Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

Поэтому в интересах флота следует увеличивать межповерочныё сроки без уменьшения достоверности показаний. Одним из эффек­ тивных путей увеличения межповерочных сроков является повыше­ ние метрологической надежности средств измерений.

Метод сужения поверочных допусков — один из практических методов повышения метрологической надежности (кроме примене­

ния стабильных материалов, улучшения технологии изготовления

и т. д.). Сущность его заключается в том, что в измерительных схе­

мах и системах для измерения различных параметров контролируе­ мого объекта используется средство измерения большей точности

(т. е. с меньшими погрешностями), чем это требуется. Однако по­

верка такого средства должна осуществляться по заданному менее

точному пределу, например, необходимо контролировать какой-

либо параметр с погрешностью не более ± 2 ; 5%, но для его измере­

ния устанавливается прибор класса 1,5 или даже 1,0, при этом за

отказ (метрологический) следует принимать выход погрешности за

пределы ±2,5% (а не за пределы ±1,0). При таком подходе оказы­ вается, что если межповерочный срок согласно действующим поло­

жениям для приборов класса I установлен 1 год, а для приборов

класса 2,5 — 2 года, таким образом, уже имеется преимущество и

экономия.

Анализ эксплуатации различных судовых приборов и других

средств измерений показывает, что для конкретных установок обычно стремятся устанавливать как можно более точные средства

измерения, например, тахометры с ценой деления до 1— 2 об/мин,

при шкале до нескольких тысяч оборотов, что соответствует прибору

с погрешностью, составляющей доли процента. Как известно, с по­

добной погрешностью имеются только лабораторные приборы, аб­

солютно ненадежные в судовых условиях. Такая же картина наблю­

дается и с приборами измерения температуры, к которым предъяв­ ляются требования иметь погрешность не выше ±0,5% и т. д. Все это объясняется желанием разработчиков подтвердить характери­

стики своих механизмов при помощи приборов, аналогичных ис­

пользуемым ими в стендовых условиях. Фактически же при уста­ новке на суда приборов, удовлетворяющих всем необходимым тре­ бованиям, т. е. эксплуатационных приборов, их класс снижается до 1,5— 1,0. При одной из очередных поверок часть этих приборов

выходит за класс точности, т. е. установка некоторое время работает

иобслуживается приборами в несколько раз более грубыми, чем

были на стенде. Однако установка управляется по данным приборов

ивыполняет возложенные на нее задачи. Это означает, что выбор средств измерений для судовых установок проводится в значитель­ ной степени необоснованно и исходя только из ложных предпосылок

о том, что чем точнее прибор, тем лучше. Фактически это приводит

к установке на суда измерительной аппаратуры, метрологически мало­

надежной.

Таким образом, правильный и обоснованный выбор средств из­

мерений по точности способствует повышению их метрологической надежности и дает возможность для обоснованного увеличения меж­

235

поверочных сроков, т. ё. если для каких-либо параметров макси­

мально допустимые абсолютные погрешности равны и распределены

по нормальному закону, то, как указывалось выше, с целью повы­

шения достоверности измерения следует выбрать средства измерений

более точные, их погрешности согласно документации должны быть:

где п > 1.

Исходя из выражения (6.5.2) и упростив его на основании пред­

положения об экспоненциальном законе распределения, получим известное выражение

Р ы(0 = ехр (—It).

Можно доказать, что метрологическая надежность может быть выражена для принятых условий также в виде

грешностей во времени выбранных более точных средств измерений.

Из выражения (6.5.2) и (6.5.3)

Задаваясь различными t и используя таблицу функций инте­

грала вероятности Ф, можно решить уравнение (6.5.4) относи­

тельно 6 (/). Если дополнительно к этому провести расчеты для раз­ личных п, т. е. для различных уровней ужесточения допустимой по­

грешности, и результаты представить в виде графика, то можно легко по графику для любого конкретного случая выбрать средство измерения целесообразной точности.

Таким образом, этот метод позволяет по заданной метрологиче­ ской надежности и точности средств измерения определить целесооб­ разные межповерочные сроки для конкретного случая и, наоборот, по заданной надежности и допустимому для конкретной установки межповерочному сроку — выбрать и целесообразную точность

средств измерения.

Метрологическое обеспечение как способ повышения метрологи­ ческой надежности. Как уже указывалось, практически метрологи­

ческие отказы могут выявляться в период очередной поверки сред­

ства измерения, поэтому для поддержания средств измерения на высоком уровне по надежности, а следовательно, и для обеспечения

достоверности получаемой измерительной информации в течение

всего требуемого периода эксплуатации, необходимо соответствую­ щее метрологическое обеспечение и установление целесообразных

межповерочных сроков.

Метрологическое обеспечение очевидно должно начинаться с обес­

печения поверочными средствами, имеющимися на судах (встроен­

ными или переносными).

236

Рис. 6.11.

237

Кроме того, обслуживание более высокого ранга должно обеспе­

чиваться на берегу паспортизованными штатными поверочными

средствами. Иначе говоря, для своевременного обеспечения досто­

верности в течение длительных промежутков времени эксплуатации

и восстановления метрологических свойств средств измерений (кон­

трольная поверка и регулировка W (А"), а также обеспечение един­ ства измерений) при помощи образцовых средств необходимо созда­

вать специальную метрологическую цепь обеспечения в системе

флота. Такая цепь может быть предложена в виде схемы на рис. 6.11.

Следует отметить, что особенностью большинства средств измерений

Рис. 6.12.

является то, что они теряют эффективность (точность) не только при

эксплуатации, но и при хранении в результате необратимых измене­ ний, возникающих под действием внутренних и внешних факторов. Поэтому приведенная схема метрологической цепи актуальна и ре­ альна для хранящихся средств измерений. Эта схема справедлива для одного какого-либо параметра, т. е. для одного измерительного

комплекса или измерительного канала, применительно к системам

САК, и для случаев, когда измерение той или иной величины может

быть приведено к существующему эталону.

Так как на практике ряд параметров не обеспечен эталонами (особенно при косвенных измерениях), то при помощи имеющихся

эталонов с использованием теории и формул размерности необходимо производить их преобразование. В этом случае приведенная схема

не может быть использована и метрологическую сеть следует обра­

зовывать из совокупности эталонов и образцовых средств, напри­

мер, по схеме рис. 6.12.

Такая схема полностью обеспечит точность и единство измерений

в сфере эксплуатации, но при обоснованном и целесообразном меж­ поверочном интервале. Вопросы установления межповерочных интер­

валов регламентируются соответствующими документами.

238

Вопросы корректировки этих сроков, подход к их определению

здесь не рассматриваются. Однако при выполнении специальной

работы по корректировке указанных документов, устанавливаю­ щих целесообразные межповерочные сроки, должны учитываться

положения по метрологической надежности, изложенные выше. По­

скольку рассматриваются системы контроля (а не отдельные при­ боры, измерительные тракты или каналы), состоящие из ряда эле­

ментов, при их проверке и поверке, равно как и при эксплуатации,

обычно возникают трудности и разногласия по оценке общей погреш­

ности канала (или комплекта). Поэтому ниже рассматривается

именно этот вопрос.

На практике обычно применяются два способа суммирования частных погрешностей элементов, входящих в систему:

1)арифметическое сложение абсолютных предельных значений частных погрешностей;

2)квадратическое сложение, представляющее собой определе­

ние среднеквадратической погрешности.

Оба способа дают значительное отклонение от действительного

значения суммарной погрешности, причем первый дает завышенную

погрешность, а второй — заниженную. Для определения наиболее

вероятного значения общей погрешности представим, что комплект или тракт (канал) связан известной зависимостью со значением пара­

метров его элементов

где а „ — значение измеряемой величины на входе проверяемого комплекта; Х ( — значения параметров элементов этого комплекта.

Любые отклонения значений параметров X t от номинальных (систематические или случайные) создают погрешность рассматри­ ваемого тракта. Обычно погрешность контролируемого тракта вы­ числяется либо для фиксированных значений измеренной вели­ чины а 0, либо для фиксированных показаний контролируемого тракта до его погрешности и определится как

by = f(ao, Xyn) - f ( a o , *<V % , . . . , *<>„), (6.5.6)

где X 0l — номинальные значения параметров; X yi — действитель­ ные значения параметров.

Используя разложение Тейлора и учитывая, что при оценке погрешностей допустимо ограничиться лишь линейной частью фор­

Только при больших погрешностях целесообразно оценивать зна­ чение остаточного (нелинейного) члена разложения и сопоставить

его с величиной Ду для проверки допустимости пренебрежения

этим членом ряда,

239

При дальнейшем рассмотрении можно использовать наиболее привычную и широко применяемую относительную погрешность

причем, если Ду 4С у действительное показание средств измерения

мента.

Коэффициент К, называется коэффициентом относительного влия­

ния t-ro параметра.

В приведенной форме записи имеется то преимущество, что

в случае линейной связи параметров элементов с показаниями при­ бора, коэффициент К, = 1. Далее, поскольку всякое измерение про­ водится с погрешностью А, то вместо значения параметра Xqi, по­ лучим его оценку

где Дг — абсолютная погрешность измерения параметра t-ro эле­

мента.

Поскольку в подавляющем большинстве практических случаев не удается выявить систематическую погрешность, то At по существу является суммой систематической и случайной погрешностей из­

мерения. Очевидно, можно считать эту сумму как случайную по­ грешность, поскольку необнаруженная и нескомпенсированная си­

стематическая погрешность также может быть принята как слу­

чайная.

Учитывая, что при поверке средств измерений стремятся под­ держивать условия номинальными (равными градуировочным), по­

грешность измерения практически будет определяться погреш­ ностями образцовых поверочных средств: Д0(- — известной частью

240