Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » Статьи о МО » Тронова И.М. "Состояние и задачи метрологического обеспечения измерительных систем"

Состояние и задачи метрологического обеспечения измерительных систем




Тронова Ирина Михайловна — начальник отдела "Метрологического обеспечения измерительных систем и информационных технологий " Всероссийского научно-исследовательского института Метрологической Службы.

Рассмотрены проблемы и задачи метрологического обеспечения измерительных систем и их составляющих, возникающие перед разработчиками и пользователями в связи с действующими в настоящее время общероссийскими нормативно-техническими документами, регламентирующими общие требования и методы метрологического обеспечения измерительных систем.

Измерительные системы обладают всеми основными признаками средств измерений (СИ) и являются их разновидностью. Поэтому все организационно-правовые нормы, действующие в отношении СИ, в полной мере распространяются и на измерительные системы. Точно так же перечень технических проблем, связанных с метрологическим обслуживанием СИ и измерительных систем, в значительной мере совпадает. Однако методы решения отдельных метрологических вопросов для измерительных систем имеют свою специфику.

После распада Советского Союза головной организацией по метрологии измерительных систем в системе Госстандарта России был назначен ВНИИМС, на который была возложена задача разработки нормативной документации в данной области.

В настоящее время действуют около 20-ти общероссийских нормативно-технических документов различного ранга, регламентирующих общие требования и методы метрологического обеспечения измерительных систем, и многочисленная группа общероссийских и ведомственных документов на специализированные измерительные системы (коммерческого учета электроэнергии, теплосчетчики и др.). Возглавляет эту ветвь документации стандарт [1], введенный в действие с 1.03.2003 г. и заменивший методические указания [2] с аналогичным названием. Следует напомнить, что ряд документов организационно-правового характера устарел в "одночасье" после того, как в 1993 г. был принят Закон РФ "Об обеспечении единства измерений". К их числу относятся стандарты [3,4], посвященные вопросам метрологического обеспечения и поверки измерительных систем. Эти стандарты утратили силу на территории России (имеются соответствующие решения Госстандарта России), однако формально они не отменены в СНГ (для этого необходимо решение Межгосударственного совета по стандартизации и метрологии). Поэтому их указывают в официальных справочных изданиях Госстандарта России (ныне — Агенства по техническому регулированию и метрологии) без комментариев. И до сих пор в ведомственных документах и документах на конкретные измерительных систем встречаются ссылки на эти стандарты.

Стандарт [1] охватывает практически все организационно-правовые вопросы метрологического обеспечения измерительных систем и значительную часть технических (метрологических) вопросов: метрологическую экспертизу технической документации на измерительных систем; нормирование и расчет метрологических характеристик измерительных каналов; утверждение типа; поверку и метрологический надзор. В стандарт включен терминологический раздел.

Основной структурной единицей измерительных систем является ее измерительный канал. В определении этого понятия подчеркивается, что измерительный канал должен выполнять "законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерения". На практике приборостроители, а за ними иногда и метрологи называют измерительной системой ее вторичную часть, воспринимающую переданные по линиям связи сигналы датчиков. По терминологии стандарта — это измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) ("комплексный компонент"). Имелись случаи, когда сертификат утверждения типа, оформленный на измерительную систему, оказывался документом на вторичную часть системы. Помимо путаницы и непонимания, эта ситуация может вести к умышленным или неумышленным злоупотреблениям и создает трудности при осуществлении государственного метрологического надзора.

В стандарте [1], как и в предыдущих методических указаниях [2], использованы понятия простого и сложного измерительного канала. Простой измерительный канал реализует прямой метод измерений и соответствует классическому представлению об измерительном канале как последовательном соединении измерительных преобразователей. Сложный канал реализует косвенные и другие виды измерений, требующие совместной математической обработки результатов нескольких измерений или совместных аналоговых преобразований нескольких сигналов, несущих информацию об измеряемых величинах. Первичная часть сложного измерительного канала представляет собой совокупность нескольких параллельных простых каналов. Естественно, методы оценивания точности простых и сложных измерительных каналов различаются. Именно в связи с метрологическим обслуживанием сложных измерительных каналов возникла проблема метрологической аттестации программ, реализуемых процессором измерительных систем. Примерами сложных каналов являются каналы измерения: электрической и тепловой энергии; температуры, содержащие термопару и устройства автоматической компенсации температуры холодного спая; расхода газа с введением поправок, учитывающих свойства газообразной среды и т.д. Следует особо остановиться на контроллерах, на основе которых строится вторичная часть большинства современных измерительных систем. Это понятие охватывает группу разнообразных универсальных и специализированных устройств, большинство из которых выполняет, в частности, функции многоканального промежуточного измерительного преобразователя. Контроллер —это многофункциональное устройство, на которое могут поступать не только аналоговые, но и цифровые, и дискретные сигналы. Термин "контроллер" закрепился в международной практике, поскольку это устройство одновременно управляет измерительной системой в соответствии с заложенной в его процессор программой.

Современные, во всяком случае универсальные контроллеры строятся по модульному принципу: промежуточные измерительные преобразователи представляют собой конструктивно и информационно (по параметрам измерительных и управляющих сигналов) унифицированные устройства, так называемые модули ввода/вывода. Это позволяет из сравнительно малого набора модулей строить множество разнообразных измерительных систем с учетом специфики объектов. Вместе с тем модули, как правило, не являются автономными устройствами и не могут функционировать и испытываться вне контроллера. Все это создает трудности при решении вопроса об отнесении контроллеров к СИ. Положение усугубляется тем, что некоторые старые документы содержат указания о том, что контроллеры не относятся к СИ. Тем самым создается разрыв в цепи метрологического обеспечения измерительных систем.

Научно-техническая комиссия Госстандарта России приняла решение о том, что контроллеры с измерительными каналами относятся к СИ и на них распространяются все метрологические процедуры, предусмотренные действующими нормативными документами для СИ.

Выходные сигналы контроллеров, как правило, являются цифровыми. Иногда высказывается мнение, что там, где появляются цифровые сигналы, метрология заканчивается. Принципиально это неправильно —все, что сопряжено с передачей, получением измерительной информации требует метрологического анализа. Другой вопрос, что искажения, возникающие при передаче цифровых сигналов, носят характер сбоев и необязательно рассматриваются как источники соответствующих составляющих погрешности измерительного канала. Результаты измерений, отягощенные существенными искажениями, должны исключаться (блокироваться), а вероятность их появления -минимизироваться. Использование вычислительной техники в составе измерительных систем открывает большие возможности для реализации таких методов.

Важный элемент метрологического обеспечения измерительных систем - метрологическая экспертиза технической документации. Стандарт [1] предусматривает эту процедуру
на всех этапах жизненного цикла измерительных систем, начиная с технического задания на ее проектирование. Наиболее полно она выполняется на стадии утверждения типа измерительных систем. К сожалению, этого нельзя сказать об остальных этапах. С позиций метрологии качество технической и, прежде всего, проектной документации на измерительные системы неудовлетворительно. Зачастую в ней даже отсутствуют четкий перечень измерительных каналов и их структура, не говоря уже о метрологических характеристиках измерительных каналов, согласованности норм на метрологические характеристики компонентов, образующих измерительный канал. Качество метрологического обслуживания системы во многом определяется качеством метрологического обеспечения ее компонентов. Опыт работы по утверждению типа измерительных систем показывает, что состояние документации на средства измерений системного применения, даже прошедшие процедуру утверждения типа, оставляет желать лучшего. Это, с одной стороны, усложняет решение вопросов метрологического обеспечения измерительных систем, а с другой —еще раз подтверждает большое значение метрологической экспертизы.

Один из центральных вопросов метрологического обеспечения измерительных систем —расчет метрологических характеристик измерительных каналов по метрологическим характеристикам компонентов. По техническим и экономическим причинам экспериментальное определение (контроль) метрологических характеристик измерительных каналов в целом невозможен или нецелесообразен для большинства измерительных систем. Расчетные значения метрологических характеристик измерительных каналов не подлежат обязательной экспериментальной проверке, однако должна быть обеспечена экспериментальная проверка метрологических характеристик всех компонентов измерительного канала, нормы на которые используются при расчете. Для повышения достоверности расчетных методов стандарт допускает применение в составе таких каналов средств измерений только утвержденных типов.

Специфика измерительных систем порождает и некоторые особенности таких процедур, как утверждение типа и поверка систем. В соответствии со сложившейся практикой сертификат об утверждении типа оформляется на измерительных систем в целом, хотя по [1] допускается подвергать испытаниям только ту часть измерительных каналов, которая относится к сфере государственного метрологического контроля и надзора. В описании типа таких измерительных систем, являющемся неотъемлемой частью сертификата, указывается, на какие именно каналы распространяется сертификат. Допускается оформлять сертификат с наименованием более сложной структуры, в которую входит измерительных систем. Стандарт [1] предусматривает возможность утверждения типа отдельных так называемых типовых измерительных каналов без указания конкретных измерительных систем.

Для измерительных систем, как правило, осуществляется покомпонентная поверка, естественно, только для измерительных каналов утвержденных типов. Для остальных измерительных каналов проводится калибровка. Поверка вторичной части, как правило, выполняется на месте установки без демонтажа измерительных систем. При этом приходится решать задачу расчета характеристик погрешности соответствующей части измерительных каналов для условий, реализовавшихся в процессе поверки. Эти расчетные значения используют как нормированные характеристики для принятия решения о годности измерительного канала. Особую проблему составляет создание переносных эталонов или передвижных поверочных лабораторий, рассчитанных на работу в широком диапазоне влияющих величин.

Оценив в целом состояние нормативно-технической документации по метрологическому обеспечению измерительных систем, можно сказать, что на сегодня первоочередные вопросы регламентированы. Конечно, с развитием техники, совершенствованием законодательства возникают новые задачи. Имеются и нерешенные вопросы, в том числе организационно-правового характера.

Например, вся организационно-правовая документация, регламентирующая утверждение типа СИ и их первичную поверку, ориентирована на изготовителя средства измерений. Для измерительных систем, во всяком случае для измерительных систем-2 по классификации [1] нет единого изготовителя. Поэтому указанный стандарт приравнивает проектировщика измерительных систем к изготовителю, и сертификат об утверждении типа выдается на имя проектирующей организации. В результате возникает проблема лицензирования проектной организации на право изготовления, ремонта и т. п. измерительных систем, хотя эти организации не выполняют
указанных операций. Более логично аттестовывать такие организации на техническую компетентность, т.е. проверять их квалификацию, в частности, в вопросах метрологического обеспечения измерительных систем. В связи с этим необходима корректировка соответствующих нормативных актов.

Использование измерительных систем в составе более сложных структур и условность границы между собственно измерительными задачами и задачами управления, регулирования, контроля и др. делают актуальной проблему установления связи между точностью измерений и характеристиками качества решения этих задач, а возможно и распространения сферы метрологического контроля на устройства автоматизации ТП и связанные с ними операции.

Здесь не затронуты проблемы, касающиеся аттестации методик выполнения измерений, выполняемых с помощью измерительных систем. Это огромный пласт научно-методических вопросов (например, проблема измерения параметров процессов и полей, имеющая свою специфику, связанную именно с измерительных систем), которые нашли пока незначительное отражение в нормативно-технической документации.

Список литературы

1. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

2. МИ 2438-97. Метрологическое обеспечение измерительных систем.

3. ГОСТ 8.437-81. ГСИ. Системы информационно-измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения.

4. ГОСТ 8.438-81. ГСИ. Системы информационно-измерительные. Поверка. Общие положения.


Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » Статьи о МО » Тронова И.М. "Состояние и задачи метрологического обеспечения измерительных систем"