10.3. Метрологічне забезпечення
Метрологічне забезпечення АСК – це сукупність методів, засобів та нормативної документації, спрямованих на підтримку точнісних (метрологічних) характеристик АСК протягом її експлуатації на рівні, який забезпечує задані показники достовірності контролю. Нормативною базою метрологічного забезпечення АСК є стандарти державної системи забезпечення єдності вимірювань, галузеві стандарти, стандарти підприємств, які регламентують правила та положення метрологічного забезпечення на всіх стадіях життєвого циклу АСК.
Основною вимогою метрологічного забезпечення АСК є вимога забезпечення передачі одиниць фізичних величин від державних еталонів кожному параметру об’єкта контролю, який вимірюється за допомогою засобів АСК. З метою перевірки цієї вимоги рекомендується вибудовувати метрологічні ланцюги для кожного параметра з подальшим їх аналізом.
Графічне зображення метрологічних ланцюгів для параметрів об’єкта контролю показано на рис.10.2.
Метрологічний ланцюг являє собою структурну послідовність метрологічних ланок, кожна з яких складається з перевіряючого засобу і засобу, який підлягає перевірянню.
У
прямокутниках другого ряду (зверху)
вказують номери всіх параметрів об’єкта
контролю, відхилення від норми яких
повинно перевірятись. Тут же вказують
допустимі величини відхилень
,
і т.д. Якщо параметр не контролюється,
тобто не створено потрібних засобів
для його контролю, такий ланцюг позначають
написом «обрив метрологічного ланцюга».
Метрологічна
ланка, яка охоплює контрольований
параметр об’єкта і засоби його вимірювання
(контролю), є першою ланкою метрологічного
ланцюга і характеризується допустимим
і фактичним
коефіцієнтами точності, які відображають
співвідношення між допустимим відхиленням
параметра
і сумарною похибкою його вимірювання
.
Метрологічна ланка другого рівня охоплює засіб вимірювання параметра П1 об’єкта контролю і еталонний зразок. Штрих-пунктирна лінія між ними вказує на те, що між ними можуть бути інші, не показані на рисунку, метрологічні ланки. Обов’язковою умовою є те, щоб ланцюг не переривався і обов’язково виходив на еталонний зразок державного метрологічного органу.
Засоби
(засіб) вимірювання параметра П1 об’єкта
контролю можуть мати кілька власних
параметрів П11, П12, …, П1m,
які підлягають перевірці більш точними
засобами вимірювань, тому метрологічний
ланцюг параметра П1 розгалужується
відповідно для контролю
,
…,
.
Фактичні значення коефіцієнтів точності визначають за формулою:
– для
метрологічної ланки першого рівня;
Рис. 10.2. Графічне зображення метрологічних ланцюгів
– для
метрологічних ланок подальших рівнів.
Значення допустимих коефіцієнтів точності залежно від значимості контрольованого параметра вибирають із ряду 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0.
Після побудови метрологічних ланцюгів для всіх параметрів об’єкта контролю проводять їх аналіз, оцінюючи:
чи забезпечена передача одиниць фізичних величин від державних еталонів кожному параметру об’єкта контролю;
чи виконується співвідношення коефіцієнтів точності
(10.1)
чи обґрунтований обсяг контролю параметрів тощо.
Раніше було показано, що контури самоконтролю параметрів АСК формуються за методом “розкручування” таким чином, що в кожному контурі є перевіряльна частина АСК і частина, яка підлягає перевірянню. Якщо при цьому виконується співвідношення (10.1) щодо коефіцієнтів точності, то самоконтроль у такому разі реалізує не тільки перевірку функціонування апаратури АСК, але й практичну перевірку її метрологічного забезпечення. Тобто в такому разі для виконання основної вимоги з метрологічного забезпечення АСК достатньо, щоб одиниці фізичних величин від державних еталонів передавались лише до еталонів “ядра” АСК. А далі, “від ядра” до кожного параметра ОК, передачу забезпечить система самоконтролю. Отже, правильно організована система самоконтролю зменшує в такому разі експлуатаційні витрати на організацію метрологічного забезпечення АСК.
На рис. 10.3 зображена схема реалізації метрологічного забезпечення однієї з АСК у частині параметрів ОК, при контролі яких вимірюються напруги постійного струму. Для підвищення точності вимірювань до складу АСК введено джерело високоточної (еталонної) напруги постійного струму, реалізоване на основі діодно-стабілітронних елементів. Джерело має високу надійність (То = 100 тис. год) і високу точність (дрейф еталонної напруги протягом 10 років не перевищує 0,03%, або за абсолютним значенням менше від 3мВ). Номінальне значення напруги джерела вимірюється прецизійним вольтметром на заводі-виробнику АСК під час її виготовлення і записується в репрограмний запам'ятовувальний пристрій АСК, де зберігається незмінним за час експлуатації АСК до чергової повірки еталонного джерела, що планується через кожні 10 років експлуатації. Якщо під час повірки виявиться, що дрейф напруги перевищив допустимі 0,03%, у пам'ять АСК записують нове, точно виміряне значення номінальної напруги. Записане значення використовується під час контролю при кожній операції вимірювання для відсіювання систематичних похибок шляхом опрацювання результатів вимірювання в пристрої управління і оброблення інформації АСК.
Рис. 10.3. Схема реалізації метрологічного забезпечення АСК
Отже, передача одиниці фізичної величини (в цьому разі - одного Вольта) від державного еталона до параметрів ОК відбувається таким чином. Прецизійний вольтметр періодично проходить повірку в державних метрологічних органах, які мають вихід на державний еталон напруги. За допомогою прецизійного вольтметра визначається точне значення еталонної напруги, яке, у свою чергу, використовується для калібрування аналогово-цифровового перетворювача (АЦП). Відкалібрований АЦП використовується, у свою чергу, для перевірки в самоконтролі первинних перетворювачів (ПП) АСК, які безпосередньо зв'язані із сигналами об'єкта контролю і є кінцевою ланкою в метрологічному ланцюгу, що тягнеться від державного еталона до вимірюваних параметрів об'єкта контролю.
Така тісна залежність якості контролю від його метрологічного забезпечення дає підстави розглядати контроль як об’єкт метрології, який дозволяє “вимірювати” таке нематеріальне поняття, як ризик [14].