Выбор средств измерений при проведении лабораторной деятельности

01.02.2023

Выбор средств измерений при проведении лабораторной деятельности

В метрологии под средством измерения (аббревиатура – «СИ»), подразумевается такое техническое средство или их совокупность, которое выполняет измерительную функцию с учетом собственных характеристик, имеющих возможность нормирования. В этом можно уловить метрологическую сущность данного термина, которая заключается в сохранении и воспроизведении единицы физической величины (последняя также сохраняет собственное постоянство).

В процессе выбора СИ базовым аспектом является то, что его точность должна иметь определенный высокий уровень, который больше, нежели заданная величина. Необходимо также принимать во внимание стоимость и трудоемкость операции, которые будут суммироваться в критерии эффективности СИ. Корректный выбор средства измерения достигается в том случае, когда его максимальная погрешность (стандартизированная в качестве метрологического показателя), не достигает уровня допустимой погрешности.

Методика выбора средств измерения

Для того, чтобы корректно выбрать средство и методологию, необходимо следовать официальным рекомендациям МИ 1317-86, ГОСТ 8.009-84 и РД 50-453-84.

В первую очередь необходимо соотнести вид измеряемой величины и свойство объекта измерения, где должна прослеживаться в очевидном формате. Если это не так, то необходимо повторно оценить корректность вида измеряемой величины. Для решения данной задачи используются достоверно установленные свойства объекта и условия, на основании которых разрабатывается модель. Анализ последней позволяет идентифицировать параметр или их функционал, принимаемый за измеряемую величину. Более подробно последовательность действий приведена в МИ 1317-86.

Перед построением модели должны быть собраны исходные данные об объекте, которые также должны устанавливать допустимые пределы в отношении погрешности. В тех случаях, когда МВИ будет предназначаться для контроля качества продукции, то допускается замена допустимых пределов погрешности на показатели достоверности контроля параметров образцов (перечень последних также приведен в МИ 1317-86). На основании этого производится выбор вида измерения – косвенное или прямое.

В зависимости от вида измерения, производится повторная оценка исходных данных, изучаются существующие виды средств. Это позволяет идентифицировать необходимость использования вторичного процесса, а также его информативного параметра, который указывает на искомую характеристику объекта измерения. Вторичный процесс – это измерения величины посредством косвенного изменения связанных параметров, где СИ не может непосредственно воспринимать измеряемую величину. В этом случае возникает необходимость разработки методологии по интерпретации измеряемой величины в сигнал к СИ.

В качестве иллюстрации разберем случай, когда необходимо измерить температуру среды, но непосредственный контакт с ней невозможен по причине требований к стерильности. Соответственно, проанализировав диапазон, существующие СИ, можно предложить в качестве вторичного процесса тепловое излучение от среды. Информативным параметром в данном случае может считаться интенсивность излучения.

Еще важно совокупностью условий является степень автоматизации, а также технико-экономические характеристики, что в итоге определяет тип и разновидность средства измерения в данной МВИ. Кроме этого, определяются вспомогательные технические средства, например, автоматика, компьютеризация, резервные источники питания и т.д.

На этапе предварительного выбора СИ обязательно необходимо учесть такие показатели, как нормированные метрологические и технические характеристики конкретного средства и планируемые рабочие условия. Все это позволяет предварительно оценить погрешность применительно к реальным условиям данного МВИ. Все это подробно приведено в РД 50-453-84 и ГОСТ 8.009-84. Следующий шаг – это составление схематичной связи между объектом и средством измерения, а также со вспомогательными техническими элементами.

В том случае, когда снижение погрешности планируется достичь посредством устранения случайных составляющих, то дополнительно требуется вычислить количество измерений с детализацией соответствующего алгоритма обсчета полученных данных. Если же погрешность снижается за счет уменьшения систематических составляющих, то следуют пути методологии исключения систематических составляющих погрешности.

На основании приведенного алгоритма разрабатывается первичный проект МВИ, который берется в дальнейшую обработку.

Принципы выбора средств измерений

Существует несколько подходов, определяющих принципы выбора СИ. Наиболее распространен экономический, который охватывает практически все доступные показатели. В частности, при его реализации необходимо понимать, что:

  • При увеличении точности, соответственно снижается доля ложного и необнаруженного брака;
  • Повышение точности позволяет уменьшать допуски готовой продукции;
  • Повышение точности позволяет производить более детальную настройку производства.

Наряду с экономическим, также применяется и вероятностный подход. Его сущность состоит в том, что точность СИ выбирается на основании определенного допуска в отношении параметра контроля и уровням брака I и II рода.

В том случае, когда для гипотетического контроля используется средство измерения с абсолютной точностью, продукция в поле допуска была бы признана качественной, а с превышением – некачественной. Но, поскольку в реальных процессах существует погрешность, то некоторые некачественные изделия выдерживают контроль – это называется браком II рода. В том случае, когда имеет место быть обратный процесс (признание качественных изделий некачественными) – это называется браком I рода.

Наконец, еще одним принципом выбора СИ является директивный. Он позволяет выявить корреляцию допуска измеряемого параметра и границами погрешности измерения. Важным отрицательным моментом данного подхода является невозможность учета важности измеряемого параметра, что напрямую ведет к финансовым убыткам от недостоверного контроля.

Выбор объекта измерения

Объектом измерения в метрологии может быть явление или процесс, которые можно охарактеризовать через совокупность выделенных физических величин, являющихся неотъемлемой частью данного объекта. Все эти величины могут быть подвергнуты измерениям по-отдельности, однако, во время реального процесса все они воздействуют на измерительное устройство совокупно. В частности – это:

  • Пределы отклонений от параметров;
  • Параметры достоверности контроля и методики измерений;
  • Условия использования в позиции измерения (производственная, лабораторная среда и т.д.).

Для того, чтобы корректно выбрать средство измерения, необходимо обеспечить соответствие значения измеряемой величины оптимальному уровню точности, что будет выполнимо при минимуме временных и материальных затрат.

Выбор производится на основании совокупности исходных данных:

  • Номинальное значение, а также разброс между верхней и нижней точкой поля допуска для измеряемой величины (эти показатели обычно приводятся в нормативной или конструкторско-технологической документации);
  • Условия, которые фактически определены для данного измерения.

В некоторых случаях конструкторско-техническая документация подразумевает только значения минимума и максимума измеряемого значения, в таком случае там обязательно должен быть приведен показатель погрешности для выбора корректного СИ.

Иногда СИ выбрать исходя из показателя точности не представляется возможным (по причине отсутствия в НД). В данных условиях принято использование правила – погрешность измерения (суммарная со всеми факторами), не должна быть более 35% от допуска контролируемого параметра.

Комментарии

Добавить комментарий

Подтверждаю согласие с политикой конфиденциальности в отношении обработки персональных данных и даю согласие на обработку персональных данных