Метрологическая надежность и

Межповерочные интервалы

 

Одной из основных форм поддержания СИ в метрологически исправном состоянии является его периодическая поверка, Она проводится метрологическими службами согласно правилам, изложенным в специальной нормативно-технической документации. Периодичность поверки должна быть согласована с требованиями к надежности СИ. Поверку необходимо проводить через оптимально выбранные интервалы времени, называемые межповерочными интервалами (МПИ).

Момент наступления метрологического отказа может выявить только поверка СИ, результаты которой позволят утверждать, что отказ произошел в период времени между двумя последними поверками. Величина МПИ должна быть оптимальной, поскольку частйе поверки приводят к материальным и трудовым затратам на их организацию и проведение, а редкие — могут привести к повышению погрешности измерений из-за метрологических отказов.

Межповерочные интервалы устанавливаются в календарном времени для СИ, изменение метрологических характеристик которых обусловлено старением и не зависит от интенсивности эксплуатации. Значения МПИ рекомендуется выбирать из следующего ряда: 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 9; 12; 6К месяцев, где К — целое положительное число. Для СИ, у которых изменение MX является следствием износа его элементов, зависящего от интенсивности эксплуатации, МПИ назначаются в значениях наработки.

При нахождении МПИ выбирается MX, определяющая состояние метрологической исправности средства измерений. В качестве таких характеристик, как правило, используются основная погрешность, СКО случайной составляющей погрешности и некоторые другие. Если состояние метрологической исправности определяют несколько MX, то из них выбирается та, по которой обеспечивается наибольший процент брака при поверках.

Вопросу обоснованного выбора продолжительности МПИ посвящено большое число работ, обзор которых дан в [96]. В настоящее время существуют три основных пути их определения:

• на основе статистики отказов;

• на основе экономического критерия;

• произвольное назначение первоначального МПИ с последующей корректировкой в течение всего срока службы СИ.

Выбор конкретного метода определения продолжительности МПИ зависит от наличия исходной информации о надежности и стабильности СИ. Первый способ является эффективным при условии, что известны показатели метрологической надежности. Наиболее полная информация такого рода содержится в моделях, описывающих изменение во времени MX средств измерений. Эти модели рассмотрены в разд. 13.3. При известных параметрах моделей МПИ определяется моментом выхода погрешности за нормируемый для данного СИ допуск. Однако большой разброс параметров и характеристик процессов старения СИ приводит к большой погрешности расчета МПИ с помощью таких моделей.

Применение методов расчета МПИ, основанных на статистике скрытых и явных отказов, требует наличия ^большого количества экспериментальных данных по процессам изменения во времени MX средств измерений различных типов. Такого рода исследования весьма трудоемки и занимают значительное время. Этим объясняется тот факт, что опубликованных статистических данных о процессах старения приборов различных типов крайне мало. В технических описаниях СИ, как правило, приводится средняя наработка до отказа, средний или гамма-процентный ресурс и срок службы. Этого явно недостаточно для расчета МПИ.

Определение межповерочного интервала по экономическому критерию состоит в решении задачи по выбору такого интервала, при котором можно минимизировать расходы на эксплуатацию СИ и устранять последствия от возможных ошибок, вызванных погрешностями измерения. Исходной информацией для определения МПИ служат данные о стоимости поверки и ремонта СИ, а также об ущербе от изъятия его из эксплуатации и от использования метрологически неисправного прибора. Основная сложность применения этого метода состоит в следующем. Затраты на ремонт и поверку СИ достаточно легко определяются по нормативным документам, В отличие от них потери из-за использования приборов со скрытым метрологическим отказом на практике, как правило, неизвестны. Приходится прибегать к приближенным моделям» описывающим затраты на эксплуатацию СИ со скрытыми метрологическими отказами в виде функции потерь того или иного вида [9, 56, 96].

Один из вариантов определения МПИ по экономическому критерию приведен в рекомендации МИ 2187-92 "ГСИ. Методы определения межповерочных и межкалибровочных интервалов средств измерений".

Наиболее универсальным является метод, состоящий в произвольном назначении МПИ с последующей корректировкой его величины. В этом случае при минимальной исходной информации назначается первоначальный интервал, а результаты последующих поверок являются исходными данными для его корректировки.

Основной трудностью данного метода является назначение первого МПИ. Преодолеть ее возможно тремя путями [96]. Во первых, для определения протяженности первого МПИ могут быгь использованы показатели метрологической надежности поверяемого СИ. Во-вторых, длительность первого интервала может быть оценена исходя из анализа данных по эксплуатации аналогичных поверяемому по конструкции и технологии производства СИ. В-третьих, первый МПИ выбирается в соответствии с рекомендациями нормативных документов государственных и ведомственных метрологических служб.

Последующие значения МПИ ощ>еделяются путем корректировки первого интервала с учетом результатов проведенных поверок большого числа однотипных СИ

Контрольные вопросы

 

1. Что такое отказ? Чем отличается метрологический отказ от неметрологического?

2. Сформулируйте определение метрологической исправности средства измерений.

3. Что такое метрологическая надежность средства измерений?

4. Сформулируйте определение стабильности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости средств измерений.

5. Чем вызвано изменение во времени метрологических характеристик средств измерений? Каким образом могут быть математически описаны эти изменения?

6. Что такое линейная модель изменения погрешности во времени?

7. Что такое экспоненциальная модель изменения погрешности во времени?

8. Что такое логистическая модель изменения погрешности во времени?

9. Назовите основные показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости средств измерений.

10. Что называется межповерочным интервалом?

11. Какие способы выбора межповерочных интервалов существуют?

12. Назовите нормативные документы, в которых рассматриваются вопросы выбора межповерочных интервалов.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Ограниченный объем книги не позволил рассмотреть ряд тем теоретической метрологии. Степень их важности различна. Некоторые из них находятся в области, граничащей с разделами прикладной и законодательной метрологии. Ниже указаны литературные источники, где, по мнению авторов, эти вопросы рассмотрены наиболее полно или удачно освещены те или иные их аспекты.

В учебном пособии весьма кратко рассмотрены вопросы истории развития метрологии. Более подробную информацию об этом можно найти в [100, 101].

Вопрос о предельно достижимой точности измерений, которая, как известно, зависит от накопленных знаний в области фундаментальных наук, также остался за рамками данной книги. Эти вопросы в той или иной степени рассмотрены в [56, 78].

Весьма важным для практической деятельности является корректная разработка методики выполнения измерения искомой физической величины и составляющих ее отдельных операций: выбор метода и средства измерений, планирования измерительного эксперимента и т.д. При необходимости информацию по данным вопросам можно найти в [7, 9, 12, 13, 102], а также в рекомендациях МИ 1967-89.

Вопросы поверки средств измерений, их метрологической аттестации, калибровки и градуировки изучаются в основном в прикладной метрологии, поэтому в настоящем пособии им было уделено относительно немного внимания. При необходимости детальное рассмотрение этих вопросов можно найти в [9, 12, 70, 103-105].

Важным и перспективным направлением развития теории построения СИ является разработка различных методов повышения их точности. Эти вопросы больше относятся к областям специальных измерений [106-110]. В связи с этим они не вошли в данное пособие по теоретической метрологии.

В последнее время активно развивается теория метрологического обеспечения СИ различных физических величин. Эти большие, во многом самостоятельные темы рассмотрены в [9, 10, 56, 111-116].

Данный метод рассмотрен в рекомендации МИ 1872-88 "ГСИ. Межповерочные интервалы образцовых средств измерений. Методика определения и корректировки" и в международном стандарте ИСО 10012-1 "Требования, гарантирующие качество измерительного оборудования".

 

 

 

Приложение 1.

Статистические таблицы

 

Таблица П1.1

Значения функции Лапласа

 

t
0,0	0,0000	0,0040	0,0080	0,0120	0,0160	0,0199	0,0239	0,0279	0,0319	0,0359
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7							49J1
2,8
2,9
3,0
3,5
4,0

 

 

Таблица П1.2

Значения распределения Стьюдента

 

 

 

n	Доверительная вероятность Р
0,90	0,95	0,98	0,99	0,999
	6,31	12,71	31,82	63,68	636,62
	2,92	4,30	6,97	9,93	31,60
	2,35	3,18	4,54	5,84	12,92
	2,13	2,78	3,75	4,60	8,61
	2,02	2,57	3,37	4,06	6,87
	1,94	2,45	3,14	3,71	5,96
	1,90	2,37	3,00	3,50	5,41
	1,86	2,31	2,90	3,36	5,04
	1,83	2,26	2,82	3,25	4,78
	1,81	2,23	2,76	3,17	4,59
	1,80	2,20	2,72	3,11	4,44
	1,78	2,18	2,68	3,06	4,32
	1,77	2,16	2,65	3,01	4,22
	1,76	2,15	2,62	2,98	4,14
	1,75	2,13	2,60	2,95	4,07
	1,75	2,12	2,58	2,92	4,02
	1,74	2,11	2,57	2,90	3,97
	1,73	2,10	2,55	2,88	3,92
	1,73	2,09	2,54	2,86	3,88
¥	1,65	1,96	2,33	2,58	3,29

 

 

 

Таблица П1.3

Значения критерия Фишера для различных уровней значимости

 

 

k2	Fq при k1, равном
	q = 0,05
	18,51	19,00	19,16	19,25	19,30	19,33	19,37	19,41	19,43	19,50
	7,71	6,94	6,59	6,39	6,26	6,16	6,04	5,91	5,84	5,63
	5,99	5,14	4,76	4,53	4,39	4,28	4,15	4,00	3,92	3,67
	5,32	4,46	4,07	3,84	3,69	3,58	3,44	3,28	3,20	2,93
	4,96	4,10	3,71	3,48	3,33	3,22	3,07	2,91	2,82	2,54
	4,75	3,88	3,49	3,26	3,11	3,00	2,85	2,69	2,60	2,30
	4,60	3,74	3,34	3,11	2,96	2,85	2,70	2,53	2,44	2,13
	4,49	3,63	3,24	3,01	2,85	2,74	2,59	2,42	2,33	2,01
	4,41	3,55	3,16	2,93	2,77	2,66	2,51	2,34	2,25	1,92
	4,35	3,49	3,10	2,87	2,71	2,60	2,45	2,28	2,18	1,64
	4,17	3,32	2,92	2,69	2,53	2,42	2,27	2,09	1,99	1,62
¥	3,84	2,99	2,60	2,37	2,21	2,09	1,94	1,75	1,64	4,00
	q = 0,01
	98,49	99,00	99,17	99,25	99,30	99,33	99,36	99,12	99,44	99,50
	21,20	18,00	16,69	15,98	15,52	15,21	14,80	14,37	14,15	13,46
	13,74	10,92	9,78	9,15	8,75	8,47	8,10	7,72	7,52	6,88
	11,26	8,65	7,59	7,01	6,63	6,37	6,03	5,67	5,48	4,86
	10,04	7,56	6,55	5,99	5,64	5,39	5,06	4,71	4,52	3,91
	9,33	6,93	5,95	5,41	5,06	4,82	4,50	4,16	3,98	3,36
	8,86	6,51	5,56	5,03	4,69	4,46	4,14	3,80	3,62	3,00
	8,53	6,23	5,29	4,77	4,44	4,20	3,89	3,55	3,37	2,75
	8,28	6,01	5,09	4,58	4,25	4,01	3,71	3.37	3,20	2,57
	8,10	5,85	4,94	4,43	4,10	3,87	3,50	3,23	3,05	2,42
	7,56	5,39	4,51	4,02	3,70	3,47	З17	2,84	2,66	2,01
¥	6,64	4.60	3,78	3,32	3,02	2,80	2,51	2,18	1,99	1,00

Примечание: k_t — число степеней свободы большей дисперсии: к_г число степеней свободы меньшей дисперсии.

 

 

 

Приложение 2.