Метрологическая надежность средств измерений

Аналогичную процедуру  проводят для других аналоговых блоков, входящих в измерительный канал  средства измерения, определяют значения метрологического ресурса каждого  блока, и за метрологический ресурс средства измерения в целом принимают  минимальный из найденных значений метрологических ресурсов всех рассматриваемых аналоговых блоков.

Далее рассмотрим пример оценки и повышения метрологической  надежности блока нормирующего преобразователя, выполненного на основе усилителя постоянного  тока, входящего в измерительный канал большинства средств измерений.

Электрическая принципиальная схема исследуемого аналогового блока приведена  на фиг.3. Типы комплектующих элементов  и их основные параметры указаны  в таблице 1.

Для усилителя  нормируемой метрологической характеристикой является основная относительная вида

где К - коэффициент  передачи блока;

К_Н - номинальный коэффициент передачи блока (в нашем случае К_Н= 3,959 10³).

Допустимое  значение основной относительной погрешности  _доп, как правило, устанавливается равным ±3%.

Коэффициент передачи схемы усилителя определяется по соотношению:

где   - частота сигнала, подаваемого на вход усилителя.

Для проведения статистического моделирования  необходимо знать функции изменения  номиналов элементов во времени (см. табл. 2). В примере для наглядности и простоты вычислений характер изменения параметра элементов МЛТ-0,25 и СП-0,4 выбран одинаковым.

В табл.2 R(0) и  С(0) номиналы резистора и конденсатора в нулевой момент времени, [кОм] и [мкФ], соответственно, R(t) и C(t) - в момент времени t.

Статистическое  моделирование проводилось с  помощью программного обеспечения, созданного с использованием изложенной выше методики. В результате моделирования  и аппроксимации множеств значений m_S(t) и  (t) получили математическую модель изменения во времени основной метрологической характеристики (см. фиг.4), описываемой следующими зависимостями:

m_S(t)=(6,5974791 10^-17) t³-(8,8674146 10^-12) t²+(5,0264699 10^-7) t+0,0043266;

(t)=(1,3465521 10^-16) t³-(1,3720631 10^-11) t²+(6,2963107 10^-7) t+0,0125513;

_- (t)=-(1,5758129 10^-17) t³-(3,309921 10^-13) t²+(1,88539 10^-7) t-0,0043556.

Для математического  описания функций выбрана полиномиальная зависимость третей степени, обеспечивающая в данном случае наименьшую погрешность  аппроксимации.

По результатам статистического моделирования определили, что метрологическая характеристика усилителя выйдет за допустимое значение погрешности  _дон через 59953 ч (см. фиг.4).

Далее осуществляем повышение метрологического ресурса  исследуемого блока.

Определяем элементы с доминирующим воздействием на метрологическую характеристику. Значения нормируемых частных производных и элементы, оказывающие доминирующее воздействие, указаны в табл. 3.

В результате проведенного расчета определили (см. табл.3), что  элементы R1, R3, R5 и R6 оказывают доминирующее воздействие на метрологическую характеристику исследуемого блока. Однако элементы R6 и R3, R5 имеют большую разницу в значении номинала, таким образом, скомпенсировать временное изменение параметра элемента R6 изменением параметра элемента R3 или R5 не представляется возможным, так как за один и тот же промежуток времени значения номиналов элементов R6 и R3, R5 изменятся на величину разного порядка. Поэтому будем производить замену элементов R6 и R1, номиналы которых имеют более близкие друг другу значения.

Методом перебора осуществляем замену элементов R6 и R1 на другие типы, чтобы временные изменения  параметров выбранных компонентов  оказывали минимальное воздействие  на изменение метрологической характеристики во времени. В результате чего получили, что замена элементов R1 и R6 (МЛТ-0,25) на другие типы С4-2-0,25-10% и ВС-0,25-10% соответственно приведет к снижению темпа изменения метрологической характеристики во времени и повышению метрологического ресурса на 13066 ч (в среднем на 20%).

Вид изменения  метрологической характеристики во времени после осуществления  замены элементов показаны на фиг.5.

Таким образом, экспериментальная проверка показала, что предложенное техническое решение  позволяет оценить и повысить метрологический ресурс электронного средства измерения не менее чем на (15-25)%.

 
Формула изобретения

Способ оценки и повышения метрологической  надежности средств измерений, заключающийся  в том, что для аналогового  блока электронного средства измерения  создают математическую модель его метрологической характеристики, производят статистическое моделирование состояния метрологической характеристики в различных временных сечениях с использованием сведений о временном изменении параметров радиоэлементов, строят математическую модель процесса изменения во времени метрологической характеристики, задают уровень допустимых значений метрологической характеристики и полученные данные используют для оценки метрологического ресурса средства измерения, отличающийся тем, что для оценки метрологической надежности средства измерения определяют метрологический ресурс каждого из N аналоговых блоков, входящих в измерительный канал средства измерения, далее для повышения величины метрологической надежности одного из N аналоговых блоков по величине нормируемой частной производной от функции изменения во времени метрологической характеристики выделяют радиоэлементы аналогового блока, оказывающие доминирующее воздействие на значение этой метрологической характеристики, затем выделенную группу радиоэлементов разбивают на две подгруппы, в одной из которых объединяют радиоэлементы, временное изменение номиналов которых приводит к росту значения метрологической характеристики аналогового блока, в другой - радиоэлементы с обратным воздействием, приводящим к убыванию значений исследуемой метрологической характеристики, и, сохраняя функциональную целостность схемы и работоспособность исследуемого аналогового блока, методом перебора, исходя из условия наибольшей компенсации суммарного воздействий функций старения параметров радиоэлементов обеих подгрупп на изменение во времени значений метрологической характеристики аналогового блока, осуществляют замену одного или нескольких радиоэлементов из одной подгруппы на другие, далее с учетом внесенных в схему изменений вновь производят моделирование состояния метрологической характеристики для исследуемого аналогового блока и получают новое значение его метрологического ресурса, аналогичную процедуру проводят для других аналоговых блоков, входящих в измерительный канал средства измерения, а метрологический ресурс средства измерения в целом находят как минимальное из найденных значений метрологических ресурсов всех рассматриваемых N аналоговых блоков.