Забезпечення безперервного контролю процесів вимірювань

Об`єктивну кількісну інформацію про перебіг технологічних процесів отримують шляхом вимірювання їх параметрів. Вимірювання при цьому слід розглядати як цілісний процес від сприйняття і перетворення вимірювальної інформації з об`єкту до її опрацювання, зберігання, передачі і використання для вироблення зворотної дії на контрольовані технологічні об`єкти. Тому в сучасних умовах одним із найважливіших параметрів ЗВТ є їх метрологічна надійність. Для забезпечення необхідної метрологічної надійності на практиці постійно контролюють процеси вимірювань. Достовірна вимірювальна інформація необхідної точності може бути отримана тільки шляхом технічно обґрунтованого вибору ЗВТ, який включає такі дані [1]: наявність вимірюваних або контрольованих параметрів об`єкта; значення допусків на відхилення контрольованих параметрів і допустимі значення похибок вимірювання параметрів об`єкта; допустимі ймовірності хибної і невстановленої відмов для кожного з контрольованих параметрів і значення довірчих ймовірностей для вимірюваних параметрів; закони розподілу вимірюваних (контрольованих) параметрів і похибок їх вимірювання, що можуть виникати при використанні засобів вимірювання (контролю) параметрів; умови вимірювань: механічні навантаження (вібрація, удари, прискорення тощо), кліматичні впливи (температура, вологість, тиск тощо), наявність чи відсутність активно шкідливого середовища (агресивні гази і рідини, високі температура або електрична напруга, грибки, плісень, електромагнітні поля, радіоактивні та інші випромінення тощо), в якому будуть експлуатуватися засоби вимірювань або їх елементи.

На базі цих даних після визначення обмежувальних характеристик розраховуються точнісні характеристики (границі допустимих основної та додаткової похибок) потрібного ЗВТ. Однією із основних метрологічних характеристик ЗВТ при періодичному контролі є достовірність вимірювань (контролю) параметрів, яка вказує на імовірність того, що значення похибки вимірювання не буде перевищувати допустимих значень із заданою імовірністю , деР – фактичне значення ймовірності; - сумарна похибка результату вибраними засобами вимірювання; - границя допустимих значень похибки результату вимірювання параметра; Р_дов– задане значення довірчої ймовірності. Достовірність вимірювань забезпечується, якщо ймовірності хибної і невстановленої відмов за результатами контролю параметрів вибраним засобом вимірювання (ЗВ) не перевищують заданої ймовірності , де Р_хв, Р_хвд, Р_нв, Р_нвд – фактичні та допустимі значення ймовірностей відповідно хибної та невстановленої відмов.

Складність умов експлуатації ЗВТ, широка та різнорідна номенклатура їх параметрів суттєво ускладнює аналіз їх якості, який, як правило, проводиться з метою близького до оптимального (в координатах функціональні можливості-вартість) вибору необхідного для даної вимірювальної задачі ЗВТ серед усього різноманіття пропонованих на сучасному ринку приладів. Неможливість встановлення істинного значення вимірюваної величини і точного визначення похибки вимірювання та складність врахування всіх можливих дестабілізуючих ЗВТ факторів спричинилася до створення міжнародними організаціями з метрології та вимірювань (ISO, IEC, IMEKO) нормативних документів, в яких для оцінювання якості вимірювань застосовується термін „невизначеність” („непевність”) результату вимірювань, а також рекомендацій щодо керування вимірювальними процесами [7-9].

Значення ймовірностей хибної та невстановленої відмов за вимірюваним (контрольованим) параметром, похибки вимірювань та допуски на контрольований параметр теоретично подаються виразами [10]

, (2.1)

, (2.2)

де Х – випадкові зміни вимірюваного (контрольованого) параметра; f(X) – густина ймовірності розподілу параметра Х; F(X) – функція розподілу похибок вимірювання вимірюваного (контрольованого) параметра; Х_н, Х_в – відповідно нижнє та верхнє допустимі значення параметра Х.

В [10] вказується, що співвідношення (2.1) та (2.2) експериментально обґрунтовані і на їх основі розроблена методика орієнтовного вибору основної похибки ЗВТ, який планується використати для вимірювання значень певного параметру вимірюваного об`єкта [1].

Слід відмітити, що така методика розрахунків зазвичай приводить до завищених вимог щодо точності вибраних ЗВТ. Однак, для практичної реалізації вказаної методики вибору точнісних параметрів потрібний доволі великий об`єм апріорної інформації про густини ймовірності розподілу параметра Х, а також функції розподілу похибок вимірювання вимірюваного параметру, яка у багатьох випадках відсутня і для набуття якої слід провести значний обсяг трудомістких і вартісних експериментальних досліджень. Крім того, при різких змінах будь-якої з умов вимірювання (наприклад, аварійні режими роботи, значні електромагнітні наведення тощо) виникатимуть грубі помилки, збої, що суттєво зменшує достовірність вимірювань. Поступові деградаційні зміни компонентів та деталей поступово призводить до появи помітної похибки або й метрологічної відмови ЗВТ в межах міжперевірювального інтервалу, який встановлюється здебільшого на основі аналізу досвіду експлуатації подібних ЗВТ з використанням “інженерної інтуїції”. Тому ДСТУ ISO 10012:2005 рекомендує впроваджувати методи контролю процесів вимірювання, які базуються на регулярному перевірянні та відповідному регулярному аналізуванні контролю даних вимірювання і застосування на всіх рівнях вимірювань калібрування від еталонів зовнішньою метрологічною лабораторією до власних регулярних перевірок. Процедури контролювання процесів вимірювань застосовують, щоб виявити незвичні зміни в процесі вимірювань; виявити проблеми з повторюваністю результатів вимірювань; ідентифікувати та кількісно визначити поправки чи коригувальні коефіцієнти для приведення результатів випробувань до стандартних умов для будь-якого дрейфу вимірюваних сигналів; допомогти ідентифікувати періодичні відхилення, включно із циклічними; забезпечити необхідною документацією, потрібною для виконання вимог щодо забезпечення якості.

На практиці контроль процесу вимірювань застосовують з метою досягнення безпечності протікання технологічного процесу (наприклад, електростанції, особливо атомні) або забезпечення високої гарантованої якості кінцевої продукції, товару, послуги. Система метрологічного забезпечення, представлена в ДСТУ ISO 10012:2005, повинна надавати гарантії того, що вимірювання (виконані з використанням вимірювального обладнання в межах міжперевірювального інтервалу) є достатньо точними для поставленого завдання [11]. Однак, ЗВТ метрологічно перевіряються для безпосереднього споживача одиничних зразків або малих порівняно з генеральною сукупністю вибірок ЗВТ. Закон розподілу вимірюваного параметра для сукупності ЗВТ, які подаються на періодичну перевірку, суттєво відрізняється від закону розподілу вимірюваного параметра на момент випуску ЗВТ з виробництва і практично не може бути вивчений [12]. Характеристики цього закону суттєво залежать від таких важко враховуваних факторів, як фактичні умови експлуатації кожного конкретного зразка ЗВТ (особливо їх несприятливі комбінації), часові дрейфи характеристик, кваліфікація обслуговуючого персоналу тощо. Рекомендації щодо метрологічного забезпечення ЗВТ, використовуваних для проведення вимірювань, результати яких призначені для оцінювання відповідності продукції чи послуг встановленим нормам, подані в [9]. Однак, цей нормативний документ не встановлює спеціальних вимог до чинників, здатних впливати на результати вимірювань, наприклад, до методів та методик вимірювань, компетентності персоналу тощо.

Для гарантування досягнення потрібного рівня якості товарів, продукції, послуг, що виробляються із використанням ЗВТ, сучасні вітчизняні і міжнародні нормативні документи рекомендують проводити систематичний і повний контроль проведення процесів вимірювань, який розглядається як окрема і тривала процедура [11]. Цей стандарт рекомендує контролювати вимірювальні процеси (наприклад, на основі спеціальних карт з допомогою робочих еталонів із статистичним опрацюванням результатів вимірювань та їх документуванням). Частоту перевірки процесів вимірювань слід визначати для кожного окремого процесу, зокрема як техніко-економічний компроміс між вартістю метрологічних перевірок (з вилученням ЗВТ з технологічного процесу і заміною його іншим або, при неможливості заміни, й зупиненням процесу виробництва, транспортуванням цього ЗВТ до випробувальної лабораторії і попереднього місця експлуатації, проведенням перевірки) та важливістю прецизійності вимірюваного параметру для забезпечення якості і, зазвичай, залежить від таких чотирьох основних чинників - кількості перевірок, ступеня потрібного забезпечення, ступеня важливості джерела похибки вимірювань, стабільності процесу.

Враховуючи суперечливість практичних критеріїв – ризик невідповідності ЗВТ технічним умовам під час його експлуатації повинен бути мінімальним, а пов`язані з метрологічним підтвердженням витрати повинні бути якомога нижчі – практично рекомендується декілька методів початкового вибору періодичності метрологічного підтвердження та її коригування на підставі накопиченого досвіду. Особливо слід відмітити максимальну практичну зручність для користувача методу з частою (раз на день або й частішою) перевіркою критичних параметрів ЗВТ за допомогою портативних (вмонтованих) еталонів або за допомогою “чорної скриньки”, виготовленої спеціально для перевірки окремих параметрів. Якщо “чорна скринька” виявляє невідповідність ЗВТ, то їх метрологічні характеристики підлягають підтвердженню в повному обсязі. Однак, на заваді впровадження такого методу стає складність у визначенні критичних параметрів ЗВТ і розробленні “чорної скриньки”. Не зважаючи на теоретично дуже високу надійність, він не може замінити собою регулярного метрологічного підтвердження, оскільки ЗВТ можуть відмовити за параметром, який не вимірюється “чорною скринькою”, а характеристики “чорної скриньки”, можуть самі по собі виявитись нестабільними.

Періодичність метрологічних перевірок у першу чергу визначається метрологічною надійністю ЗВТ і для підвищення достовірності вимірювань її слід збільшувати. З іншого боку, здійснення метрологічної перевірки пов’язане із значними економічними витратами і тому її періодичність слід максимально збільшувати. В результаті до сьогодні проблема встановлення оптимальних міжперевірювальних інтервалів є дуже складною і до кінця не вирішеною. Наприклад, в Канаді та США лабораторії національної метрологічної служби не вказують термін дії результатів метрологічної перевірки, констатуючи тим самим факт часових змін значень похибки і залишаючи питання чергової метрологічної перевірки на розгляд споживача [6].

Поиск по сайту: