МИ 2232-2000  

РЕКОМЕНДАЦИЯ

Государственная система обеспечения единства измерений.

Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации

     

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

РАЗРАБОТАНЫ Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (ВНИИМС)

ИСПОЛНИТЕЛИ Н.П.Миф, канд.техн.наук (руководитель темы)

УТВЕРЖДЕНЫ ВНИИМС

ЗАРЕГИСТРИРОВАНЫ ВНИИМС

ВЗАМЕН МИ 2232-92

_________________

* См. раздел "Нормативно-техническая документация".

Настоящие рекомендации устанавливают методику оценивания погрешности измерений, погрешности измерительных каналов ИИС и АСУТП расчетным и расчетно-экспериментальным способами в условиях ограниченной исходной информации в случаях, когда прямое экспериментальное оценивание погрешности практически невозможно.

Рекомендации разработаны на основе [1-6] и могут быть использованы при разработке программ и методик метрологической аттестации средств измерений, измерительных каналов ИИС и АСУТП, методик выполнения измерений.

     1. ТИПИЧНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ И ДОПУЩЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ ПРИ  ОЦЕНИВАНИИ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ  

1.1. В числе нормируемых метрологических характеристик средств измерений общепромышленного применения, как правило, отсутствуют характеристики систематических и случайных составляющих погрешности, функции влияния и ряд других, предусмотренные ГОСТ 8.009-84 [1].

Для большинства типов средств измерений характерно нормирование следующих метрологических характеристик:

- пределы допускаемых значений основной погрешности,

- пределы допускаемых значений дополнительных погрешностей при наибольших отклонениях внешних влияющих величин от нормальных значений либо максимально допускаемые значения коэффициентов влияния,

- некоторые частные динамические характеристики (АЧХ, интервал времени установления выходного сигнала и т.п.). В таких условиях принимают следующие типичные допущения:

- СКО основной погрешности равно 0,5 предела допускаемых значений;

- СКО дополнительной погрешности равно 0,5 предела допускаемых значений, функция влияния принимается ступенчатой;

- матожидание основной и дополнительных погрешностей равно 0;

- в качестве матожиданий коэффициентов влияния принимаются их нормированные максимально допускаемые значения.

1.2. При расчете погрешности измерений обычно отсутствует следующая исходная информация (дополнительно к п.1.1.):

- характеристики корреляции между составляющими погрешности измерений;

- характеристики корреляции между погрешностью измерений текущих значений, по которым вычисляются средние или суммарные значения измеряемой величины и соответствующие погрешности этих значений;

- вид функции распределения внешних влияющих величин;

- частотные характеристики изменений измеряемой величины и внешних влияющих величин.

В таких условиях принимают следующие типичные допущения:

- корреляция между составляющими погрешности измерений отсутствует;

- в отношении корреляции между погрешностями измерений текущих значений принимаются два типичных допущения - отсутствие корреляции (погрешность измерений текущих значений считается высокочастотной случайной величиной) или сильная корреляция (погрешность измерений текущих значений считается неизменной систематической величиной в интервале времени усреднения или суммирования текущих значений измеряемого параметра);

- функции распределения характеристик внешних влияющих величин принимаются равномерными или нормальными;

- в большинстве случаев частотные характеристики изменений измеряемой величины и внешних влияющих величин не принимаются во внимание, т.к. считается, что инерционные свойства средств измерений не оказывают существенного влияния на погрешность измерений многих измеряемых технологических параметров.

1.3. При экспериментальных процедурах оценивания погрешности измерений обычно имеют место следующие ограничения исходной информации (дополнительно к п.1.1.) и условий эксперимента:

- заранее неизвестна комбинация возможных значений внешних влияющих величин, вызывающая наибольшую погрешность измерений, а также их частотный спектр; чаще всего создать такую комбинацию практически невозможно;

- заранее неизвестно соотношение между погрешностью средств измерений, с помощью которых осуществляется эксперимент, и оцениваемой погрешностью;

- заранее неизвестны входящие в измерительный канал средства измерений (часть средств измерений), которые вносят существенный вклад в общую погрешность измерений. В таких условиях принимают следующие типичные допущения:

- случайная составляющая погрешности измерений принимается высокочастотной и ее конкретные значения, полученные при повторении экспериментальных процедур в течение времени эксперимента, считаются некоррелированными; вычисленные на основе таких экспериментальных данных СКО (дисперсия) случайной погрешности приписывается значительно большим интервалам времени;

- систематические составляющие, полученные в течение времени эксперимента, считаются постоянными и приписываются значительно большим интервалам времени;

- случайную комбинацию значений внешних влияющих величин, которая имела место при эксперименте, принимают как типичную либо как наихудшую (для погрешности измерений) в условиях эксплуатации средств измерений;

- погрешность выбранных для проведения экспериментов эталонов принимается несущественной;

- при проведении экспериментального оценивания погрешности части измерительного канала принимается, что эта часть вносит существенный вклад в общую погрешность измерений.

1.4. Указанные в п.п.1.1.-1.3. и другие допущения приводят к погрешностям расчетных и экспериментальных оценок погрешности измерений.

1.5. Определение погрешностей расчетных и экспериментальных оценок погрешности измерений приведено в приложении 1.

     2. УСЛОВИЯ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЙ ТОЧНОСТИ ОЦЕНОК ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. При наличии требований к точности результатов измерений наиболее важных параметров, используемых для реализации функций аварийной защиты и блокировки, контроля за соблюдением требований техники безопасности и экологической безопасности, контроля характеристик готовой продукций, общее условие удовлетворительной точности оценки границы погрешности измерений может быть следующим:

,

где: - относительная погрешность (без учета знака) оценки границы относительной погрешности измерений, % (см. приложение 1);

- оценка границы относительной погрешности измерений (без учета знака), %;

- предел допускаемых значений относительной погрешности измерений без учета знака, % (устанавливается исходя из требований обеспечения эффективности реализации указанных выше функций независимо от точности оценок границ погрешности измерений);

- абсолютное значение (модуль) разности и .

Примеры для измерений в системе аварийной защиты. Заданы пределы допускаемых значений относительной погрешности измерений +/-1,5%, т.е. =1,5%.

а) Получены:

- оценка границы относительной погрешности измерений =1%,

- относительная погрешность оценки границы относительной погрешности измерений =40%,

таким образом 0,5%,

и , т.е. точность оценки границы относительной погрешности измерений удовлетворительная и такая оценка может быть использована по своему назначению, в т.ч. для решения о соответствии погрешности требованиям.

б) Получены:

- оценка границы относительной погрешности измерений =1,8%,

- относительная погрешность оценки границы относительной погрешности измерений =40%,

таким образом 0,3%, 17%

и , т.е. точность оценки границы относительной погрешности измерений неудовлетворительная и такую оценку нельзя использовать по своему назначению, т.е. сделать вывод о том, что погрешность измерений удовлетворяет или не удовлетворяет заданным требованиям; необходимы дополнительные исследования для более точного оценивания погрешности измерений.

2.2. При наличии требований к точности измерений наиболее важных параметров, не перечисленных в п.2.1., общее условие удовлетворительной точности оценки границы погрешности измерений может быть следующим:

,

где: - абсолютное значение разности квадратов и .

Аналогично выражаются указанные условия для точности оценок границ абсолютной погрешности измерений:

- для погрешности измерений наиболее важных технологических параметров, указанных в п.2.1.

,

- для погрешности измерений наиболее важных технологических параметров, не указанных в п.2.1.

.

Эти условия целесообразно использовать, когда номинальное значение измеряемого технологического параметра равно или близко к 0.

2.3. Если отсутствуют требования к точности измерений, то точность оценки границы погрешности измерений может считаться удовлетворительной, если относительная погрешность оценки не превышает 30%.

2.4. Если погрешность оценки погрешности измерений не удовлетворяет условиям, приведенным в п.п.2.1.-2.3., то решение об использовании такой оценки погрешности измерений может быть принято при незначительных возможных экономических потерях или других неблагоприятных последствиях из-за погрешности измерений.

     3. АЛГОРИТМ ОЦЕНИВАНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

(рис.1)