δ, постіних у всьому діапазоні вимірювання або перетворення;

б) нормування заданням меж допустимої основної абсолютної або відносної похибки ± Δ або ± δ у функції вимірюваної величини згідно з формулами (7) і (9);

в) нормування заданням постійних меж допустимої основної похибки, різних для всього діапазону вимірювання та одних або декількох нормованих ділянок або різноманітних для різних діапазонів вимірювання (для багатомірних приладів).

Перший спосіб широко застосовується для нормування основної похибки більшості порівняно вузькомежових стрілочних вимірювальних приладів, а також для вимірюваьних перетворювачів. Останні два способи відповідають у більшій мірі умовам вимірювання при використанні широкограничних приладів.

Для різних умов експлуатації засобів вимірювань у рамках одного й того ж класу точності допускається встановлювати різні робочі області впливаючих величин. Наприклад, для засобів вимірювань електричних і магнітних величин ГОСТ 22261-82 встановив значення (області значень) впливаючих величин. Вони характеризують кліматичні дії й електроживлення засобів вимірювань у нормальних умовах застосування та допустимі відхилення від них.

Таблиця 1.

* Для мір електричного опору класів точності 0.0005; 0.001; 0.002.

** Для приладів випрямляючої системи.

Через з велике різномаття засобів вимірювань та їх метрологічних характеристик ГОСТ 8.401-80 визначені способи позначення класів точності. Причому вибір того або іншого способу залежить від того, в якому виді нормована похибка засобу вимірювань.

Приклади позначення класів точності наведені в таблиці 2.

Таблиця 2

Формула для визначення меж допускаємих похибок	Приклади границь допустимої основної похибки	Позначення класу точності	Примітки
У документації	На засобах вимірювань
Δ = ± a	-	Клас точності М	М	-
Δ = ± (a+bxn)	-	Клас точності С	С	-
	γ = ± 1.5	Клас точності 1.5	1.5	Якщо XNвиражене в одиницях величини
γ = ± 0.5	Клас точності 0.5	0.5	Якщо XNвизначається довжиною шкали (її частиною)
	δ = ± 0.5	Клас точності 0.5	0.5	-
		Клас точності 0.02 / 0.01	0.02 / 0.01	-

При виборі приладу для вимірювань слід враховувати, що клас точності приладу визначається основною граничною абсолютною похибкою, якій на різних позначках шкали будуть відповідати різні значення відносної похибки. Наприклад, для вольтметра з шкалою 0-150 В класу точності 1.5 основна гранична абсолютна похибка складає 2.25 В, а відносна похибка, %, на позначках шкали 25 і 100 В буде відповідно

З метою зменшення відносної похибки треба вибирати верхню межу шкали вимірювального приладу такою, щоб очікуване значення вимірюваної величини (показ) знаходилось в останній третині (або половині) її.

Залежно від точності всі засоби вимірювань розподіляють на еиалони, зразкові й робочі засоби вимірювань. По еталонам та вихідним зразкових засобах вимірювань здійснюють повірку метрологічних (точнісних) характеристик засобів вимірювань більш нижчих класів точності – підлеглих зразкових і робочих засобів вимірювань.

Висновок: Таким чином у даному питанні розглянуті поняття класу точності, межі основної допустимої похибки, розглянуті приклади позначення класу точності.

Слід відмітити, що нормування похибок засобів вимірювань само по собі не може забезпечити єдності вимірювань. Для досягнення цієї мети (єдності вимірювань) необхідна регламентація самих методик проведення вимірювань, які регламентує ГОСТ 8.010-72 “ГСИ. Общие требования к стандартизации и аттестации методик проведения измерений”.

6.2.Метрологічна надійність засобів вимірювання

6.2.1.Метрологічна надійність засобів вимірювання

У процесі експлуатації будь-якого засобу вимірювань може виникнути несправність або поломка, які називаються відмовами. Раптові відмови, у наслідок їх випадковості, неможливо зпрогнозувати. Для більшого числа серійно випусщених електричних і радіотехнічних елементів засобів вимірювань (транзисторів, резисторів, конденсаторів, котушок індуктивності і т.д.) є спеціальні таблиці, в яких вказується інтенсивність l їх відмов – це кількість відмов за одиницю часу.

Якщо довідкові дані відсутні, то їх можна отримали експериментально в результаті випрбувань елементів на надійність.

Для цього N однотипним елементам задаються звичайні режими їх роботи й фіксується число відмов за визначений проміжок часу Dt. Інтенсивність відмов елемента обчислюється в цьому випадку за формулою:

(1).

Знаючи інтенсивність відмов кожного елемента , можна вичислити інтенсивність відмов засобу вимірювань, який складається з цих елементів:

(2),

де: n – кількість типів елементів, які входять до складу засобу вимірювань;

- кількість елементів і-го типу.

Імовірність безвідмовної роботи засобу вимірювань:

, (3)

а середній час безвідмовної роботи, так зване напрацювання на відмову,

. (4)

Інтенсивність відмов , імовірність безвідмовної роботи P(t) і напрацювання на відмову Tcp називаються показниками надійності засобів вимірювань. Так як випадкова відмова може трапитись у будь-який момент, незалежно від того, скільки часу працював ЗВ, то інтенсивність раптових відмов від часу не залежить:

(t) = = const. (5)

Тому, коли говорити про раптові відмови, імовірність безвідмовної роботи і напрацювання на відмову визначаються більш простими виразами:

.

.

За характером свого вияву раптові відмови є справжніми. Вони порівняно легко виявляються, і після з’ясування причин несправності, які виникають, ліквідовуються. Складніша справа з діагностикою так званих поступових відмов, які полягають в тому, що з протягом часу метрологічні характеристики перестають відповідати встановленим для них нормам, і ЗВ внаслідок цього стає непридатним для застосування за призначенням. Такі відмови приховані і можуть бути виявлені тільки при черговій повірці ЗВ.

Тому міжповірочні інтервали встановлюються виходячи з вимог забеспечення метрологічної надійності засобів вимірювань.

Метрологічна надійність – це властивість зазобів вимірювань зберігати встановлені значення метрологічних характеристик протягом визначеного часу при нормальних режимах і робочих умовах експлуатації.

Метрологічна відмова - вихід метрологічних характеристик (або однієї метрологічної характеристики) засоба вимірювань за граничні норми.

Метрологічні відкази є результатом старіння та зносу елементів та вузлів засоба вимірювань. Їх інтенсивність протягом певного часу зростає.

Показники меторологічної надійності ЗВ визначаються експериментально. Із цією метою здійснюються випробування засобів вимірювання на метрологічну надійнсіть. Для випробування відбираються N зразків однотипних ЗВ. У кожного зразка встановлюється індивідуальне значення досліджуваної метрологічної характеристики. Потім визначається закон розподілу ймовірності метрологічної характеристики і його числові характеристики. У більшості випадків закон розподілу ймовірності буває нормальним з оцінками середнього значення й дисперсії. Цим займаються науково-дослідні інститути.

У процесі експлуатації може здійснюватись корекція (зміна) міжповірочних інтервалів в одну або іншу сторону (зменшення або збільшення).

Висновок: Розглянуті питання метрологічної надійності ЗВ, від чого вона (метрологічна надійність) залежить і як визначаються міжповірочні інтервали.

6.2.2 Регулювання і тарування засобів вимірювання

Таруванням називається процес нанесення поміток на шкали засобів вимірювань, а також визначення значень вимірюваної величини, які відповідають уже нанесеним поміткам, для складання тарувальних кривих або таблиць.

Розрізняють такі способи тарування:

1. Використовування типових (друкованих) шкал. Для більшості робочих і багатьох зразкових приладів використовують типові (друковані) шкали, які виготовляються заздалегідь відповідно до рівняннь статичної характеристики ідеального приладу. Якщо статична характеристика лінійна, то шкала виявляється рівномірною. При регулюванні параметрам елементів приладу експериментально надаються такі значення, при яких похибка в точках регулювання буде дорівнювати нулю.

2. Індивідуальне тарування шкал. Індивідуальне тарування шкал здійснюють у тих випадках, коли статична характеристика приладу нелінійна або близька до лінійної. Але при цьому характер зміни систематичної похибки в діапазоні вимірювання випадковим чином змінюється від приладу до приладу даного типу (наприклад, внаслідок розкиду нелінійності характеристик чутливого елемента), так, що регулювання не дозволяє зменшити основну похибку до меж, що допускаються.

Індивідуальне тарування шкал проводять в такому порядку. На попередньо відрегульованому приладі встановлюють циферблат, де ще не нанесені помітки. До вимірювального приладу підводять послідовно вимірювані величини декількох наперед заданих або вибраних значень. На циферблат наносять позначки, які відповідають положенням покажчика при цих значеннях вимірюваної величини. Відстань між позначками ділять на рівні частини.

При індивідуальному таруванні систематична похибка зменшується у всьому діапазоні вимірювання, а в точках, отриманих при градуюванні, вона досягає значення, рівного похибці зворотного ходу.

3. Тарування умовної шкали. Умовною називається шкала з деякими умовно рівномірно нанесеними поділками. Такі поділки, наприклад, наносяться через міліметр або кутовий градус. Тарування шкали полягає у визначенні за допомогою зразкових мір або вимірювальних приладів значень вимірюваної величини, яка відповідає деяким поміткам, нанесеним на ній. У результаті визначають залежність числа поділок шкали, пройдених покажчиком, від значення вимірюваної величини. Цю залежність зображають у вигляді таблиці або графіка. Якщо потрібно позбавитись і від похибки зворотного коду, тарування здійснюють роздільно при прямому та зворотному ході.

6.2.3. Калібрування засобів вимірювання

Усі засоби вимірювань, які призначені для серійного виробництва, ввозу із-за кордону партіями та запуску в обіг у державі, підлянають із боку органів Державної метрологічної служби обов’язковим державним випробуванням. Під цими випробуваннями розуміють експертизу технічної документації на засоби вимірювань та їх експериментальні дослідження для визначення рівня відповідності встановленим нормам.

Організація та порядок проведення державних випробувань засобів вимірювань викладені в міждержавному стандарті ГОСТ 8.001-80.

Мета випробувань – забезпечити високий технічний рівень приладобудування, відповідність характеристик ЗВ сучасним вимогам.

Встановлені два типи державних випробувань:

- приймальні випробування дослідних зразків ЗВ нових типів, які намічені в серійний випуск (державні приймальні випробування);

- контрольні випробування зразків із серійно випущених ЗВ (державні контрольні випробування).

Державні приймальні випробування здійснюються метрологічними органами Держстандарту або, в окремих випадках, державними комісіями, які складаються з представників метрологічних інститутів, організацій–розробників й інших.

Державні контрольні випробування здійснюються територіальними організаціями Держстандарту. Їх мета – перевірка відповідності випусщених із виробництва ЗВ, які ввозяться із-за кордону вимогам, стандартів і технічних умов.

Важливою формою державного нагляду за вимірювальною технікою є державна (і відомча) повірка засобів вимірювань, яка служить для встановлення їх метрологічної справності.

Засоби вимірювань підлягають первинній, періодичній, позачерговій і інспекціонній повіркам.

Первинна повірка – здійснюється при випуску ЗВ в обіг при виробництві або ремонті.

Періодична повірка – здійснюється при експлуатації й зберіганні ЗВ через визначені міжповірочні інтервали. Ці інтервали встановлені з розрахунку забеспечення метрологічної справності ЗВ на період між повірками.

Інспекційна повірка – здійснюється для виявлення метрологічної справності ЗВ, які знаходяться в обігу; при проведенні метрологічної ревізії в організаціях, установах, торгових організаціях, на підприємствах, складах і базах.

ОБОВ’ЯЗКОВІЙ ДЕРЖАВНІЙ ПОВІРЦІ ПІДЛЯГАЮТЬ:

1) ЗВ, які застосовуються органами державної метрологічної служби.

2) Зразкові ЗВ, які застосовуються як вихідні в метрологічних органах міністерств і відомств; які застосовуються в метрологічних підрозділах приладобудівних, приладоремонтних підприємств при таруванні і повірці ЗВ.

3) ЗВ, які застосовуються при обліку матеріальних цінностей, взаємних розрахунках і торгівлі.

4) ЗВ, зв’язані з охороною здоров’я людей і технікою безпеки;

5) ЗВ, які застосовуються при державних випробуваннях нових ЗВ і при державній атестації якості продукції.

6) ЗВ, результати яких використовуються для регістрації офіційних спортивних міжнародних і національних рекордів.

Так, наприклад, до робочих засобів вимірювань, які підлягають обов’язковій державній повірці, належать:

1. Ваговимірювальні прилади, витратоміри, лічильники електроенергії, газу, нафтопродуктів і води, паливо- і маслорозподільчі колонки й ряд іншиз приладів, які застосовуються в торговлі.

2. Шумоміри, дозиметри; рентгенометри, сфигманометри та тонометри, медичні термометри та інші прилади, які служать для охорони здоров’я.

3. Радіометри, вимірювачі напруженості поля НВЧ, газоаналізатори та інші вимірювальні прилади, які забеспечують безпеку робіт і т.п.;

Усі інші ЗВ підлягають обов’язковій відомчій повірці.

7. Вимірювальні комплекси і системи

7.1. Принципи будови агрегатованих комплексів засобів вимірювання і автоматизації

7.1.1. Основні принципи будови

Сучасний розвиток науки та техніки характеризується широким застосуванням радіоелектроніки й усе більшою роллю засобів вимірювань.

Технічна ефективність ЗВ визначається їх метрологічними характеристиками, і у першу чергу, достовірним забезпеченням заданої похибки вимірювання.

Економічна ефективність визначається затратами на одне вимірювання й залежить від часу вимірювання, вартості ЗВ, строку його служби, кваліфікації оператора, вартості ремонту та повірки.

Так як фізіологічні можливості людини, яка проводить вимірювання, обмежені, то основним шляхом підвищення ефективності засобів електрорадіовимірювань є автоматизація, або зниження ролі оператора в процесі вимірювання майже до його повного виключення і виконання його функцій пристроями, які вводяться в ЗВ.

Автоматизація засобів вимірювань іде в напрямках вдосконалення спеціалізованих вимірювальних приладів й створення багатофункціональних вимірювальних приладів і систем.

Треба зауважити, що частина приладів, які вимірюють поодинокі величини у загальній кількості ЗВ поступово знижується.

У засобах електрорадіовимірювань можуть бути автоматизовані наступні процеси:

1. Вибір режимів і меж вимірювання.

2. Настроювання, тарування та корекція похибок.

3. Виконання функціональних перетворювань і обчислювальних операцій для отримання прямого показу вимірювальної величини.

4. Діагностика працездатності.

5. Керування функціонуванням.

Крім цього, у вимірювальних системах виконується автоматичний збір вимірювальної інформації від різних джерел.

Рішення задач експлуатації сучасного озброєння та військової техніки, промислового контролю та керування технологічними процесами, дослідження складних об‘єктів та явищ при організації наукового експерименту потребує виконання вимірювальних операцій й обробки великих потоків вимірювальної інформації, її зберігання та компактного представлення, а також широкого застосування вимірювальної техніки разом з обчислювальною. Усе це веде до переходу від автономних ЗВ до комплексних вимірювальних систем.

Залежно від значення та особливостей вимірювальних задач, а також складу засобів розрізнюють:

ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ (ВС) - сукупність ЗВ і допоміжних засобів, які з‘єднані між собою каналами зв‘язку і призначені для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, зручній для автоматичної обробки, передачі та використання в автоматизованих системах керування;

ВИМІРЮВАЛЬНО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС (ВОК) - сукупність технічних та програмних засобів, організованих таким чином, щоб на їх основі легко реалізовувались автоматизовані системи вимірювання, збору інформації з різних приладів та датчиків, обробка результатів вимірювання з метою отримання математичної моделі досліджуваного об‘єкту та керування планованим експериментом;

ІНФОРМАЦІЙНО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНА СИСТЕМА (ІОС) - сукупність функціонально об‘єднаних ЗВ різних фізичних величин, обчислювальних та інших допоміжних технічних пристроїв, яка призначена для отримання вимірювальної та іншої інформації про досліджуємий об‘єкт в умовах його функціонування або зберігання, її перетворення та обробки з метою надання споживачеві в доступному вигляді.

Загальними ознаками ВС та ІОС є:

конструктивна самостійність структурних елементів; можливість вимірювання декількох фізичних величин; загальне керування функціонуванням вимірювальних каналів; рознесення елементів систем у просторі.

Основна їх відмінність у тому, що вимірювальні системи призначені тільки для збору інформації, у той час як задачами ВОС є також контроль, технічна діагностика, збір, обробка та передача повідомлень як вимірювального, так і невимірювального характеру.

Використання в складі ІОС програмно-керованих цифрових обчислювальних ЗВ дозволяє при відповідному програмному забезпеченні виконувати функції систем різного значення. Такі системи мають визначену універсальність і їх називають вимірювально-обчислювальними системами (ВОС). Основою ВОС є ВОК.

На основі ВОК можливе створення ІОС шляхом:

підключення до входу вимірювальних каналів ВОК первинних перетворювачів (датчиків) вимірювальних величин з уніфікованим електричним вихідним сигналом;

генерації на основі програмних компонентів ВОК програм обробки інформації та керування експериментом, які орієнтовані на вирішення конкретних задач;

підключення до виходів каналів виводу сигналів керування об‘єктом засобів (регуляторів), які діють безпосередньо на об‘єкт.

Для сучасних ІВС характерний агрегатований або модульний принцип будови.

7.1.2. Принципи будови агрегатованих засобів вимірювань і автоматизації

Основним методом створення інформаційно-вимірювальних систем є агрегатування.

АГРЕГАТУВАННЯ - метод конструювання (компонування виробів або їх груп) із взаємозамінними уніфікованими складовими частинами (агрегатів, вузлів, блоків) багаторазового використання.

Основою нормативного забезпечення приладобудування є комплекс стандартів, який об‘єднаний у єдину систему стандартів приладобудування (ЕССП), основні положення якої викладені в ГОСТ 26.001-80. ЕССП розповсюджується на ЗВ та засоби автоматизації (ЗВА), які виготовляються та застосовуються в різних галузях народного господарства, для потреб оборони, наукових досліджень і які виконують одну або декілька основних функцій щодо сприйняття, перетворення, вимірювання, обробки, передачі, зберігання, відображення, використання інформації, а також допоміжні функції.

АГРЕГАТОВАНИЙ КОМПЛЕКС являє собою упорядковану сукупність технічних засобів, програм і потрібної документації, яка відповідає вимогам відповідності функціональному призначенню автоматизованого комплексу. Основними ознаками агрегатування є:

конструктивна зворотність, можливість багаторазового застосування в нових комплексах, компонування одних і тих же складових частин;

функціональна закінченість агрегатованих засобів, можливість їх самостійного використання;

підпорядкованість основних параметрів агрегатованих засобів загальним вимогам;

єдність пристроїв з‘єднання та підключення агрегатованих складових частин;

високий рівень взаємозаміни;

змінювання функціональних властивостей комплексу після перестановки агрегатованих складових частин.

Агрегатування при створенні нових виробів дозволяє зменшити обсяг конструктивних робіт, скоротити строки підготовки виробництва, знизити вартість агрегатованих складових частин, полегшити модернізацію виробів шляхом змінювання конструкції морально застарілих складових частин.

Агрегатовані комплекси ЗВА створюються з метою вирішення задач автоматизації вимірювань, контролю, діагностики та керування об‘єктами та процесами.

Комплекс вимог до агрегатованих засобів, які застосовуються для побудови ВОС, визначений державними стандартами ГОСТ 22315-77, ГОСТ 22316-77, ГОСТ 22317-77, ГОСТ 23915-79, ГОСТ 24130-80 та іншими.

Агрегатовані комплекси ЗВА створюються й удосконалюються на принципах відповідності функціональному призначенню агрегатованого комплексу, сумісності ЗВА та розвитку агрегатованого комплексу.

ПРИНЦИП ВІДПОВІДНОСТІ агрегатованого комплексу функціональному призначенню та сукупності вирішуваних задач досягається забезпеченням функціональної, структурної й параметричної повноти комплексу.

ФУНКЦІОНАЛЬНА повнота забезпечує можливість синтезу систем і досягається встановленням потрібного набору основних та допоміжних функцій, які виконуються ЗВА для вирішення сукупності задач.

СТРУКТУРНА повнота агрегатованого комплексу забезпечує можливість синтезу різних за структурою та складом систем і визначає структуру комплексу. Структурною одиницею агрегатованого комплексу є виріб, який реалізує функціональну одиницю з вхідними та вихідними сигналами конкретного виду. Структурна повнота агрегатованого комплексу досягається включенням в його склад потрібного набору структурних одиниць для виконання функціональних перетворень заданої сукупності сигналів.

ПАРАМЕТРИЧНА повнота забезпечує можливість побудови із ЗВА систем із потрібними технічними характеристиками, які оптимізовані за деяким критерієм, наприклад, за точністю, надійністю або вартістю. Параметрична повнота досягається встановленням оптимальних параметричних рядів по кожній структурній одиниці комплексу.

ПРИНЦИП СУМІСНОСТІ ЗВА забезпечує узгоджену роботу в передбачених сполученнях у складі агрегатованих систем і потрібних під час автоматизованої повірки. Вона досягається єдністю інтерфейсів, уніфікацією та стандартизацією вимог за функціональною, експлуатаційною, конструктивною та надійностною сумісністю.

Агрегатовані комплекси включають технічну, програмну та нормативну частини.

Технічна частина складається із оптимальних за вибраними критеріями функціонально-параметричних рядів ЗВА.

Програмна частина складається із сукупності програм системного та прикладного математичного забезпечення, яке розроблено відповідно до функціонального призначення.

Нормативна частина складається із експлуатаційної документації та систем НТД на АК у цілому і ЗВА АК.

Агрегатовані комплекси ЗВА розрізнюють за способом агрегатування та за ступенем універсальності.

За способом агрегатування розрізнюють приладно-модульні агрегатовані комплекси (ПМАК) і функціонально-модульні (ФМАК). Основу ПМАК складають експлуатаційно закінчені ЗВА в модульному виконанні, які призначені для автономного використання й агрегатування в системи, які мають індивідуальне джерело живлення, самостійний комплекс та незалежне керування.

Основу ФМАК складають конструктивно й функціонально закінчені ЗВА в модульному виконанні, але не призначені для автономного застосування, із сукупності яких утворюються різні експлуатаційно закінчені ЗВА агрегатованого комплексу та системи.