Повышение точности измерительных систем путем их калибровки в рабочих условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, доктор наук Ординарцева Наталья Павловна

• Ординарцева Наталья Павловна
• доктор наук
• 2020

Оглавление диссертации доктор наук Ординарцева Наталья Павловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ КАНАЛЫ

КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ терминологического определения измерительной системы в соответствии с действующими нормативными документами, отечественными и международными стандартами

1.2 Классификационные признаки измерительных систем

и их измерительных каналов

1.3 Эволюционное развитие измерительных систем

и анализ их современного состояния

1.4 Обобщенная структурная схема измерительной системы

1.5 Законодательный, терминологический, экономический,

метрологический и технический аспекты калибровки

1.6 Классификация калибруемых средств измерений

и методов передачи единицы величины

1.7 Характеристики эталонов, используемых в области

электрических измерений

1.8 Определение направления исследований и постановка задач

Выводы по главе

ГЛАВА 2 КАЛИБРОВКА В РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

КАК МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

КАНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

2.1 Суть предлагаемого метода калибровки средств измерений

2.2 Необходимые изменения структурной схемы измерительной

системы с целью реализации предложенного метода калибровки

2.3 Подтверждение реализуемости и применимости предложенного метода калибровки измерительного канала в рабочих условиях эксплуатации

2.3.1 Комплектная калибровка простого измерительного канала

в случае одной влияющей величины

2.3.2 Комплектная калибровка простого измерительного канала

в случае двух влияющих величин

2.3.3 Комплектная калибровка сложного измерительного канала

в случае одной влияющей величины

2.3.4 Комплектная калибровка сложного измерительного канала

в случае двух влияющих величин

2.3.5 Поэлементная калибровка простого и сложного измерительных каналов

в рабочих условиях с использованием предложенного метода

Выводы по главе

ГЛАВА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛИБРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИЗМЕНЕНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1 Методы определения калибровочной характеристики

измерительного канала измерительной системы

3.1.1 GUM-подход определения калибровочной характеристики измерительного канала измерительной системы

3.1.2 Развитие GUM-подхода определением регрессионной зависимости

на интервальных переменных

3.1.3 Развитие GUM-подхода применением расширенного вектора

измерений на интервальных переменных

3.2 Определение калибровочной характеристики простого измерительного канала измерительной системы по результатам его

комплектной калибровки

3.2.1 Определение калибровочной характеристики простого измерительного канала измерительной системы с линейной функцией преобразования

по результатам его комплектной калибровки

3.2.2 Определение калибровочной характеристики простого измерительного канала измерительной системы с нелинейной функцией преобразования

по результатам его комплектной калибровки

3.3 Определение калибровочной характеристики сложного измерительного канала измерительной системы по результатам

его комплектной калибровки

3.4 Определение калибровочной характеристики измерительного канала измерительной системы по результатам его поэлементной калибровки

Выводы по главе

ГЛАВА 4 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПРАВОК В РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ, ПОЛУЧАЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ КАЛИБРОВАННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ, ОТЛИЧАЮЩИХСЯ ОТ УСЛОВИЙ КАЛИБРОВКИ

4.1 Методы определения поправок, вносимых в результаты измерений измерительного канала для иных рабочих условий, чем условия калибровки

4.1.1 Метод определения поправок в результаты измерений, получаемые с помощью простого калиброванного комплектно измерительного канала измерительной системы в условиях, отличающихся от условий калибровки

4.1.2 Метод определения поправок в результаты измерений, получаемые

с помощью сложного калиброванного комплектно измерительного канала измерительной системы в условиях, отличающихся от условий калибровки

4.1.3 Метод определения поправок в результаты измерений, получаемые

с помощью простого калиброванного поэлементно измерительного канала измерительной системы в условиях, отличающихся от условий калибровки

4.1.4 Метод определения поправок в результаты измерений, получаемые

с помощью сложного калиброванного поэлементно измерительного канала измерительной системы в условиях, отличающихся от условий калибровки

4.1.5 Время как влияющий фактор в рассмотренных методах

4.2 Метод определения коэффициентов влияния в случае совокупности влияющих величин

4.3 Оценивание неопределенности найденных коэффициентов влияния

и значимости найденной поправки

Выводы по главе

ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ КАЛИБРОВКИ

5.1 Определение эффективности предложенного метода

5.2 Поэлементная калибровка простого канала измерения давления

в рабочих условиях эксплуатации

5.2.1 Экспериментальное исследование канала давления

5.2.2 Методика поэлементной калибровки измерительного канала давления

5.2.3 Методика измерений давления с применением калиброванного измерительного канала

5.3 Комплектная калибровка простого канала измерений давления

в рабочих условиях эксплуатации в составе систем

5.3.1 Методика комплектной калибровки измерительного канала давления

5.3.2 Методика измерений давления с применением калиброванного комплектно измерительного канала

5.4 Преимущества применения разработанных методов для решения задачи минимизации дебаланса автоматизированной информационно-измерительной управляющей системы учета нефтепродуктов

Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности измерительных систем путем их калибровки в рабочих условиях»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Отличительной особенностью разрабатываемых и эксплуатируемых в последнее время измерительных систем (ИС) является большое количество измерительных каналов (ИК), исчисляемых в единицах тысяч, а иногда и десятках тысяч, рассредоточенных территориально [1, с. 8; 2, с. 12-13]. Формирование по результатам измерений ИК управляющих воздействий в составе более сложных технических объектов, широкое использование ИС в большинстве отраслей науки и техники придает проблеме повышения точности и достоверности результатов измерений важное народно-хозяйственное значение [3].

Калибровка как в мировой, так и в отечественной практике является одним из распространенных способов повышения точности средств измерений (СИ) и широко применяется в международной практике [4]. На ряде крупных предприятий до 70 % всех применяемых СИ подвергаются калибровке [5, с. 3]. Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» (№ 102-ФЗ от 26.06.2008) наполнил новым содержанием термин «калибровка», сделав калибровку одним из широко распространенных, перспективных и доступных способов повышения точности СИ. Трансформация понятия «калибровка» в нормативных, правовых актах и стандартах последних лет, отсутствие опыта калибровки в ряде отраслей экономики, одновременное применение поверки и калибровки СИ - все это привело к отсутствию единого организационного и методического подхода к проведению калибровки и использованию ее результатов в различных областях, трудностям внедрения требований современных международных стандартов к калибровке в отечественную метрологическую практику.

Но наибольшую актуальность проблема проведения калибровки приобретает в случае калибровки ИК в рабочих условиях в местах их размещения и эксплуатации ИС. Задача усложняется требованием учесть влияние внешних факторов на эксплуатационные характеристики ИК ИС тогда, когда условия эксплуатации

систем разнообразны, причем и сами системы отличаются огромным разнообразием.

Демонтаж компонентов ИС с целью их поэлементной калибровки в калибровочной лаборатории в большинстве случаев не только нецелесообразен, но и невозможен (например, неизвлекаемые датчики температуры, входящие в состав генераторов теплоэлектороцентралей (ТЭЦ) [2, с. 14]). Сюда же следует отнести и прочие дополнительные затраты организационного характера, такие как остановка ИС (или отдельных ее ИК) и требование резервной замены компонентов ИК из обменного фонда (а также наличие этого обменного фонда); затраты, связанные с ожиданием очереди предъявления компонентов ИС на калибровку в калибровочной лаборатории. При поэлементной калибровке ИС возможны нежелательное воздействие на транспортируемые элементы ИС дорожной вибрационной тряски, утрата системных свойств ИС [6], а также изменение прежнего приработанного режима при новом монтаже ИК ИС. Демонтаж, транспортировка, монтаж -дополнительные источники изменения метрологических характеристик (МХ) ИС.

В случае поэлементной калибровки ИК может иметь место ограничение исходной информации о входящих в ИК ИС той части СИ, которые вносят наиболее существенный (доминирующий) вклад в неопределенность измерений. Встроенные меры для самокалибровки ИС подвержены временному дрейфу из-за старения и утраты первоначально присвоенных им значений. Кроме того, недопустимо, чтобы эталоны постоянно находились в тех же рабочих условиях, что и компоненты ИС.

Нормальные условия, регламентируемые в методиках поверки СИ, необходимы для проверки пригодности СИ к применению, включая передачу единицы величины. Однако передача единицы величины даже в нормальной области значений влияющих величин с использованием принятого опорного значения эталона без учета конкретных значений влияющих величин может быть причиной увеличения погрешности измерений до 35 % от предела допускаемой основной погрешности ИК (ГОСТ 8.395-80, п. 1.2) [7]. Неучтенное действие совокупности влияющих величин, уникально сложившейся в момент передачи единицы величи-

ны ИК, может нивелировать все конструкторские, технологические, схемотехнические усовершенствования ИС в части повышения точности. И, напротив, не столько усилия по созданию нормальных условий, сколько учет значений величин, определяющих сложившиеся условия, в которых осуществляется передача единицы величины при калибровке ИК ИС, является одним из возможных путей повышения точности (улучшения технических и эксплуатационных характеристик) ИС.

Немаловажным является и тот факт, что, если калибруемый ИК эксплуатируется исключительно в рабочих условиях, зачастую существенно отличающихся от нормальных, то калибровочная характеристика ИК в нормальных условиях может не представлять никакого практического интереса при потребности иметь калибровочную характеристику ИК именно для условий эксплуатации ИС. Следует также принять во внимание достоинство калибровки как метода повышения точности, не требующего существенных материальных вложений в модернизацию ИС.

В публикациях по вопросу калибровки отдельных ИС в рабочих условиях эксплуатации имеются сведения о разработанных методах калибровки под конкретную систему, учитывающих ее специфику и особые условия работы, программу переноса единицы; отмечается необходимость использования зарубежного опыта по рассматриваемой проблеме. Так, в [8] имеются сведения о калибровках в рабочих режимах многоканальных систем SSM/I и SSMIS (США) и AMSR-E и AMSR2 (Япония); приводятся сведения об отечественной радиометрической системе МТВЗА-ГЯ, для обеспечения точности измерений и достоверности результатов которой используются внешняя калибровка системы, внутренняя калибровка системы, взаимная (кросс) калибровка системы, «холодная» и «горячая» области измерений. Однако задачи калибровки ИК ИС в рабочих условиях их эксплуатации, влияния внешних факторов на эксплуатационные характеристики ИС, моделей влияющих факторов в уникальной сложившейся их совокупности на момент выполнения калибровки системы, системного подхода к метрологическому

обеспечению ИС и их ИК в процессе эксплуатации последних остаются не решенными.

Актуальность научных исследований диссертационной работы подтверждают сведения о международных программах по вопросам калибровки систем в условиях их эксплуатации, в частности программы SDO/EVE, НАСА [9], программы оценки неопределенности методом Монте-Карло - NIST, Uncertainty Machine [10].

Отечественная история развития ИС и их метрологического обеспечения, в том числе деятельности по калибровке ИК ИС, шла параллельно с их эволюцией [11]. Первым государственным стандартом метрологического обеспечения ИС был ГОСТ 8.438-81 [12], отмененный 01.12.2001. С 1997 по 2003 г. действовали МИ 2438-97 [13], с 2003 г. по настоящее время действует ГОСТ Р 8.596-2002 [14], о необходимости внесения изменений в который говорилось в [15]. ФГУП «ВНИИМС» подготовило первую редакцию внесения изменений в ГОСТ Р 8.596-2002, обсуждение которой проводится в настоящее время [2, 16].

«Стратегия обеспечения единства измерений до 2025 года», утвержденная Распоряжением Правительства Российской Федерации 737-р 19 апреля 2017 г., задающая целевые ориентиры для развития системы обеспечения единства измерений (ОЕИ) в условиях продолжения рыночных преобразований и построения инновационной экономики, предусматривает развитие добровольной сферы обеспечения единства измерений и, в первую очередь, калибровки СИ [4].

Повышение точности ИС путем проведения калибровки ИК ИС без демонтажа в рабочих условиях по месту эксплуатации ИК обосновывает актуальность, своевременность, целесообразность постановки задач диссертационных исследований и практическую потребность в их решении. Исследование теоретических и практических проблем адаптированной под условия работы ИС передачи единицы величины ИК ИС в рабочих условиях является новой актуальной научной задачей. Инновационный характер полученных научных результатов решения поставленных диссертационных задач подтверждается интересом к ним

на Международном и национальном уровнях; последнее находит отражение в списке публикаций автора [17-42].

Теоретические основы проведенных научных исследований базируются на трудах отечественных ученых, в разное время внесших вклад в повышение точности и обеспечение единства измерений ИС: Батищева В. И., Белолипецкого В. Н., Грановского В. А., Данилова А. А., Заико А. И., Карандеева К. Б., Кнорринга В. Г., Кузнецова В. П., Куликовского К. Л., Ломтева Е. А., Мартяшина А. И., Мирзае-ва Р. К., Мифа Н. П., Мокрова Е. А., Новицкого П. В., Осадчего Е. П., Прохорова С. А., Пьявченко О. Н., Селивановой З. М., Семенова Л. А., Сирой Т. Н., Солоп-ченко Г. Н., Цапенко М. П., Цветкова Э. И., Чуновкиной А. Г., Шахова Э. К., Ше-стакова А. Л., Шляндина В. М. Среди зарубежных ученых следует отметить Алиева Т. М., Беленького Я. Е., Брагина А. А., Володарского Е. Т., Вошни Э., Крауса М., Мелик-Шахназарова А. М., Орнатского П. П., Пинчевского А. Д., Се-менюк А. Л., Тер-Хачатурова А. А., Туза Ю. М., Morris G. Cox, Alistair Forbes, Joseph McGhee, S. V. Gupta, Franco Pavese, Dominique Placko, Peter H. Sydenham, Zigmunt Warsza.

Объект исследований. Объектом исследований являются измерительные системы, эксплуатируемые в широком диапазоне изменения условий эксплуатации.

Предмет исследований. Предметом исследований является повышение точности измерительных каналов измерительных систем, эксплуатируемых в широком диапазоне изменения условий эксплуатации.

Целью диссертационной работы является повышение точности и достоверности результатов измерений, получаемых с помощью калиброванных измерительных каналов измерительных систем.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1 Теоретическое обоснование возможности и целесообразности проведения калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации с использованием метода замещения, реализуемого с помощью переносного эталона, применяемого в ука-

занных условиях, и стационарного эталона, находящегося в лабораторных условиях.

2 Обоснование необходимых изменений структурной схемы ИС для реализации предложенного метода калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации.

3 Разработка теоретических основ построения калибровочной характеристики ИК ИС, отличающихся от известных получением информации о точности ее определения в точках калибровки и позволивших уменьшить неопределенность результатов измерений, получаемых с помощью калиброванных ИК ИС.

4 Разработка методов определения поправок в результаты измерений, получаемые с помощью калиброванных ИК в рабочих условиях эксплуатации ИС, отличающихся от условий калибровки.

5 Разработка алгоритма нахождения коэффициентов калибровочной характеристики переносного эталона в случае действия влияющих величин температуры, давления, влажности и анализа временной стабильности найденных коэффициентов.

6 Разработка методик комплектной калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации по месту размещения ИС.

7 Разработка методик поэлементной калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации по месту размещения ИС, сохраняющих системные свойства ИС.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использованы методы интервального анализа, математического моделирования, математической статистики и теории вероятностей, математической теории планирования эксперимента, теории оптимизации, общей теории измерений и системного анализа.

Научная новизна диссертационной работы заключается в создании нового метода калибровки ИК ИС в рабочих условиях в местах их размещения в составе измерительных систем, позволяющего повысить точность и достоверность измерений, выполняемых с помощью калиброванных измерительных каналов измерительных систем.

В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты:

1 Предложен новый метод калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации в составе ИС, реализуемый с помощью переносного эталона, замещающего стационарный эталон и применяемого в указанных условиях, и стационарного эталона, находящегося в лабораторных условиях, который позволил повысить точность измерений, выполняемых с помощью калиброванного ИК ИС.

2 Научно обосновано введение дополнительных ИК в состав ИС, предназначенных для измерений величин, определяющих условия эксплуатации компонентов ИК, что позволяет вводить поправки в результаты измерений, выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС.

3 Впервые предложен новый метод построения калибровочной характеристики ИК ИС, основанный на теории интервальных переменных, позволивший уменьшить неопределенность результатов измерений, получаемых с помощью калиброванных ИК ИС.

4 Разработан алгоритм нахождения коэффициентов калибровочной характеристики переносного эталона в случае действия влияющих величин: температуры, давления, влажности и времени.

5 Предложены новые методы построения калибровочных характеристик ИК ИС как в случае комплектной калибровки, так и в случае поэлементной калибровки, при этом сохраняющей системные свойства ИС, выполненных в рабочих условиях эксплуатации ИС.

6 Предложены методики определения поправок в результаты измерений, выполненных с помощью калиброванных ИК ИС в условиях, отличающихся от условий калибровки, что позволило уменьшить неопределенность выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС результатов измерений.

Практическая значимость. В диссертационной работе получили дальнейшее развитие практические методы повышения точности ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации в составе ИС. Результаты проведенных научных исследований позволяют на практике выполнять калибровку ИК ИС в рабочих условиях, в том

числе без демонтажа и транспортировки в нормальные условия калибровочной лаборатории и обратно, без возможных нежелательных воздействий на транспортируемые элементы ИС вибрации при их транспортировке, потери прежнего приработанного режима ИК и утраты системных свойств ИС как единого целого с точки зрения решаемой ею задачи при отдельной калибровке компонентов ИС. Впервые разработаны методики комплектной и поэлементной калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации по месту размещения ИС. Практическое применение полученных в диссертационной работе научных результатов позволило повысить точность и достоверность результатов измерений, выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС.

Реализация и внедрение. Внедрены методики калибровки в рабочих условиях эксплуатации следующих систем (см. приложение):

- системы коммерческого учета тепловой энергии и количества теплоносителя (АИИС КУТЭ) филиала «Невинномысская ГРЭС» ПАО «Энел Россия»;

- системы автоматизированной информационно-измерительной учета тепловой энергии (АИИС ТУЭ) Ново-Рязанской ТЭЦ;

- системы автоматизированной измерительной коммерческого учета ГТУ Казанской ТЭЦ-3 (ИК АИСКУ ГТУ Казанской ТЭЦ-3).

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Новый метод калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации в составе ИС, реализуемый с помощью переносного эталона, замещающего стационарный эталон и применяемого в указанных условиях, и стационарного эталона, находящегося в лабораторных условиях, который позволил повысить точность измерений, выполняемых с помощью калиброванного ИК ИС.

(пункты 3, 6 паспорта специальности 05.11.16)

2 Научное обоснование изменения структуры ИС путем введения в состав ИС дополнительных ИК, предназначенных для измерений величин, характеризующих условия эксплуатации компонентов ИК, что позволяет вводить поправки в результаты измерений, выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС.

(пункты 1, 6 паспорта специальности 05.11.16)

3 Новый метод построения калибровочной характеристики ИК ИС, основанный на теории интервальных переменных, позволяющий уменьшить неопределенность результатов измерений, полученных с помощью ИК ИС.

(пункт 3 паспорта специальности 05.11.16)

4 Алгоритм нахождения коэффициентов калибровочной характеристики переносного эталона в случае действия влияющих величин температуры, давления, влажности и времени.

(пункт 3 паспорта специальности 05.11.16)

5 Методы построения калибровочных характеристик ИК ИС, сохраняющие системные свойства ИС, для рабочих условий эксплуатации ИС в случае:

- комплектной калибровки простого ИК;

- комплектной калибровки сложного ИК;

- поэлементной калибровки простого ИК;

- поэлементной калибровки сложного ИК.

(пункт 3 паспорта специальности 05.11.16)

6 Методики определения поправок в результаты измерений, полученные с помощью калиброванных ИК ИС в условиях, отличающихся от условий калибровки, что позволяет уменьшить неопределенность результатов измерений, выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС.

(пункты 3, 6 паспорта специальности 05.11.16)

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и одобрены на 20 международных, 8 всероссийских симпозиумах, конференциях, семинарах, указанных в списке публикаций автора.

Представленный к защите материал отмечен Дипломом IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2013) и Сертификатами International Conference «Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology and Testing XI», University of Strathclyde, Glasgow, Scotland, United Kingdom (AMCTM 2017), II Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы метрологического обеспечения научно-практической деятельности (САФУ, г. Архан-

гельск, 2018 г.), 29-го Международного научного симпозиума «Метрология и метрологическое обеспечение» (MMO 2019, Болгария, Софийский технический университет).

Публикации. По теме диссертации опубликована 51 научная работа, включая монографию, 16 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для докторских диссертаций, 4 публикации в изданиях, индексируемых Web of Science, 3 из которых вошли также в базу данных Scopus, общее число публикаций в базе Scopus -4, без соавторов написана монография и 28 статей. Научные результаты диссертационного исследования очно были доложены в Болгарии (2012, 2019), Великобритании (2017), Украине (2013), а также опубликованы в Болгарии, Великобритании, России, Сингапуре, США, Узбекистане, Украине.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения, включающего акты внедрения (11 актов), списка литературы (137 наименований), изложенных на 336 страницах, иллюстрирована 73 рисунками, 66 таблицами.

Краткое содержание диссертации. Во Введении обоснованы актуальность, своевременность, целесообразность постановки задач диссертационных исследований и практическая потребность в их решении. Сформулированы цель и основные направления исследований, выбраны объект и предмет исследований, охарактеризована научная новизна и практическая значимость результатов, выделены основные положения, выносимые на защиту, приведены краткий обзор структуры и содержания диссертации, сведения об апробации.

В главе 1 автором поставлены и решены вопросы:

- определить объект исследований диссертационной работы;

- сформулировать задачи и определить направление исследований диссертационной работы;

- доказать актуальность, целесообразность, правомерность, практическую потребность постановки и решения поставленных в работе задач исследований.

Для решения поставленных в главе 1 вопросов в соответствии с действующими нормативными документами, отечественными стандартами представлен анализ терминологического определения ИС; с целью гармонизации проведено сравнение термина с международными стандартами. Выполненный анализ, а также отмеченное различие между информационной и измерительной системами позволили четко обозначить объект исследования, выделив ИС из всего множества систем. Представлена классификация ИС и их измерительных каналов, что облегчает задачу идентификации калибруемых ИК ИС как объекта исследования. Показано эволюционное развитие ИС и дан анализ их современного состояния. Представлена обобщенная структурная схема ИС, рассмотрены структурные схемы ИС, функционирующих в составе более сложных систем. В различных аспектах: законодательном, терминологическом, экономическом, метрологическом и техническом рассмотрена калибровка ИК как способ повышения точности и достоверности измерений в рабочих условиях эксплуатации ИС. Эти аспекты обосновывают актуальность, целесообразность, правомерность, практическую потребность постановки и решения задачи калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации ИС. Показано различие содержания процедур калибровки и поверки по таким показателям качества, как характер процедуры, степень обязательности, степень регламентации, количество калибруемых/поверяемых точек, условия проведения процедуры, требования к эталонам, интервал времени между процедурами, критерии оценки результата процедуры.

С целью выявления специфических особенностей ИК ИС как разновидности СИ выполнена классификация участвующих в калибровках СИ и в ней определено место калибруемых ИК ИС. Все участвующие в калибровках СИ разделены на два класса: меры и измерительные приборы (сюда также отнесены ИК ИС). Внутри классов классификационными признаками служат метрологическое соподчинение СИ и метод передачи единицы величины. В задаче калибровки ИК в рабочих условиях эксплуатации ИС разработаны и классифицированы модели взаимодействия эталонных мер Мо и калибруемых ИК ИС в случаях поэлементной и комплектной калибровок ИК для прямого измерения калибруемым ИК

ИС величины, воспроизводимой эталонной мерой Мо, а также для косвенного измерения калибруемым ИК ИС величины, воспроизводимой несколькими эталонными мерами Мы. Рабочие условия калибровки ИК ИС ограничивают применение методов косвенного воспроизведения несколькими эталонными мерами Мы единицы величины, передаваемой при калибровке ИК, так как нуждаются в большом числе переносных эталонов и текущих затратах на их техническое обслуживание. Проведен сопоставительный обзор и анализ характеристик стационарных калибраторов, применяемых в качестве эталонов электрических измерений как самого доминирующего вида измерений. Выполненный анализ выявил сохранность МХ стационарных эталонов в узком диапазоне изменений влияющей величины и доказал потребность в переносных эталонах. Выполнена постановка задач и определено направление исследований диссертационной работы.

В главе 2 автором поставлены и решены вопросы:

- провести теоретическое обоснование возможности проведения калибровки ИК ИС в рабочих условиях в составе ИС по месту ее размещения в одной калибруемой точке диапазона измерений ИК;

- предложить адаптированный под условия работы ИС метод передачи единицы величины калибруемому в рабочих условиях ИК ИС и выполнить калибровку ИК;

- провести научное обоснование введения дополнительных ИК в состав ИС, предназначенных для измерений величин, определяющих условия эксплуатации компонентов ИК, что позволит вводить поправки в результаты измерений, выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС;

- подтвердить эффективность предложенного нового метода калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации как для случая одной, так и случая двух влияющих величин рабочих условий эксплуатации компонентов ИК ИС (из числа величин, характеризующих рабочие условия эксплуатации компонентов ИК ИС и оказывающих существенное влияние на изменчивость показаний ИК ИС при их

изменении), который позволяет повысить точность и достоверность результатов измерений ИС.

Предложен новый метод передачи единицы величины в условиях уникально сложившейся в момент калибровки совокупности значений влияющих величин и прослеживаемости передаваемой единицы величины до государственного первичного эталона (ГПЭ). Метод состоит в проведении адаптированной к условиям работы ИС двухэтапной процедуры передачи единицы величины ИК с использованием замещения, реализуемого с помощью переносного эталона, применяемого в указанных условиях, и стационарного эталона, находящегося в лабораторных условиях. Применение предложенного метода позволяет значительно повысить точность ИК, причем именно в тех условиях, в которых ИС эксплуатируется.

К калибровке как к методу повышения точности и достоверности результатов измерений, выполняемых с помощью калиброванных ИК ИС, прибегают, поскольку найденная по результатам калибровки поправка повышает точность калибруемого СИ, приближая ее к точности эталона (с соответствующей неопределенностью измерений при калибровке). Определяемая разность показаний эталона и калибруемого СИ, документально подтвержденная связь эталона с ГПЭ обеспечивают прослеживаемость единицы величины. Последнее обеспечивает значимую роль и место калибровки в системе обеспечения единства измерений.

Для реализации предложенного метода калибровки ИК ИС необходимо знать значения величин, характеризующих условия эксплуатации ИК ИС и оказывающих влияние на результат измерений. Для этого в обобщенной структурной схеме ИС необходимы изменения - необходимо ввести М дополнительных ИК (М - число величин, характеризующих условия эксплуатации ИК ИС, оказывающих влияние на результат измерений), дополнительные ИК могут быть простыми. Для систем, функционирующих на опасных производственных объектах, останов которых недопустим, целесообразно вводить резервирование ИК с тем, чтобы во время проведения калибровки одних ИК безостановочный режим работы ИС обеспечивался функционированием резервных ИК.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Ординарцева Наталья Павловна, 2020 год

И / \\

Генеральный директор

ООО «Информационно- /,']Аникин О.П.

измерительной техники» Ц//

www.cesis.ru

Центр специальных инженерных сооружений научно-исследовательского и конструкторского института радиоэлектронной техники

ЗАО«ЦеСЖНИКИРЭТ»

440013, РФ, г. Пенза, ул, Чаадаева, 62

приёмная: [phone]; ¡nfo0cess.ru

служба продаж: (В412) 37-40-48,37-40-51; 5паЬ5ЫцасезКш

технический отдал: [phone], 37-40-90; [e-mail]

бухгалтерия: [phone]

ИНН 5836616881 КПП 583401001 ОКПО 55604015 ОГРН 1025801363202

Разработка и производство комплексов инженерно-технических средств физической защиты специальных, важных и особо важных объектов. Проведение предпроевтных, проектных, строительно-монтажных и пуско-наладочвых работ, гарантийное и постгарантийное обслуживание.

1ждаю директор [Компаний «

Ш/1 ^ '

АКТ

об использовании результатов .Iной работы ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПУТЕМ ИХ КАЛИБРОВКИ В РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ автора Ординарцевой Натальи Павловны, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Настоящим актом удостоверяется, что следующие результаты диссертационной работы Ординарцевой Натальи Павловны, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05,11,16 -Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение):

- метод калибровки измерительных каналов измерительных систем в рабочих условиях эксплуатации в составе систем, реализуемый с помощью переносного эталона, замещающего стационарный эталон и применяемого в указанных условиях, и стационарного эталона, находящегося в лабораторных условиях;

- алгоритм нахождения коэффициентов калибровочной характеристики переносного эталона в случае действия влияющих величин: температуры, давления, влажности и времени

использованы в ЗАО «ЦеСИС НИКИРЭТ», г. Пенза в 2018-2019 г.г. Результаты проведенных научных исследований Ординарцевой Н. П. позволяют на практике выполнять испытания и калибровку комплексов охраны периметра значимых объектов МАХАОН-СТАНДАРТ; С-150; 4; Арена и вибрационных средств обнаружения РКЕРОЫА-А, Л, М, и (Универсал) по месту расположения технических систем охраны, в том числе и в случае регионов с суровым климатом и повышенным уровнем снежного покрова.

Материалы диссертации могут быть использованы в дальнейшем в новых разработках и при совершенствовании существующих охранных систем.

Главный научный консультант ООО «Гру Доктор техн.наук, профессор Мокрое Е.А.

Компаний «ЦеСИС»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ул. Большая Садовая, д. 105/42, г. Ростов-на-Дону*, 344006; тел.; [phone], 263-84-98; факс: [phone]; е-таП: [e-mail]; http://www.sfedu.ru

АКТ

внедрения результатов исследований, полученных в диссертационной работе ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПУТЕМ ИХ КАЛИБРОВКИ В РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ автора Ординарцевой Натальи Павловны,

представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Настоящим актом подтверждается, что в диссертационной работе Н.П. Ординарцевой, выполненной на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение), получены следующие научные результаты по созданию нового метода калибровки ИК ИС в рабочих условиях эксплуатации;

- метод построения калибровочных характеристик ИК ИС, основанный на теории интервальных переменных, позволивший уменьшить неопределенность результатов измерений, получаемых с помощью калиброванных каналов;

- методы построения калибровочных характеристик ИК ИС как в случае комплектной калибровки, так и в случае поэлементной калибровки, при этом сохраняющей системные свойства системы, выполненных в рабочих условиях эксплуатации измерительных систем;

- разработан алгоритм нахождения коэффициентов влияния калибровочной характеристики переносного эталона в случае действия влияющих величин температуры, давления, влажности и анализа временной стабильности найденных коэффициентов.

Эти результаты могут быть использованы в НКТБ «Пьезоприбор» Южного федерального университета при разработке информационно-измерительных систем с интеллектуальными пьезоэлектрическими датчиками для измерения давлений, силы, пульсаций давления, вибраций. Применение разработанных в диссертационной работе Н.П. Ординарцевой методов развивает практические способы повышения точности измерительных систем в области пьезоэлектрического приборостроения.

Директор-главный конструктор НКТБ «Пьезоприбор» Южного федерального университета доктор технических наук, профессор

НАУЧНО•ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

ЭНЕРГОТЕХНИКА

РАЗРАБОТКА и ПРОИЗВОДСТВО СИСТЕМ ЭНЕРГОУЧЕТА

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работ ы Ординарцевой Натальи Павловны, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПУТЕМ ИХ КАЛИБРОВКИ В РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ

Настоящим актом подтверждаем внедрение на научно-производственном предприятии «Энерготехника» результатов диссертационной работы Ординарцевой Н.П, в автоматизированные информационно-измерительные системы контроля качества электрической энергии, построенные на базе измерителей показателей качества электрической энергии серии «Ресурс». Данные системы предназначены для использования на объектах электросетевых компаний для непрерывного мониторинга и управления качеством электрической энергии.

Предложенный в диссертационной работе новый метод калибровки измерительных каналов на месте эксплуатации, реализуемый с помощью переносного эталона, замещающего стационарный эталон и применяемого в указанных условиях, и стационарного эталона, находящегося в лабораторных условиях, позволил повысить точность измерений среднеквадратического значения фазных и между фазных напряжений и фазных токов, а также точность измерений параметров электрической мощности и углов фазовых сдвигов.

Научно обоснованное введение дополнительных измерительных каналов в состав указанных систем позволило автоматически вводить поправки в результаты измерений времени и длительности случайных событий в распределительных электрических сетях (провалов напряжений, перенапряжений, прерываний напряжений, быстрых изменений напряжений). В результате введения дополнительных каналов в состав измерительно-вычислительных компонентов измерительных систем удалось полностью выполнить требования к процессам измерений класса А по ГОСТ 30804.4.30 при измерении указанных выше параметров.

В измерителях показателей качества электрической энергии серии «Ресурс», являющихся измерительно-вычислительными компонентами измерительных каналов измерительных систем используется предложенный впервые в диссертационной работе новый метод построения калибровочной кривой, основанный на теории интервальных переменных, позволивший уменьшить неопределенность результатов измерений ПКЭ, характеризующих медленные изменения напряжениям (положительные и отрицательные отклонения напряжения) до 0Г

Генеральный директор

^ Пчч: IIII И ' >п?|Ч и 1 \иitkHи

J-I" |2:' . г . Пси)«, у.1, Лермонтов, л,3 Нпчтоный :м|нч:

-14U026, г. Пги |н, \.t. Лсрччнтпп», 1.3

А.Г. Князев

Телефон: {Н-1 (21 SS3U9,

Факс: (8111) SM276

С'чИг н Iuttrnct: йи".ml¡>.1 и

Ё-лмП: hiIо I/ !.■ n11> i n

ООО «РОДЕ и ШВАРЦ РУС»

Департамент контрольно-измерительного оборудования

ни ш(

603006, г.Нижний Новгород

ул Максима Горького, д, 117, оф,605

www.rohde-schwarz.ru/com

Исполнитель:

Дмитрий Самоделкин Тел. [phone] Факс [phone]

Рт|1гу.Бато(1е1к1П|5>го11ае-5сЬ№агг,сот

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПУТЕМ ИХ КАЛИБРОВКИ В РАБОЧИХ УСЛОВИЯХ автора Ординарцевой Натальи Павловны, представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Настоящим актом подтверждаем использование в компании ООО «РОДЕ и ШВАРЦ РУС» нового научного результата, полученного в диссертационной работе Н. П. Ординарцевой, а именно:

- предложенных методик определения поправок в результаты измерений, полученные с помощью контрольно-измерительного оборудования Я & 8 в рабочих условиях эксплуатации, отличающихся от условий его калибровки, что позволит уменьшить неопределенность результатов измерений.

Самоделкин Д.Г.

жит

ОБЩЕСГВО С ОГРАНИЧЕННОЙ 0ТВЕТСТВЕ111 ¡ОСП ЫО «НАУЧНО - ПРОЙЗВОДП ВЕННЫЙ ЦЕНТР «КОНТРОЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» ООО «НПЦ «КИТ» г. Пета. 440068 ул. Кустодиева, д. 23 Теги; (8412)31 -64-44. 8 [phone] $рс с |Щ (а'1ю1 ша 11. сот

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Настоящим удостоверяется, что материалы диссертационной работы Ординарцевой Натальи Павловны «Повышение точности измерительных систем путем их калибровки в рабочих условиях»,

представленной на соискание ученой степени доктора технических наук, внедрены в ООО «НПЦ «КИТ» при проведении контроля линейных и угловых размеров деталей и сборочных единиц (ДСЕ), изготовленных по государственному контракту в 2017-2019 г.г. Внедрение проведено в части учета влияния на рабочие эталоны (наборы калибровочных линейных мер, калибры) и средства измерения (микрометрический и штангенисгрумент) производственных факторов (пыль, пары масла и СОЖ, вибрации, перепады температур и проч.). Учет указанных влияний с использованием предложенных диссертантом методик определения поправок в результаты измерений и нахождения коэффициентов калибровочных характеристик переносных рабочих эталонов, используемых службой ОТК, позволил повысить точность измерения и поверки ДСЕ со сложной геометрией и большим количеством геометрических размеров.

Все статистические материалы результатов измерений и поверок ДСЕ являются собственностью заказчика и не могут быть опубликованы в открытой печати.

Генеральный директор,

доктор технических наук, профессор ,

society

liEEE Ci uiC

(DivComa

is awarded to

fikxandr (Dantlov andNataCia Ordinartseva

Tor the best fygutar (Paper on TMfty£S'13 Symposium and outstanding

contribution in (Design dC Test

Chairs of VWrnS'13 Servant Zorian

VCadimir Tfafianov

(Rpstw-on-tDon, <fyissia, 27-30 Septerfmf, 2013

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Межрегионального совета по науке и технологиям на работу Ординарцевой Натальи Павловны "Современные тенденции использования расширенного вектора измерений для оценки качества поверхностей"

Заслушав и обсудив стендовый доклад к.т.н. Ординарцевой Н.П, "Современные тенденции использования расширенного векгора измерений для оценки качества поверхностей" на ХХХХП Всероссийском симпозиуме но механике и процессам управления (18-20 декабря 2012 года, г, Миасс Челябинской обл.), рукопись которого опубликована в Материалах ХХХХП Всероссийского симпозиума "Механика и процессы управления" (М.: РАН, 2012),

руководствуясь Постановлением Правительства РФ № 475 от 20 июня 2011 г. (п. 10), в соответствии с которым "К опубликованным работам, отражающим основные научные результаты диссертации, приравниваются ... работы. опубликованные в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов", т.е. Материалы ХХХХП Всероссийского симпозиума по механике и процессам управления засчитывают с я ВАК Минобрнауки России при защите диссертаций,

а также во исполнение Решения ХХХХП Всероссийского симпозиума по механике и процессам управления.

Межрегиональный совет по науке и технологиям принимает следующее Заключение:

1. Признать научные результаты, содержащиеся в работе Н.П. Ординарцевой "Современные тенденции использования расширенного вектора измерений для оценки качества поверхностей", в качестве основы для подготовки и последующей защиты диссертации на соискание ученой степени доктора наук.

2, Рекомендовать Н.П. Ординарцевой подготовить научный обзор по профилю выполняемой диссертации с учетом его последующей публикации в серии "Избранные труды Всероссийского симпозиума по механике и процессам управления" (М,: РАН. 2013).

Директор МСНТ д.т.н., профессор

Н.П, Ершов