Форум Файлы Статьи НТД Каталог СИ Справочник ГРСИ Компании Новости Работа Почта
Главная » Метрология » Измерения » Разработка методики выполнения измерений

Разработка методики выполнения измерений


Разработка методик выполнения измерений (МВИ) необходима в тех случаях, когда технология выполнения замеров достаточно сложна и не может быть отражена в эксплуатационной документации на существующее СИ, например, при наличии специальных приемов и методов работы. Так, замеры геометрии лопаток турбомашин хоть и производятся обычными мерительными инструментами, но вследствие сложности конфигурации в некоторых случаях требуют специальной оснастки, порядок применения которой оговаривается специализированной МВИ в виде пооперационной инструкции индивидуальной на каждое изделие. Создание новых методик необходимо и тогда, когда измерения требуют применения технически сложных СИ, создания особых условий, использования специальных методик обработки данных и т.д.

Разработка МВИ по сути является разновидностью проектно-исследовательских работ, сходна с ними как в части организации, так и по структуре и начинается с проработки и утверждения технического задания.

Проект технического задания (ТЗ) может создаваться и заказчиком при условии достаточной его компетентности, и исполнителем, но на практике итоговый продукт чаще всего является результатом их совместной деятельности. В техзадании должно быть раскрыто назначение будущей МВИ с учетом возможности ее использования в сфере гос. регулирования, перечислены измеряемые параметры, пределы и параметры точности их измерения, приведена характеристика условий измерения, в том числе особых, способных повлиять на процесс (параметры внешней среды, сопутствующие факторы в виде шума, содержания в воздухе каких либо веществ освещенности, положения объекта измерения в пространстве и т. д.). В ТЗ уточняется форма отображения получаемой информации и при необходимости принцип фиксирования результатов измерений и сопутствующих данных, требуемая производительность, весо-габаритные характеристики планируемых к применению СИ и другие необходимые критерии.

К примеру, при разработке технологии диагностирования технического состояния судовых двигателей потребовалась методика измерения крутящего момента на гребном валу во всем эксплуатационном диапазоне оборотов от 120 до 3000 об/мин для различных марок двигателей. Конечной целью разработки данной МВИ являлось выявление фактической зависимости выдаваемой мощности от частоты вращения с погрешностью не более 2,5%. При этом исключался демонтаж любых элементов главной силовой установки с целью введения датчиков в силовую кинематическую цепь. Измерения предполагалось выполнять в ходовом режиме, в навигационный период, поэтому требовались и ограничения по времени, затрачиваемому на предварительную подготовку к испытаниям от 40 до 150 мин, в зависимости от типа судна. Условия измерения - снятие параметров на месте, в условиях вибрации, повышенной влажности, неблагоприятного температурного режима, при ограниченном доступе к вращающимся частям силовой установки, как по конструктивным причинам, так и по соображениям ТБ. Кроме того, требовалось обеспечить выполнение работ 1-2 операторами при разъездном режиме обслуживания флота. Вследствие этого ограничивались вес и габариты оборудования, а также отдельным пунктом оговаривалось автономное его функционирование. Именно перечисленная информация вкупе с некоторыми дополнительными требованиями и была отражена в окончательном варианте ТЗ.

Разработка МВИ продолжается формированием первоначальной информационной базы, в которую входит комплекс исходных данных, результаты экономического, нормативно-правового, технологического и конструкторского анализа проблемы, патентного поиска и т.д. На этом этапе производится предварительный подбор близких по назначению или аналогичных МВИ из числа уже известных, с целью возможного использования отдельных элементов или комбинации их, стандартных СИ и оснастки, вычислительной техники, а при необходимости разрабатываются и ТЗ на вновь создаваемое уникальное оборудование. Здесь же уточняются сопутствующие условия: квалификация и численность персонала, условия соблюдения техники безопасности и безопасности окружающей среды, совместимость будущей МВИ с основным производственным процессом (при наличии такового) и т. д. Окончательным результатом данного этапа является выбор основной концепции будущей методики и первичная ее проработка.

В рассмотренном примере формирование информационной базы начато поиском данных об имеющихся МВИ, касающихся измерений крутящего момента. После механического перебора вариантов были исключены гидродинамические методы, как требующие крупногабаритной оснастки, отброшены технологии, основанные на измерении смещения полумуфт в процессе нагружения с последующим расчетом искомой величины по известной жесткости соединения и коэффициенту податливости ввиду низкой точности. Прорабатывался также вариант с использованием оптико-механического принципа, который был забракован по причине неработоспособности в условиях вибрации. В конечном итоге был предварительно выбран принцип тензометрирования, заключающийся в измерении относительной деформации нагруженного участка гребного вала известного сечения с известными же механическими характеристиками конструкционного материала.

По обозначенному принципу были проанализированы несколько методов измерения, как с точки зрения условий ТЗ, так и по экономическим показателям. В конечном итоге с учетом малой трудоемкости монтажа, компактности применяемой (причем, уже разработанной и апробированной в других областях) аппаратуры и ПО, относительно невысокой стоимости оборудования и нечувствительности его к вибрации было принято окончательное решение об использовании тензорезистивного метода. Метод основан на определении силы тока, возникающего вследствие разбалансировки измерительного моста, собранного на базе 4-х резисторов. Разбалансировка же, в свою очередь, возникает по причине изменения характеристик наклеенных на вал датчиков при деформации их совместно с материалом основы.

Предложенный метод, помимо перечисленных выше достоинств, характеризуется относительно высокой точностью, наглядностью и простотой дальнейшей обработки получаемой информации, что также послужило основанием для данного выбора. После предварительных согласований с заказчиком и проведения прикидочных измерений на макетно-демонстрационных образцах предложенная концепция была утверждена в качестве единственного направления для дальнейшей проработки, что и явилось завершением данного этапа.

Следующий этап создния МВИ является основным и включает исследовательскую, опытно-экспериментальную и конструкторскую деятельность. Здесь, как правило, отрабатываются несколько алгоритмов решения в рамках обозначенной концепции, отбираются в целях дальнейшего использования уже известные технологии, или их элементы вместе с материально-техническим обеспечением (СИ утвержденного типа, оснастка, расходные материалы и т. д.).Сегодня практически невозможно представить абсолютно новую методику, все они, так или иначе, основаны на уже имеющихся технологиях, а чаще всего являются продуктом их комбинирования и развития. Процесс разработки МВИ детально проанализирован в рекомендациях МИ 1967-89 "ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения". Здесь же приводится и общий алгоритм исследований, подробно, на основе практического опыта расписана оптимальная последовательность выполнения работ, которой и следует придерживаться.

Разработка МВИ, обозначенная в качестве примера, производилась в приблизительном соответствии с упомянутыми рекомендациями. Были найдены уже используемые промышленные образцы оборудования, предназначенные для измерения статических напряжений, после чего на стенде в процессе серии статических нагружений элементов судовых валопроводов была подтверждена принципиальная возможность выполнения измерений с заданными параметрами точности.

Задача разработчиков сводится не только к обеспечению технических аспектов процесса, но и к нахождению разумного компромисса между эффективностью создаваемой методики и её экономическими показателями. При условии выполнения требований ТЗ в качестве окончательного варианта выбирается тот, который обеспечивает наивысшую эффективность на единицу произведенных затрат.

Так, при создании контрольно-управляющих модулей, осуществляющих регулирование процессов тепловыделения реакторов типа ВВЭР потребовалась разработка многих МВИ, предназначенных для снятия текущих параметров реакции во всем объеме активной зоны. Задача усложнялась наличием более высокой температуры и уровня радиоактивности, чем в предшествующих аналогах РБМК, что исключало применение датчиков уже отработанной конструкции. С другой стороны, использование бесконтактных пирометров с принудительным охлаждением оптического чувствительного элемента жидким азотом хоть и удовлетворяло требованиям ТЗ, но потребовало бы неприемлемых экономических вложений как вследствие усложнения конструкции реактора, так и за счет введения дополнительных мощностей предназначенных для получения охлаждающего агента. Задача была решена путем комбинации в единой технологии нескольких МВИ, основанных на качественно разных принципах и определении части искомых параметров расчетным путем по результатам косвенных замеров. Был изменен и сам принцип управления перемещением тепловыеляющих элементов. При этом появилась возможность несколько снизить требования в части точности. По результатам последующих работ в качестве одного из методов исследования объемного температурного поля был выбран спектральный анализ, что в конечном итоге и обеспечило получение и необходимой точности, и требуемого быстродействия системы при весьма умеренных финансовых затратах.

Последовательность принятия конкретных решений подробно описана в многочисленных методических источниках. В частности, примером такого практически востребованного документа могут служить рекомендации МИ 2301-2000 "ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений”.

Разработка МВИ нового вида зачастую влечет за собой необходимость создания и новых средств измерения, и оснастки, и расходных материалов. В результате лабораторные исследования, опытно-экспериментальные и конструкторские работы таже выполняются на рассматриваемом этапе. Он заканчивается после доведения будущей МВИ до состояния принципиальной работоспособности и окончательных согласований с заказчиком по результатам испытаний и при необходимости утверждения новых типов используемых СИ.

Так, в нашем примере по итогам экспериментов перед разработчиками оборудования была поставлена задача на адаптацию имеющихся СИ к контролю деформации во вращающихся элементах конструкций по вновь создаваемой МВИ. Основная трудность состояла в обеспечении передачи информации с блоков, закрепленных на валу, в преобразовательные модули, а также достижении приемлемой механической прочности в условиях действия центробежных сил. В итоге проведенных работ соисполнителями было доработаны и перекомпонованы модули, модернизировано ПО, а также предложено несколько вариантов решения задачи по трансляции данных: передача на закрепленные вблизи приемники посредством радиоволн, с использованием инфракрасного излучения, а также сохранение данных в оперативной памяти дополнительного блока, с последующей их обработкой в режиме оффлайн. Несмотря на некоторые неудобства, связанные с использованием данного режима был выбран именно он, главным образом по причине отсутствия помех, вносивших значительные погрешности в амплитудно-частотную характеристику электронного сигнала.

Разработка МВИ в дальнейшем сводилась к исследованию способов монтажа тензодатчиков и электронных блоков на валу, методов выбора контролируемых сечений валов, созданию универсального расчетного алгоритма для определения режимов работы двигателя во время проведения замеров, а также методик обработки данных для анализа и оформления отчетной документации по проведению испытаний. Потребовалось также использование дополнительного электронного тахометра, т. к. штатный прибор не удовлетворял требованиям в части точности. Вновь разработанная МВИ была апробирована и доведена до требуемых параметров уже с использованием нового оборудования и в заключение представлена заказчику. После выдачи им положительного заключения этап был завершен проверкой фактического ресурса работы электроники «на отказ».

На завершающих этапах отрабатываются проверочные технологии в части оперативного обеспечения точности измерений, выбираются из числа готовых, либо создаются заново технологические алгоритмы и тех. средства поверки СИ. В рассматриваемом примере в качестве проверочной была выбрана уже существующая технология, основанная на измерении параметров рабочего процесса в каждом цилиндре двигателя, с последующим пересчетом выходной характеристики по известному механическому кпд, определяемому по эксплуатационной документации. Разработки специальных СИ в данном случае не потребовалось. По результатам работы был оформлен итоговый документ в составе введения и нескольких разделов.

Содержание типовой МВИ:

  • «Введение»: назначение МВИ, области применения и распространения, характеризуется измеряемая величина, а также собственно объект измерения;
  • «Требования к погрешности измерений»: раздел содержит числовые значения данной величины;
  • «Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы,растворы»: перечисляются СИ и оснастка, с указанием соответствующих ГОСТов и ТУ и метрологических характеристик каждого из устройств;
  • «Метод измерений»: описание технологии сравнения получаемых данных с принятой в МВИ единицей измерения;
  • «Требования безопасности, охрана окружающей среды»: описание безопасных приемов работы, перечень индивидуальных и общих защитных средств, требования по специальной подготовке персонала и порядку прохождения инструктажей, а также перечень экологических мероприятий со ссылками на нормативную документацию;
  • «Требования к квалификации операторов»: обозначается необходимый уровень профессиональной подготовки, а также специальные требования в рамках конкретной МВИ;
  • «Условия выполнения измерений»: описываются допустимые параметры объекта измерения и внешние условия, в пределах которых могут производиться замеры;
  • «Подготовка к выполнению измерений»: включает перечень и указания к проведению подготовительных операций;
  • «Выполнение измерений»: детальное пооперационное описание технологии выполнения измерительной задачи;
  • «Обработка результатов измерений»: включается описание действий с используемым ПО, приводится расчетный алгоритм, конкретизируется порядок выполнения операций и т.д.;
  • «Контроль точности результатов измерений»: сведения о технологиях и контролировании результатов, получаемых с помощью данной МВИ, как оперативном, так и периодическом.

Проект документа, регламентирующего вновь разработанную МВИ, поступает на нормативно-правовую, техническую, экологическую и т.д. экспертизу. По результатам ее проведения выполняются (при необходимости) соответствующие доработки, и в заключение следует стандартизация, аттестация и окончательное утверждение.



Открыть в PDF   Версия для печати

Просмотров: 3529

Рейтинг: 2.5

Комментарии

Отсутствуют

Оставить комментарий



dropdown-button