Материал: Методика выполнения измерений на примере оптиметра горизонтального ИКГ-3

5. Методика измерений

Методика (метод) измерений - совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.

Аттестация методик измерений - исследование и подтверждение соответствия методик измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям.

Метрологическая экспертиза методик измерений - анализ и оценка выбора методов и средств измерений, операций и правил проведения измерений, а также обработки их результатов в целях установления соответствия методики измерений предъявленным к ней метрологическим требованиям.

Показатель точности измерений - установленная характеристика точности любого результата измерений, полученного при соблюдении требований и правил данной методики измерений. В качестве показателя точности методики измерений могут быть использованы характеристики погрешности измерений, показатели неопределенности измерений, показатели точности по ГОСТ Р ИСО 5721-1.

Арбитражная методика измерений - методика измерений, применяемая при возникновении разногласий относительно результатов измерений, полученных с использованием нескольких аттестованных методик измерений одной и той же величины в одних и тех же условиях, установленная компетентным федеральным органом исполнительной власти или соглашением заинтересованных сторон.

Общие положения

1. Методики измерений разрабатывают и применяют с целью обеспечить выполнение измерений с требуемой точностью.

2. Методики измерений в зависимости от сложности и области применения излагают:

в отдельном документе (нормативном правовом документе, документе в области стандартизации, инструкции и т.п.);

в разделе или части документа (разделе документа в области стандартизации, технических условий, конструкторского или технологического документа и т.п.).

. Документы, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и содержащие методики измерений (стандарты, технические условия, конструкторские, технологические документы и т.п.), должны включать в себя сведения об аттестации методик измерений, а также сведения о наличии их в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений.

Методики, включенные в проекты нормативных правовых актов и документов в области стандартизации, подлежат обязательной метрологической экспертизе, которую проводят государственные научные метрологические институты.

. Аттестация методик измерений, применяемых вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений, может быть проведена в добровольном порядке в соответствии с настоящим стандартом.

Разработка методик измерений

1 Разработку методик измерений осуществляют на основе исходных данных, которые могут быть приведены в техническом задании, технических условиях и других документах.

. К исходным данным относится следующее:

область применения (объект измерений, в том числе наименование продукции и контролируемых параметров, а также область использования - для одного предприятия, для сети лабораторий и т.п.);

если методика измерений может быть использована для оценки соответствия требованиям, установленным техническим регламентом, то в документе на методику измерений указывают наименование технического регламента, номер пункта, устанавливающего требования (при необходимости и наименование национального стандарта или свода правил), а также указывают, войдет ли документ, в котором изложена методика измерений, в перечень национальных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений [либо в состав правил и методов исследований (испытаний) и измерений], в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения технического регламента и осуществления оценки соответствия;

наименование измеряемой величины в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации;

требования к показателям точности измерений; - требования к условиям выполнения измерений;

характеристики объекта измерений, если они могут влиять на точность измерений (выходное сопротивление, жесткость в месте контакта с датчиком, состав пробы и т.п.);

при необходимости другие требования к методике измерений.

. Требования к точности измерений приводят путем задания показателей точности и ссылки на документы, в которых эти значения установлены.

При описании требований к выражению погрешности и неопределенности измерений, выполненных с использованием теории шкал, применяют положения рекомендаций с учетом особенностей конкретных шкал измерений.

. Методики измерений должны обеспечивать требуемую точность оценки показателей, подлежащих допусковому контролю, с учетом допусков на эти показатели, установленных в документах по стандартизации или других нормативных документах, а также допустимых характеристик достоверности контроля и характера распределения контролируемых показателей.

. Условия измерений задают в виде номинальных значений с допускаемыми отклонениями и (или) границ диапазонов возможных значений влияющих величин. При необходимости указывают предельные скорости изменений или другие характеристики влияющих величин, а также ограничения на продолжительность измерений, число параллельных определений и т.п. данные.

. Если измерения предполагают выполнять с использованием измерительных систем, для которых средства измерений, входящие в состав измерительных каналов, пространственно удалены друг от друга, то условия измерений указывают для мест расположения всех средств измерений, входящих в измерительную систему.

. Разработка методик измерений, как правило, включает в себя следующее:

формулирование измерительной задачи и описание измеряемой величины; предварительный отбор возможных методов решения измерительной задачи;

выбор метода и средств измерений (в том числе стандартных образцов), вспомогательных устройств, материалов и реактивов;

установление последовательности и содержания операций при подготовке и выполнении измерений, включая требования по обеспечению безопасности труда и экологической безопасности и требования к квалификации операторов;

организацию и проведение теоретических и экспериментальных исследований по оценке показателей точности разработанной методики измерений; экспериментальное опробование методик измерений; анализ соответствия показателей точности исходным требованиям;

обработку промежуточных результатов измерений и вычисление окончательных результатов, полученных с помощью данной методики измерений;

разработку процедур и установление нормативов контроля точности получаемых результатов измерений;

разработку проекта документа на методику измерений;

утверждение и регистрацию документа на методику измерений, оформление свидетельства об аттестации;

передачу сведений об аттестованных методиках измерений в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений.

. Методы и средства измерений выбирают в соответствии с документами, относящимися к выбору методов и средств измерений данного вида, а при отсутствии таких документов - в соответствии с общими рекомендациями.

Если методика измерений предназначена для использования в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, то средства измерений, стандартные образцы, испытательное оборудование должны быть метрологически обеспечены в системе измерений Российской Федерации.

Требования к точности измерений устанавливают с учетом всех составляющих погрешности (методической, инструментальной, вносимой оператором, возникающей при отборе и приготовлении пробы).

Если полученное значение погрешности измерений выходит за заданные пределы, то погрешность измерений может быть уменьшена в соответствии с рекомендациями.

Показатели точности измерений должны соответствовать исходным данным на разработку методики измерений. При оценивании характеристик по

грешности следует руководствоваться рекомендациями [5], [14], [15], неопределенности - рекомендациями [6] и руководством [7], приписанных характеристик для измерений состава и свойств веществ и материалов - ГОСТ Р ИСО 5725-1 - ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Планирование экспериментов по оценке характеристик погрешности методик измерений состава и свойств веществ и материалов и выбор способов экспериментальной оценки этих характеристик проводят в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1 - ГОСТ Р ИСО 5725-6, неопределенности - в соответствии с руководством.

. В документе, регламентирующем методику измерений, указывают:

наименование методики измерений;

назначение методики измерений;

область применения;

условия выполнения измерений;

метод (методы) измерений;

допускаемую и (или) приписанную неопределенность измерений или норму погрешности и (или) приписанные характеристики погрешности измерений;

применяемые средства измерений, стандартные образцы, их метрологические характеристики и сведения об утверждении их типов.

В случае использования аттестованных смесей по рекомендациям, документ на методику измерений должен содержать методики их приготовления, требования к вспомогательным устройствам, материалам и реактивам (приводят их технические характеристики и обозначение документов, в соответствии с которыми их выпускают);

операции при подготовке к выполнению измерений, в том числе по отбору проб;

операции при выполнении измерений;

операции обработки результатов измерений;

требования к оформлению результатов измерений;

процедуры и периодичность контроля точности получаемых результатов измерений;

требования к квалификации операторов;

требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;

требования к обеспечению экологической безопасности;

другие требования и операции (при необходимости).

Примечания

В документах на методики измерений, в которых предусмотрено использование конкретных экземпляров средств измерений и других технических средств, дополнительно указывают заводские (инвентарные и т.п.) номера экземпляров средств измерений и других технических средств.

В документе на методики измерений могут быть даны ссылки на официально опубликованные документы, содержащие требования или сведения, необходимые для реализации методики.

Список использованных источников

1.      Бойко С.В., Воробьев А.Л., Колчина И.В. Б 77 Разработка и аттестация методик выполнения измерений: Методические указания. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 77с.

.        Седалищев В.Н. Методы и средства измерений электрических величин: Учеб. пособие; Алт. гос. техн. ун-т им.И. И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008. - …с.

Приложения

Приложение А

Проект разработки документа на МИ

Вводная часть

Настоящее описание МИ устанавливает методику выполнения измерений измерения временных интервалов на осциллографе С1-72.

Нормы точности измерений

Реализация данной методики выполнения измерения обеспечивает выполнение с максимально допустимыми погрешностями не превышающими ±10 % 0,05 µs - 5 мс и ±20 % 10 мс - 50 мс

Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, растворы.

.1 При выполнении измерений применяют следующие средства в таблице 1:

Таблица 1

. Метод измерений

Метод сравнения с мерой - метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с мерой. Эти методы подразделяют на дифференциальные, нулевые, противопоставления, замещения и совпадений.

Дифференциальный метод (разностный) - это метод измерения, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, незначительно отличающейся от измеряемой. Нулевой метод измерения отличается от дифференциального метода тем, что разность величин доводят до нуля. В методе измерения замещением измеряемую величину замещают мерой с известным значением физической величины. Метод совпадений основан на совпадении отметок или периодических сигналов с образцовыми сигналами.

Требования безопасности окружающей среды

.1 При выполнении измерений соблюдают следующие требования: к работе с приборами допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности с электрическими приборами; корпус приборов должен быть заземлен;

Требования к квалификации операторов

.1 К выполнению измерений и обработке их результатов допускают лиц, имеющих среднетехническое образование (техник-технолог), а также имеющих неполное высшее образование.

Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

напряжение сети 220 В ± 10 %;

температура окружающего воздуха от минус 10 до плюс 40º С;

относительная влажность воздуха до 90 % при температуре плюс 25 %;

атмосферное давление 750 ± 30 мм. рт. ст.

Подготовка к выполнению измерений

.1 Перед включением прибора в сеть предварительно установите органы управления в следующие положения:

Ручки: ""Ψ"” - регулировка яркости луча, " "????"” - регулировка фокусировки луча, " β ” - перемещение луча по вертикали, " ↔ ” - перемещение луча по горизонтали, "уровень”, - в среднее положение; "СТАБИЛЬНОСТЬ” - в крайнее правое положение; Переключатель "V/Дел." - в положение "10”; Переключатель полярности синхронизации - в положение "  ”; Переключатель синхронизации - в положение "”; Переключатель "ВХОД Х" выключен.

Проверьте положение предохранителя на соответствие величине напряжения питающей сети и положение тумблера "~" / "-”виду питающей сети.

Шнур питания прибора соедините с источником напряжения, нажатием кнопки переключателя "СЕТЬ” включите прибор. При этом должна загореться сигнальная лампочка. Через 2-3 минуты после включения прибора следует отрегулировать яркость и фокусировку линии развертки с помощью ручек " ”, "".

Если при максимальной яркости на экране не будет луча, необходимо при помощи ручек " β", " ↔ ” переместить его в пределы рабочей части экрана.

Сущность балансировки заключается в том, чтобы луч на экране не перемещался при переключении переключателя "V/Дел”.

Для этого, не подавая сигнал на вход усилителя,ручкой " β ” линию развертки переместите в среднее положение рабочей части экрана ЭЛТ и потенциометром "БАЛАНС”, выведенном на левую боковую стенку, добейтесь независимости положения линии развертки от положения переключателя "V/Дел. ”Ручку переключателя "V/Дел." Установите в положение КАЛИБР, при этом на экране должно появится изображение калибрационного напряжения.

Ручку переключателя "ВРЕМЯ/ДЕЛ." Установите в положение 1ёs.

С помощью потенциометра "КОРР. УСИЛ. ” установите по шкале прибора амплитуду изображения калибрационного напряжения, равную 6 делениям по вертикали. Затем следует проверить калибровку коэффициента развертки. Для этого переключатель

"ВРЕМЯ/ДЕЛ" установите в положение 1ms и ручками "СТАБИЛЬНОСТЬ” и "УРОВЕНЬ" добейтесь устойчивого изображения 10 периодов напряжения калибратора. Калибровка производится потенциометром "КОРР. РАЗВ. ” После этого прибор готов к работе и можно приступить к выбору режима работы и проведению необходимых измерений.

До включения калибратора произведите следующие операции:

соедините клемму " " с шиной защитного заземления; проверьте правильность установки переключателя номинальных напряжений сети;

убедитесь в наличии сетевого предохранителя;

подключите сетевой соединительный шнур к розетке "СЕТЬ” калибратора;

подключите вилку сетевого соединительного шнура к розетке питания.

включите тумблер "СЕТЬ”.

Выполнение измерений

.1 При выполнении измерений частоты методом прямого измерения временных интервалов выполняют следующие операции после подготовки осциллографа к работе:

-       Подключение входного сигнала:

Подать сигнал на "вход Y" с помощью кабеля. При этом нужно иметь в виду, что один из выводов кабеля подключен к корпусу осциллографа и заземлен. Он обычно имеет черный цвет и обозначен символом "⊥". При правильном подключении должно появиться изображение либо должна увеличиться ширина луча. Если размах изображения по вертикали составляет менее 2 или более 6 делений, необходимо подобрать положение переключателя "Вольт / деление".

-             Выбор способа синхронизации осциллографа:

Чаще всего используется "внутренняя" синхронизация, которая включается кнопкой. При этом схема синхронизации запускается от сигнала, поданного на "Вход Y". Кнопкой "????" включают режим "внешней" синхронизации. При этом схема синхронизации запускается специальным сигналом, который нужно подать на "вход Х". Этот способ синхронизации используется, когда наблюдаемый сигнал имеет сложную форму и режим "внутренней" синхронизации нестабилен. Кнопкой "От сети" включают режим запуска развертки от сетевого напряжения. Он используется для наблюдения пульсаций питающих напряжений. Кнопкой "П" выбирают полярность синхроимпульсов. Если нажать кнопку "Вход Х", включается режим принудительной развертки от входа синхронизации. При этом положение луча по горизонтали пропорционально напряжению, поданному на вход синхронизации. Такой режим работы называется режимом синусоидальной развертки. Он используется для измерения разности фаз двух гармонических сигналов, а также в качестве индикатора равенства или кратности их частот.

-             Настройка схемы синхронизации:

Если на экране имеется несколько изображений или сплошная полоса, необходимо добиться синхронизации развертки. Установите ручку "Уровень" в среднее положение, а ручку "Стабильность" - в левое положение. При этом луч должен погаснуть. Медленно вращайте ручку "Стабильность" вправо до появления луча. После этого подберите положение ручки "Уровень". Если после такой настройки изображение сохраняет вид светящейся полосы, подберите положение ручки "Время / на деление": возможно, что частота развертки во много раз отличается от частоты сигнала.

-       Настройка параметров изображения:

Если луч формирует размытое изображение, настройте фокусировку луча ручкой "??". Установите также удобную яркость ручкой "Ψ". Ручками "↔" и "b" переместите осциллограмму в нужное место на экране. Обычно начало развертки помещают на первую слева вертикальную линию шкалы. По вертикали изображение обычно размещают по центру.

-       Измерение амплитуды сигнала:

Чтобы оценить амплитуду, необходимо определить количество делений, занимаемых сигналом по вертикали, и умножить результат на цену деления, которая задана переключателем "Вольт / деление". Если изображение занимает менее двух или более шести делений, нужно подобрать положение этого переключателя, иначе погрешности измерения возрастают. При измерении амплитуды гармонического сигнала обычно оценивают его размах от минимального до максимального значения (удвоенное значение амплитуды), а затем делят результат на 2.

-       Измерение временных интервалов:

Чтобы оценить период повторения сигнала, нужно определить количество делений по горизонтали в одном периоде сигнала. Результат следует умножить на цену деления, которая задана переключателем "Время / деление". Если период занимает менее 4 делений или не умещается на экране, необходимо подобрать положение переключателя "Время/деление".

Обработка (вычисление) результатов измерений

.1 Погрешность измерения временных параметров (ΔT) цифрового осциллографа определяется погрешностью опорного генератора, частотой дискретизации и собственным джиттером, что может быть выражено формулой:

 (1), где

оп - погрешность установки частоты опорного генератора;д - частота дискретизации;дж - собственный джиттер осциллографа.

Контроль точности результатов измерений

.1 Прибор должен быть поверен согласно графику поверки.

Относительную погрешность осциллографа δА в процентах определяют по формуле: погрешности измерений  по формуле (2*) и (2**): погрешность по техническим данным:

% (2*),

в диапазоне частот свыше 200 Гц до 20 кГц (II и IV диапазоны).

% (2**),

в диапазоне частот свыше 20 до 200 Гц (I диапазон).

погрешности и  - по формуле (3) и (4):

 (3),  (4),

Оформление результатов измерений

11.1  Результаты испытаний оформляют протоколом.