Метрологическая надежность средств измерений

В процессе эксплуатации метрологические характеристики и параметры средства измерений претерпевают изменения. Эти из­менения носят случайный монотонный или флуктуирующий ха­рактер и приводят к отказам, т. е. к невозможности СИ выполнять свои функции. Отказы делятся на неметрологические и метроло­гические.

Неметрологическим называется отказ, обусловленный причи­нами, не связанными с изменением MX средства измерений. Они носят главным образом явный характер, проявляются внезапно и могут быть обнаружены без проведения поверки.

Метрологическим называется отказ, вызванный выходом MXиз установленных допустимых границ. Как показывают исследова­ния [13], метрологические отказы происходят значительно чаще, чем неметрологические. Это обусловливает необходимость разра­ботки специальных методов их прогнозирования и обнаружения. Метрологические отказы подразделяются на внезапные и посте­пенные.

Внезапным называется отказ, характеризующийся скачкообраз­ным изменением одной или нескольких MX. Эти отказы в силу их случайности невозможно прогнозировать. Их последствие (сбой показаний,, потеря чувствительности и т.п.) легко обнаружива­ются в ходе эксплуатации прибора, т. е. по характеру проявления они являются явными. Особенностью внезапных отказов является постоянство во времени их интенсивности. Это дает возможность

применять для анализа этих отказов классическую теорию надеж-'
ности. В связи с этим в дальнейшем отказы такого рода не рас­
сматриваются.                                                 

Постепенным называется отказ, характеризующийся монотон­ным изменением одной или нескольких MX. По характеру проявле­ния постепенные отказы являются скрытыми и могут быть выявле­ны только по результатам периодического контроля СИ. В дальней­шем рассматриваются именно такие отказы.

С понятием "метрологический отказ" тесно связано понятие мет­ рологической исправности средства измерений. Под ней понимается состояние СИ, при котором все нормируемые MX соответствуют установленным требованиям. Способность СИ сохранять его метро­логическую исправность в течение заданного времени при опреде­ленных режимах и условиях эксплуатации называется метрологи­ ческой надежностью. Специфика проблемы метрологической надеж­ности состоит в том, что для нее основное положение классической теории надежности о постоянстве во времени интенсивности отка­зов оказывается неправомерным. Современная теория надежности ориентирована на изделия, обладающие двумя характерными состо­яниями: работоспособное и неработоспособное. Постепенное изме­нение погрешности СИ позволяет ввести сколь угодно много рабо­тоспособных состояний с различным уровнем эффективности фун­кционирования, определяемым степенью приближения погрешности к допустимым граничным значениям.

Понятие метрологического отказа является в известной сте­пени условным, поскольку определяется допуском на MX, кото­рый в общем случае может меняться в зависимости от конкретных условий. Важно и то, что зафиксировать точное время наступления метрологического отказа ввиду скрытого характера его проявле­ния невозможно, в то время как явные отказы, с которыми опе­рирует классическая теория надежности, могут быть обнаружены в момент их возникновения. Все это потребовало разработки спе­циальных методов анализа метрологической надежности СИ [12; 29; 39; 52]. >

Надежность СИ характеризует его поведение с течением време­ни и является обобщенным понятием, включающим стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность (для восстанав­ливаемых СИ) и сохраняемость.

СтабильностьСИ является качественной характеристикой, от­ражающей неизменность во времени его MX. Она описывается временными зависимостями параметров закона распределения погреш­ности. Метрологические надежность и стабильность являются раз­личными свойствами одного и того же процесса старения СИ. Ста­бильность несет больше информации о постоянстве метрологичес­ких свойств средства измерений. Это как бы его "внутреннее" свойство. Надежность, наоборот, является "внешним" свойством, поскольку зависит как от стабильности, так и от точности измерений и значе­ний используемых допусков.

РМГ 29—99 вводит еще понятие нестабильности СИ, отража­ющей изменение его MX за установленный интервал времени. На­пример, нестабильность нормального элемента характеризуется изменением его ЭДС за год (2 мкВ/год).

Безотказностью называется свойство СИ непрерывно сохра­нять работоспособное состояние в течение некоторого времени. Она характеризуется двумя состояниями: работоспособным и не­работоспособным. Однако для сложных измерительных систем может иметь место и большее число состояний, поскольку не вся­кий отказ приводит к полному прекращению их функционирова­ния. Отказ является случайным событием, связанным с наруше­нием или прекращением работоспособности СИ. Это обусловли­вает случайную природу показателей безотказности, главным из которых является распределение времени безотказной работы СИ.

Долговечностью называется свойство СИ сохранять свое рабо­тоспособное состояние до наступления предельного состояния. Работоспособное состояние — это такое состояние СИ, при кото­ром все его MX соответствуют нормированным значениям. Предель- ным называется состояние СИ, при котором его применение недо­пустимо.

После метрологического отказа характеристики СИ путем со­ответствующих регулировок могут быть возвращены в допустимые диапазоны. Процесс проведения регулировок может быть более или менее длительным в зависимости от характера метрологичес­кого отказа, конструкции СИ и ряда других причин. Поэтому в характеристику надежности введено понятие "ремонтопригод­ность". Ремонтопригодность — свойство СИ, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, восстановлению и поддержанию его ра­ботоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта. Оно характеризуется затратами времени и средств на вос­становление СИ после метрологического отказа и поддержание его в работоспособном состоянии.

Как будет показано далее, процессе изменения MX идет нещрывно и независимо от того, используется ли СИ или оно хранится на складе, Свойство СИ сохранять значения показателей безотказ­ности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хра­нения и транспортирования называется его сохраняемостью.

Прежде чем перейти к рассмотрению показателей, характеризу­ющих метрологическую; наде*шост*-СУ&^Н$0б*адммо выяснить ха­рактер изменения во времени его Мл.