РМГ 64-2003 ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности 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