Проблемы калибровки измерительных каналов

Ю.Н. Яковлев, профессор Академии стандартизации, метрологии и сертификации

Термин «калибровка»многогранен и многозначим. Мы его встречаем в разных областях деятельности:

- в артиллерии и стрелковом оружии: калибры орудия и оружия;

- в машиностроении: калибры и контркалибры, средства допускового контроля;

- в растениеводстве: калибровка семян, плодов различных сельхозкультур;

- в металлургии: калибровка валков и т.п.

В приборостроении калибровка трактуется как процедура установки начальных и/или контрольных точек отсчета в диапазоне измерений, коррекции точностных характеристик контрольно-измерительных приборов таких как нестабильность, дрейф, уход нуля в процессе подготовки к проведению измерений. Например, в инструкции по эксплуатации калибратора КИСС-03 имеется раздел «Калибровка прибора», в котором установлено, что «калибровку проходят приборы, у которых в результате периодической поверки выявилось несоответствие основным метрологическим параметрам». Калибровка заключается в коррекции «калибровочных коэффициентов» и записи их новых значений в энергонезависимой памяти прибора.

В инструкции по эксплуатации измерителя CLR типа Е7-13 в разделе подготовка к проведению измерений приводится последовательность действий по проведению калибровки путем установки переключателя «род работы» в положение калибровка и ручкой потенциометра установки показаний 0,00 и 10,00. Такую процедуру необходимо проводить «один раз через каждые 4 часа работы».

Генератор сигналов Г4-79 имеет «калиброванный и некалиброванный выходы мощности» и при подготовке к проведению измерений необходимо «проверить калибровку индикатора мощности путем установки переключателя пределов измерения мощности в положение КАЛИБР, и установки стрелки индикатора на 0 dB потенциометром КАЛИБР».

В метрологии термин калибровка имел узко специфическое применение. Например, «калибровку меры» классифицировали как «поверку меры посредством совокупных измерений», а калибровку резервуаров - как процедуру установления его вместимости и придания статуса измерительного резервуара.

В практике метрологического обслуживания измерительных систем (ИС), информационно-измерительных и управляющих систем (ИИС и АСУ ТП) широкое распространение получил термин «калибровка измерительных каналов».Широкое распространение этого термина обусловлено спецификой систем, классифицированной в [1] как ИС-2 пространственно-распределенные, комплектуемые на объекте эксплуатации путем монтажа и наладки из компонентов различных фирм, и, как следствие, спецификой их метрологического обслуживания, как правило, путем декомпозиции ее измерительных каналов (ИК) и покомпонентным обслуживанием отдельных компонентов ИК с последующим проведением расчета метрологических характеристик (MX) ИК ИС (ИИС или АСУ ТП) и, в частности погрешности ИК ИС, на основе информации о MX компонентов.

Довольно часто этот термин ассоциируют только с калибровкой вторичной части ИК ИС (ИИС или АСУ ТП), в которую могут быть включены нормирующие преобразователи (НП), барьеры искрозащиты (БИЗ), АЦП аналоговых модулей ввода, или только с калибровкой ИК комплексных компонентов ИК ИС (ИИС или АСУ ТП) таких как ПК, ИВК, ПТК, а также с калибровкой «каналов вывода сигналов управления» по классификации [2], в которые включают ЦАП аналоговых модулей вывода, БИЗ, НП.

Это связано также и с тем, что в методиках поверки систем, которые, как правило, рекомендуют использовать в качестве методик калибровки ИК систем, изложена процедура поверки только вторичной части ИК, а сведения о наличии и содержании методики поверки / калибровки первичных измерительных преобразователей (ПИП) отсутствуют. Предполагается, что ПИП, являясь серийно изготавливаемыми СИ, внесены в Госреестр СИ и такая методика для них должна быть. Действительность не всегда этот тезис подтверждает, особенно для импортных ПИП.

Следуя логике построения методики поверки / калибровки, т.е. соответствия содержания названию методики, в ней должны быть описаны процедуры метрологического обслуживания на все компоненты каждого типа ИК по всем типам ИК с описанием алгоритма расчета погрешности ИК и оценкой точности алгоритма.

В этой связи, на практике мы имеем парадоксальную ситуацию, когда ИС (ИИС или АСУ ТП) предназначена для измерения физико-химических, теплотехнических, механических и т.д. величин, а система по кодификатору групп СИ МИ 2314-2006 отнесена к СИ электрических величин на основании того, что входными сигналами вторичной части ИК системы является электрический сигнал, который не является измеряемой величиной ИС (ИИС или АСУ ТП).

Измеряемые величины создают входные сигналы ИК систем (входные сигналы ПИП). Ни пользователи-операторы, ни калибровщики с измерительной информацией в единицах электрических величин не оперируют, т.к. выходные сигналы ИК системы на мониторе оператора представлены в единицах измеряемых величин (входных сигналов ПИП), а калибровщики измеряют на входе и выходе ПИП и задают калибратором на входе вторичной части разделенного ИК значения величин в единицах входных сигналов ИК системы (входных сигналов ПИП). Абсолютная погрешность в протоколах также рассчитывается и указывается в единицах измеряемых величин и при необходимости переводится в другие формы: приведенную или относительную.

Применение сокращенного термина «Калибровка измерительных каналов» имеет негативные последствия, не способствует взаимопониманию специалистов по проблемам метрологического обслуживания систем, приводит к неоднозначной трактовке содержания работ по калибровке ИК систем.

Использование этого термина без указания типа средства измерений (СИ), в НД которых регламентированы метрологические характеристики измерительных каналов этого типа СИ, неправомерно и некорректно, так как в соответствии с определением ФЗ «Об обеспечении единства измерений» термин «калибровка» применим к СИ -«калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений».

В целях однозначности трактовки следует уточнять и добавлять к термину «Калибровка измерительных каналов» тип системы, измерительные каналы которой подлежат калибровке.

ИК не классифицирован в качестве СИ. Измерительный канал является структурно и функционально выделяемой частью ИС с измерительными функциями. Понятие ИК, введенное МИ 190-79, в настоящее время имеет несколько определений в различных НД. Статус СИ определен для ИС в ГОСТ 8.009 и подтвержден в [1] как разновидность СИ.

Из этой нормы следует, что документы на процедуры и оформление результатов метрологического обслуживания ИК необходимо составлять применительно к СИ, т.е. на конкретный тип ИС, ИИС или АСУ ТП

Многообразие структур простых и сложных ИК ИС (ИИС, АСУ ТП) не позволяет дать однозначного определения понятия погрешности ИК (это определение отсутствует в НД), что создает дополнительные сложности в упорядочении терминологии и трактовке содержания работ по калибровке ИК систем.

В целях исключения неоднозначной трактовки термина «Калибровка измерительных каналов»необходимо уточнять и разграничивать следующие термины:

- для процедур определения действительных значений MX ИС (ИИС или АСУ ТП) расчетом или экспериментально при комплектном обслуживании - калибровка ИК систем;

- для процедур определения действительных значений MX при покомпонентном обслуживании - калибровка вторичной части ИК;

- калибровка ИК комплексных компонентов (ПК, ИВК или ПТК);

- калибровка канала формирования управляющего сигнала.

В [2] эта последняя разновидность ИК систем определена как «канал вывода сигналов управления».

По определению закона «Об обеспечении единства измерений» калибровка СИявляется процедурой добровольной для СИ вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений, т.е. ИК систем вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений калибруются в добровольном порядке.

Однако статус добровольности калибровки отсутствует на промышленных предприятиях - пользователях ИС, ИИС, АСУ ТП с функционирующими системами менеджмента качества и системами менеджмента измерений, так как в этих системах определено, что «измерительное оборудование должно быть откалибровано или поверено в установленные периоды или перед его применением и идентифицировано с целью установления статуса калибровки».

В отраслевых (корпоративных) НД предприятий электроэнергетического комплекса, атомно-энергетического комплекса, ОАО «Газпром», ОАО «РЖД» устанавливается обязательность проведения калибровки ИК систем, а также проведения метрологической аттестации ИК систем при вводе их в эксплуатацию.

Разрабатываемые на основе норм систем менеджмента качества и систем менеджмента измерений, а также отраслевых (корпоративных) норм стандарты предприятий, как правило, устанавливают необходимость и/или обязательность калибровки ИК ИС (ИИС, АСУ ТП).

Процедуры метрологической аттестации ИК систем при вводе их в эксплуатацию, проводимые метрологическими службами предприятий-пользователей систем, имеют значительное количество преимуществ по сравнению с идентичными им процедурами первичной калибровки. Об этом свидетельствуют материалы различных публикаций по этой проблеме и обязательные нормы на проведение метрологической аттестации ИК систем в НД электроэнергетики и Газпрома. Эти процедуры не отменены в некоторых странах СНГ и, в частности, в Республике Беларусь [3] и в Республике Казахстан [4].

Сложившаяся практика покомпонентного (поэлементного) обслуживания различных компонентов ИК ИС-2 в различных структурных подразделениях предприятия - метрологическими службами, службами КИПиА, АСУ, главного прибориста, ЦЛИТ - без должной координации их деятельности приводит к тому, что некоторые процедуры калибровки ИК системстановятся не корректными и не соответствуют нормам закона «Об Обеспечении единства измерений», так как в этих процедурах, как правило, не определяются действительные значения MX ИК систем в силу целого ряда причин:

1. Метрологическое подтверждение пригодности проводится для отдельных компонентов ИК, а расчет MX ИК по MX компонентов не проводится, так как при включении в расчет предельно допускаемых значений MX всех компонентов результаты повторных или периодических, через межкалибровочный интервал (МКИ), расчетов будут всегда однозначны.

2. Расчет MX ИК, в частности погрешности ИК, системы проводится калибровщиками подразделений, которые обслуживают вторичные части ИК и вводят в расчет действительную экспериментально определяемую погрешность вторичной части ИК. В расчетный алгоритм включается предельно допускаемая погрешность ПИП в виду отсутствия у этих подразделений информации о действительной погрешности ПИП, обслуживаемых в других структурных подразделениях, чаще всего в лабораториях метрологической службы. Кроме этого, наличие информации о действительной погрешности ПИП не позволяет ее использовать, т.к. эта информация на момент расчета устарела в виду несогласованности сроков поверки/калибровки ПИП и вторичной части ИК. Как правило, МПИ для ПИП равен одному году, и он соблюдается, т.к. ПИП является серийно изготавливаемыми и внесенными в Госреестр СИ, а МКИ вторичной части назначается пользователем системы значительно большим по сравнению МПИ ПИП.

В результате такого расчета получается некий «гибрид»предельно-действительного расчетного значения погрешности ИК.

3. Для процедур калибровки компонентов как для ПИП, так и для вторичной части ИК используют методики поверки, в которых регламентированы методы допускового контроля MX СИ, исключая процедуры определения действительных значений MX СИ. Такие методики неприемлемы для калибровки.

Характерным примером является типовая методика поверки [5], в которой приводятся сведения о том, что данная методика может быть использована для процедур калибровки. На основе этой методики разрабатывается достаточно большое количество методик поверки/калибровки на конкретные типы ПК, ИВК, ПТК и вторичной части ИК систем.

Поиск по сайту: