Метрологические аспекты разработки испытательных комплексов ЭМС 27.09.2017

Метрологические аспекты разработки испытательных комплексов ЭМС

Одним из основных вопросов при организации испытаний на ЭМС является подбор оборудования и его метрологическое обеспечение. Отсутствие готовых решений или их дороговизна вынуждает руководителей лабораторий разрабатывать собственные комплексы по воспроизведению условий испытаний. Как правило, такие комплексы состоят из средств измерений, вспомогательных устройств и технических средств. Комплексы подлежат обязательной процедуре аттестации как испытательное оборудование по ГОСТ РВ 0008-002 и/или ГОСТ Р 8.568 и требуют разработки комплекта эксплуатационной документации по ГОСТ 2.601. Одним из самых ответственных этапов в разработке комплексов является оценка допустимого отклонения воспроизведения условий испытаний. Эта задача может показаться не простой даже для высококвалифицированного специалиста, так как система зачастую имеет сложную структуру и состоит из нескольких средств измерений различных типов, например, датчики, преобразователи, модули аналогового и частотного ввода и вывода и т.д.

При последовательном соединении нескольких средств измерений погрешности могут, как усиливаться, так и ослабляться. Ее желательно определить экспериментальным путем, однако это не всегда возможно или целесообразно. В таких случаях мы руководствуемся расчетными методами, которые базируются на требованиях нормативных документов по определению метрологических характеристик средств измерений.

Исходными данными для расчета погрешности являются:

  • методическая погрешность;
    Для расчета методической погрешности могут быть указаны сопротивления проводов, среднеквадратическое значение или спектральная плотность помех в них, емкость, индуктивность и сопротивление источника сигнала, а также другие факторы, которые возникают при создании сложносоставной системы
  • метрологические характеристики средств измерений и других технических средств;
  • характеристики влияющих величин (например, окружающая температура, влажность);
  • характеристики измеряемого сигнала.

Суммирование погрешностей проводиться тремя способами:
- алгебраическим:
Погрешность испытательных комплексов ЭМС
где i- номер погрешности, N- их количество;
- геометрическим:
Погрешность испытательных комплексов ЭМС
где Погрешность испытательных комплексов ЭМС- среднеквадратическое значение i-той погрешности;
- с учетом корреляции:
Погрешность испытательных комплексов ЭМС

В виду того, что корреляционные коэффициенты, как правило, не известны мы используем только первые два способа суммирования. Алгебраический способ суммирования применим для расчета суммы детерминированных погрешностей, а геометрической для случайных.

Однако алгебраическое суммирование часто дает слишком завышенную оценку погрешности. Поэтому МИ 2232-2000 предусматривает промежуточный вариант между формулами геометрического и алгебраического суммирования:
Погрешность испытательных комплексов ЭМС
где K - поправочный коэффициент, равный 1,2 для наиболее важных параметров контроля характеристик готовой продукции.

Погрешности суммируют по однородным группам, затем находят общую погрешность, используя геометрическое суммирование для случайных погрешностей и алгебраическое для детерминированных. Если известен знак систематической погрешности, то его учитывают при суммировании. Результат учета всех погрешностей выглядит в следующем виде:
Погрешность испытательных комплексов ЭМС
где Метрологические услуги - заданное (измеренное) значение параметра; - сумма всех детерминированных погрешностей, они могут быть прибавлены к измеренной величине в качестве поправки; Метрологические услуги- сумма всех случайных погрешностей.
Метрологические услуги
где Метрологические услугисист - сумма всех систематических погрешностей; Метрологические услугислуч - сумма всех случайных погрешностей; Метрологические услугидоп - сумма всех дополнительных погрешностей; Метрологические услугиметод - сумма всех случайных составляющих методических погрешностей, включая погрешность программного обеспечения.

Случайные составляющие основной погрешности средств измерений задаются своими среднеквадратическими отклонениями, поэтому их суммирование выполняется непосредственно по формуле геометрического суммирования.

Дополнительные погрешности задаются в виде функции влияния внешних факторов (температуры, влажности, напряжения питания) на основную погрешность измерения или, в случае линейной функции влияния, коэффициентом влияния. Например, может быть задано, что основная погрешность увеличивается на +0,05% при изменении напряжения питания на +20%. Если известно, что дополнительные погрешности нескольких средств измерений коррелируют (например, синхронно возрастают при увеличении напряжения питания в сети или температуры окружающей среды), то такие погрешности суммируют.

При оценке погрешности испытательного оборудования зачастую сталкиваешься с проблемой отсутствия некоторых исходных данных. В этой ситуации на основании рекомендаций МИ 2232-2000 и ГОСТ 8.009 предлагается использовать следующие допущения:

  • динамическая и дополнительная погрешность считается несущественной, если она составляет менее 17% от наибольшего возможного значения инструментальной погрешности в рабочих условиях эксплуатации;
  • среднеквадратическое значение погрешности принимается равным половине предела допускаемых значений погрешности;
  • корреляция между отдельными составляющими погрешности отсутствует;
  • случайная составляющая погрешности измерений является некоррелированной случайной величиной (белым шумом) или вырождается в систематическую погрешность;
  • функции распределения внешних влияющих величин предполагаются равномерными или нормальными;

  • считается, что инерционные свойства средств измерений не оказывают влияния на погрешность измерений

Как очевидно ошибки, допущенные на этапе проектирования и монтажа испытательного оборудования, могут сделать результаты испытаний недостоверными. Одним из путей упрощения методики расчета погрешностей может быть использование средств измерений с большим запасом по точности. Тогда учет тонких нюансов теории погрешностей становится излишним.