Выбор средств измерений

Правильный выбор средств измерений является необходимым условием получения достоверной измерительной информации. Поэтому основное внимание при выборе средств измерений для решения заданной измерительной задачи уделяют обеспечению необходимой точности измерений в динамическом и частотном диапазонах изменения измеряемых параметров технических устройств. Одновременно учитывают и условия, в которых планируется использовать средства измерений, а также допустимую продолжительность измерений.

При анализе условий, в которых будут проводиться измерения, определяются:

• уровни механических воздействий на средства измерений (вибрации, удары, линейные ускорения и т. п.);
• значения климатических факторов (температура, влажность, атмосферное давление);
• наличие активно разрушающей среды, к воздействию которой не приспособлен измерительный прибор (агрессивные газы и жидкости, грибки);
• наличие сильных магнитных и электрических полей и защиты от них у выбираемых средств измерений.

В простых измерительных задачах, заключающихся в определении значений параметров несложных устройств, вопросы выбора и применения средств измерений решают, как правило, эвристически, на основе практического опыта. В этом случае рекомендации носят общий характер и сводятся к необходимости проверки следующих условий:

• средства измерений должны обеспечивать измерение параметров устройств с необходимой точностью, быстродействием, в заданном диапазоне значений измеряемой физической величины, в определенных условиях окружающей среды (при фиксированном уровне внешних воздействующих факторов);
• средства измерений должны быть приемлемыми по стоимости, эргономическим, массогабаритным и другим характеристикам.

Однако усложнение технических устройств, необходимость точного определения значений тысяч и десятков тысяч параметров привело к тому, что для метрологического обеспечения эксплуатации сложных технических комплексов и систем потребовались многие сотни средств измерений. В связи с усложнением технических устройств, повышением уровня автоматизации и ростом их значения в народом хозяйстве возросла ответственность решений, принимаемых на основе измерительной информации и, как следствие, увеличилась цена допускаемых ошибок. Вследствие этого большую значимость приобрел правильный выбор средств измерений для метрологического обеспечения эксплуатации сложных технических комплексов и систем.

Рационально выбрать средства измерений эвристическими методами практически невозможно, поскольку во внимание принимается не только требуемые точность, быстродействие, диапазон измерений, но и надежность, стоимость, периодичность поверки средств измерений, стойкость их к внешним воздействующим факторам и др. Эти параметры определяют качество измерений, поэтому средства измерений выбирают с учетом их влияния на надежность находящегося в эксплуатации устройства.

Порядок выбора

Первоначально определяют типы средств измерений, пригодные по своему функциональному назначению, диапазонам измеряемых физических величин, стойкости к внешним воздействующим факторам, массогабаритным характеристикам для решения измерительных задач, возникающих при метрологическом обеспечении эксплуатации технического устройства. После того как выбраны измерительные приборы, пригодные для указанных в измерительной задаче условий, необходимо правильно оценить, какой из них обладает наименьшей избыточностью по точностным характеристикам. Стремление произвести измерение с большей, чем это необходимо, точностью приводит к удорожанию измерений. В то же время снижение требований к точности ухудшает достоверность результатов измерений и обесценивает их. Выбор прибора, не имеющего точностной избыточности, позволяет, как правило, обеспечить меньшие затраты на измерения. Известные подходы к выбору средств измерений по точности основаны на рассмотрении двух различных случаев их использования:

• для измерения параметров устройств;
• для контроля параметров.

Задаваясь значениями условных вероятностей ложного и необнаруженного отказов, можно устанавливать требования к погрешностям измерений параметров и на этой основе выбирать приемлемые по точности средства измерений. Задача выбора измерительного прибора сводится при этом к определению соотношения между требуемым пределом допускаемой погрешности измерений и допуском на контролируемый параметр.

Исходными данными, необходимыми при выборе средств измерений по точности, являются:

• состав измеряемых и контролируемых параметров устройства;
• значения допусков на отклонения контролируемых параметров и допустимые значения суммарной погрешности определения значений измеряемых параметров;
• допускаемые значения условных вероятностей ложного и необнаруженного отказов для каждого из контролируемых параметров;
• законы распределения отклонений контролируемых параметров от своих номинальных значений.

При выборе средств измерений для контроля параметров надо рассчитать допускаемое значение суммарной погрешности измерений

Δ_тр=|δ_и|R, (1)

где |δ_и| — абсолютное значение ширины поля допуска на результат измерения контролируемого параметра; R — допускаемое соотношение между погрешностью измерений и отклонением значений контролируемого параметра от номинала.

Значение R определяется раздельно по заданным допускаемым значениям условных вероятностей ложного и необнаруженного отказов с учетом законов распределения погрешностей измерений и значений контролируемого параметра.

На практике не всегда известны исходные данные, необходимые для решения задачи выбора средств измерений по точности: часто отсутствует информация о законах распределения контролируемых параметров и погрешности измерений, а имеются лишь сведения о ширине поля допуска на контролируемый параметр. В таких случаях средства измерений выбирают по коэффициенту точности К_т, характеризующему отношение ширины поля допуска на контролируемый параметр δ_и к пределу суммарной погрешности измерений:

К_т=δ_и/Δ (2)

так, чтобы обеспечить значение коэффициента точности больше допустимого. В зависимости от важности контролируемого параметра требуемое значение Кт выбирается в различных пределах.

При этом необходимо ориентироваться на определенную, лучше всего стандартизованную или аттестованную методику измерения соответствующей физической величины или параметра устройства. При отсутствии таких методик следует рассмотреть возможность выбора средств измерений из числа допущенных к применению соответствующими рекомендательными и ограничительными перечнями.