Метрологическая надежность средств измерений

Метрологической надежностью называется способность средства измерения сохранять установленные значения метрологических характеристик в течение заданного промежутка времени при определенных режимах и условиях эксплуатации. В общем случае надежность средства измерения характеризует его поведение в течение времени и является обобщенным понятием, включающим в себя стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость (ГОСТ 27.002 – 89 "Надежность в технике. Термины и определения"). Для оценки надежности применяются вероятностно-статистические характеристики.

Надежность как вероятность удовлетворительного выполнения определенной функции является следствием двух факторов: собственно надежности образца оборудования и эксплуатационной надежности.

Основными понятиями, связанными с надежностью, являются:

1) исправность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям;

2) работоспособность – состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем параметрам, характеризующим выполнение заданных функций;

3) безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени;

4) долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность (с возможными перерывами) до предельного состояния (разрушения);

5) ремонтопригодность – свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта;

6) восстанавливаемость – свойство изделия восстанавливать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей;

7) сохраняемость – свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях и при транспортировке.

Для исследования надежности применяются достаточно сложные аналитические методики. Причинами изготовления ненадежной продукции могут быть:

• отсутствие регулярной проверки соответствия стандартам;

• ошибки в применении материалов и неправильный контроль материалов в ходе производства;

• неправильный учет и отчетность по контролю;

• не отвечающие стандартам схемы выборочного контроля;

• невыполнение стандартов по приемочным испытаниям.

Математические модели, применяемые для количественных оценок надежности, зависят от типа надежности. Современная теория выделяет три типа надежности:

1. Надежность мгновенного действия, например, плавких предохранителей.

2. Надежность при нормальной эксплуатационной долговечности, например, измерительная техника. В исследованиях нормальной эксплуатационной надежности в качестве единицы измерения используют «среднее время между отказами». Рекомендуемый в практике диапазон от 100 до 2000 часов.

3. Чрезвычайно продолжительная эксплуатационная надежность (например, транспортные средства, строительные сооружения), если требования к сроку службы свыше 10 лет.

Стабильность СИ является качественной характеристикой, отражающей неизменность во времени его метрологических характеристик.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния изделия, называется отказом. Отказы системы могут быть обусловлены ошибками в конструкции деталей, браком при их изготовлении или неправильной эксплуатации системы. При этом отказы различаются по времени и виду. Нас интересует метрологический отказ – выход метрологических характеристик средства измерений за установленные пределы.

Неметрологические отказы носят, как правило, явный характер, проявляются внезапно и могут быть обнаружены без проведения поверки. Метрологические отказы происходят значительно чаще, чем неметрологические и зафиксировать точное время наступления метрологического отказа ввиду скрытого характера его проявления невозможно.

Отказы подразделяются на внезапные и постепенные. Внезапные метрологические отказы характеризуются скачкообразным изменением одной или нескольких метрологических характеристик. Эти отказы в силу их случайности невозможно прогнозировать. Их последствия (сбой показаний, потеря чувствительности и т.п.), как правило, легко обнаруживаются в ходе эксплуатации прибора.

Постепенные отказы характеризуются монотонным изменением одной или нескольких метрологических характеристик. По характеру проявления эти отказы являются скрытыми и могут быть выявлены только по результатам периодической поверки средств измерений.

При нормальной эксплуатационной надежности техническое предсказание надежности может быть теоретическим, экспериментальным и эмпирическим.

Теоретический подход предполагает разработку схемы данной операции и ее проверку с помощью математической модели.

Эмпирический подход заключается в выполнении необходимых измерений в отношении фактически выпускаемой продукции и выводах о надежности.

При экспериментальном подходе используют и теорию, и измерения, при которых широко применяют методы математического моделирования процессов, создавая на этой основе экспериментальные данные.

Наибольшее распространение в исследованиях надежности получил показатель «интенсивность отказов» (l):

,

где n – число выбывших из строя изделий; N – общее число изделий; t – среднее время испытаний.

Среднее время испытаний определяется по формуле:

,

где – число изделий в испытательной группе; – продолжи-тельность испытаний данной группы.

Если количество изделий, выбывших из строя, превышает 5-10%, то в расчет вводится корректива:

,

где – количество отказных изделий в данной группе; n_k – количест-во отказов за одно и то же время испытаний; t_k – продолжительность испытаний для вывода изделия из строя.

Для расчета средней интенсивности отказов важно выбрать правильный интервал времени, так как обычно плотность отказов меняется во времени.

Профилактическими мерами повышения метрологической надежности средств измерений, выявления отказов и т.п. занимаются практическая и законодательная метрологии, которые устанавливают межповерочные интервалы, производят поверку и калибровку средств измерений.

К основным показателям надежности средств измерений относятся:

1) интенсивность отказов средств измерений

,

где – интенсивность отказов i -го элемента, входящего в состав средства измерения;

– количество элементов i -го типа;

n – количество типов элементов, входящих в состав средств измерений.

Интенсивность отказов i -го элемента можно найти как:

,

где L – число отказов;

Δ t – интервал времени, с.

Поскольку внезапный отказ не зависит от того, сколько времени проработало средство измерений .

2) вероятность безотказной работы Р (t):

- при постепенных отказах ;

- при внезапных отказах .

3) среднее время безотказной работы (наработка на отказ) :

- при постепенных отказах ;

- при внезапных отказах .

Пример. Преобразователь числа оборотов расположен между газотурбинным двигателем и датчиком числа оборотов и представляет собой редуктор. Он состоит из четырех валов с интенсивностью отказов ч^-1, восьми подшипников с ч^-1 и шести зубчатых колес с ч^-1. Интенсивность отказов деталей редуктора определена экспериментально. Определить вероятность внезапного отказа преобразователя за 10000 ч работы.

Решение.

Интенсивность отказов преобразователя:

ч^-1.

Вероятность безотказной работы за 10000 ч составит:

.

Вероятность отказа за это же время

.

Поиск по сайту: