РМГ 64-2003

Группа Т80

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Методы и способы повышения точности измерений

State system for ensuring the uniformity of measurements.
Ensuring the effect of measurements by the control of technological processes.
Methods and ways of the measuring accuracy rise

МКС 17.020

Дата введения 2005-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-97 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены"     

    Сведения о рекомендациях

1 РАЗРАБОТАНЫ Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы" (ФГУП "ВНИИМС") Госстандарта России

2 ВНЕСЕНЫ Госстандартом России

3 ПРИНЯТЫ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 24 от 5 декабря 2003 г.)

За принятие проголосовали:     

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 октября 2004 г. N 51-ст рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 64-2003 введены в действие в качестве рекомендаций по метрологии Российской Федерации с 1 января 2005 г.

5 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящим рекомендациям публикуется в указателе "Национальные стандарты", а текст изменений - в информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящих рекомендаций соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе "Национальные стандарты"

     1 Область применения

Настоящие рекомендации содержат основные положения, относящиеся к выбору методов и способов повышения точности измерений, выполняемых в производстве. Рассмотрены общие методические приемы, используемые для повышения точности измерений.

Определена процедура технико-экономического обоснования мероприятий, направленных на повышение точности измерений.

     2 Нормативные ссылки

В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 8.010-90* Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений

________________

* На территории Российской Федерации действует [1].

РМГ 62-2003 Государственная система обеспечения единства измерений. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации

Примечание - При пользовании настоящими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных документов по соответствующему указателю стандартов, составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящими рекомендациями следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяют в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Общие положения

3.1 Повышение точности измерений в промышленности является одним из существенных резервов повышения качества продукции и эффективности производства.

3.2 Задачу повышения точности измерений решают в несколько этапов.

На начальном этапе выполняют анализ измерительной задачи и тех целей, для которых используют результаты измерений, а также всей совокупности условий, влияющих на точность измерений. Этот анализ проводят для применяемой или предполагаемой к применению методики выполнения измерений, точность которой признана неудовлетворительной из-за возможных значительных неблагоприятных последствий, обусловленных погрешностью измерений.

Метод или способ повышения точности измерений выбирают только после выявления и оценивания отдельных составляющих погрешности измерений и определения доминирующих составляющих погрешности. При этом учитывают не только инструментальную, но и методическую и субъективную составляющие погрешности измерений, а также систематический и случайный характер всех составляющих погрешности измерений.

     4 Анализ измерительной задачи и целей измерений

4.1 Анализ измерительной задачи и целей измерений проводят для того, чтобы определить степень соответствия измеряемой величины измеряемой характеристике объекта. Часто реальный объект заменяют некоей моделью, характеристику которой измеряют. Неадекватность модели реальному объекту может быть значительна и, соответственно, будет значительна разница между характеристиками объекта и принятой модели. В этом случае какие бы методы и способы повысить точность измерений характеристики принятой модели ни применяли, цели измерений не будут достигнуты.

4.2 Анализ свойства объекта измерений, которые определяют в соответствии с целью измерений, и других свойств, влияющих на погрешность измерений, проводят согласно нормативным документам*.

________________

* На территории Российской Федерации действует рекомендация [2].

4.3 Пример составляющей погрешности измерений, обусловленной неадекватностью модели реальному объекту, приведен в приложении А.

     5 Анализ результатов оценивания погрешности измерений

5.1 Для большинства измерений, выполняемых в системах управления технологическими процессами, оценивание погрешности измерений и ее составляющих проводят расчетными или расчетно-экспериментальными способами.

5.2 В результате оценивания погрешности измерений получают количественные оценки методических, инструментальных и субъективных составляющих погрешности измерений и определяют причины, их порождающие (внешние влияющие величины), в соответствии с РМГ 62.

5.3 Проводят анализ доминирующих составляющих погрешности измерений.

5.4 Для выбора эффективного метода или способа повышения точности измерений приближенно оценивают случайную долю в доминирующих составляющих погрешности измерений.

     6 Основные способы и методы повышения точности измерений

6.1 Замена менее точного средства измерений на более точное (приобретение или разработка специальных средств измерений)

Этот способ повышения точности измерений эффективен при доминирующих инструментальных составляющих погрешности измерений.

Для измерительных каналов и информационно-измерительных систем (далее - ИИС) заменяют на более точные только те средства измерений, погрешности которых доминируют при расчете суммарной погрешности канала или ИИС.

Часто такая замена дает существенный эффект в случае доминирования основной погрешности средств измерений. Например, в измерительных каналах температуры ИИС и автоматизированных системах управления технологическим процессом (далее - АСУТП) с термопарами типа ТПП основная погрешность средств измерений составляет 40% - 60% суммарной погрешности в рабочих условиях. При выборе средств измерений более высокого класса точности необходимо обращать внимание на нормированные дополнительные погрешности, поскольку дополнительные погрешности средств измерений многих типов практически одни и те же для различных классов точности этих средств.

Данный способ повышения точности измерений доступен далеко не всегда. Возможности выбора более точных средств измерений зачастую весьма ограниченны. Чаще всего такие ограничения связаны с условиями эксплуатации средств измерений.

Учитывают также, что стоимость средств измерений, как правило, быстро растет с повышением их точности.

6.2 Уменьшения относительной погрешности можно добиться, выбрав средства измерений, для которых нормированы приведенные погрешности с таким верхним пределом измерений, чтобы ожидаемые значения измеряемой величины (показания) находились в последней трети диапазона измерений.

6.3 Ограничение условий применения средств измерений

Этот способ повышения точности измерений целесообразен, если доминируют дополнительные погрешности средств измерений, которые вызваны существенными отклонениями действительных значений внешних влияющих величин от их значений, принятых соответствующими нормативными документами в качестве нормальных (далее - нормальные значения). Для многих средств измерений выявлены существенные составляющие погрешности при значительных отклонениях действительных значений от нормальных значений температуры окружающего воздуха, параметров питания, воздействующей вибрации и других влияющих величин, имеющих место в производственных условиях. Например, для типичных измерительных каналов расхода природного газа, содержания кислорода в газовой смеси, давления дополнительная погрешность, вызванная отклонением действительных значений температуры окружающего воздуха в условиях многих производств от нормального значения, составляет 30% - 40% суммарной погрешности измерений. Для измерительных каналов с датчиками давления многих типов промышленная вибрация в месте установки датчиков является источником дополнительной погрешности до 30% суммарной погрешности измерений.

Составляющие погрешности некоторых типичных измерительных каналов АСУТП приведены в РМГ 62.

В подобных случаях принимают соответствующие меры, снижающие влияние на погрешность измерений существенных внешних влияющих величин (установка кондиционеров в помещении, специальных экранов для защиты от воздействия электромагнитных полей, стабилизаторов напряжения питающей сети, амортизаторов для снижения вибрационных воздействий и пр.).

Некоторые методические составляющие погрешности измерений также могут быть уменьшены путем ограничений условий измерений. Такая методическая погрешность, как "погрешность передачи" при измерениях небольших давлений и перепада давления пара, обусловленная изменениями столба конденсата в соединительных трубках при измерениях температуры окружающего воздуха, может быть снижена соответствующими мерами.

6.4 Индивидуальная градуировка средства измерений

Этот способ повышения точности измерений эффективен при доминирующих систематических составляющих погрешности средств измерений. Например, для термопар и термометров сопротивления систематическая составляющая погрешности при узком диапазоне измеряемых температур доминирует и остается практически неизменной в течение нескольких месяцев. Такая погрешность может быть значительно снижена путем внесения в результаты измерений поправок, полученных при индивидуальной градуировке. Этот способ может быть успешно применен в ИИС и АСУТП.

Систематические составляющие погрешности многих средств измерений могут заметно изменяться в течение сравнительно небольших интервалов времени эксплуатации. Это учитывают при применении индивидуальной градуировки средств измерений*.

________________

* На территории Российской Федерации при выполнении градуировки может быть использована рекомендация [3].     

6.5 Выполнение многократных наблюдений с последующим усреднением их результатов

Этот способ эффективен при доминировании случайной составляющей погрешности измерений.

Известно, что случайная составляющая погрешности измерений среднего значения меньше случайной составляющей погрешности измерений текущих значений.

Для повышения точности измерений текущих значений необходимо, чтобы усреднение не приводило к существенному сглаживанию информации о процессе изменения измеряемой величины.

Применение этого способа возможно, если в течение интервала времени усреднения не происходит заметное изменение текущих значений измеряемой величины и в то же время в течение этого же интервала существенно меняется погрешность измерений текущих значений. Таким образом, частотный спектр случайной составляющей погрешности измерений текущих значений должен быть значительно больше по сравнению с частотным спектром процесса изменения измеряемой величины.

Снижение случайной составляющей погрешности измерений путем усреднения результатов измерений текущих значений может быть достигнуто при выполнении формального условия

,                                                                (1)

где - интервал времени затухания корреляционной функции измеряемой величины;

- интервал времени затухания корреляционной функции случайной составляющей погрешности измерений;

- интервал времени между измерениями текущих значений;

- число усредняемых результатов измерений текущих значений в течение интервала усреднения.

В этом случае среднее квадратическое отклонение (далее - СКО) случайной составляющей погрешности измерений средних значений при числе измерений текущих значений за интервал времени усреднения определяют по формуле