2. Погрешность измерения. Выбор образцовых средств поверки

Измерения диагностического параметра классифицируются на прямые, косвенные и совместные.

Прямые заключаются в экспериментальном сравнении измеряемой величины с ее мерой непосредственно в единицах оцениваемого параметра, например измерение свободного хода педалей сцепления и тормоза, схождения управляемых колес с помощью специальных линеек и т. п.

При косвенных измеряемая величина связана с определяемой известной зависимостью. Так, состояние обмотки возбуждения генератора определяют по падению напряжения в ней при пропускании определенной силы тока. Метод используется при известной функциональной связи между структурным и диагностическим параметрами при прямом измерении последнего.

При совместных производят одновременно прямые и косвенные измерения двух или более неодноименных величин, например выявление зависимости между токсичностью отработавших газов автомобиля и техническим состоянием элементов системы питания, зажигания, цилиндро-поршневой группы'и механизма газораспределения.

Точность измерений количественно характеризует степень приближения результатов измерения к истинному значению.

Погрешность измерения - алгебраическая разность Между полученным и действительным значениями величины.

Погрешности," выраженные в единицах оцениваемой величины, называются абсолютными, а в долях или процентах - относительными.

Применительно к условиям диагностирования погрешность измерения приводит к оценке части агрегатов как годных, но по действительным значениям выходящих за границу допуска. Одновременно эта же погрешность вызывает выбраковку некоторых исправных агрегатов как негодных к дальнейшей эксплуатации.

Следует отметить, что выбор и обоснование метода диагностирования должны производиться из условия обеспечения минимума затрат на эксплуатацию и ремонт агрегата, включая и стоимость средств измерений, ибо снижение погрешности влечет за собой повышение их стоимости, но снижает затраты от недоиспользования ресурса. И наоборот, увеличение допустимой погрешности снижает стоимость средств измерения, но увеличивает затраты, связанные с недоиспользованием Ресурса.

Таким образом, следует применять те методы и приборы, которые обеспечивают необходимую точность и при этом не увеличивают значительно стоимость технического обслуживания и ремонта агрегатов.

Для выбора метода и средств диагностирования в первую очередь следует знать допустимую погрешность измерения параметра.

Обязательным условием обоснования допустимых погрешностей при выборе средств измерения является знание законов рассеивания отклонений структурных или диагностических параметров и законов распределения погрешностей их измерения. Закон распределения погрешностей обычно принимают нормальным. Распределение рассеивания параметров зависит от конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов и определяется по результатам статистических наблюдений.

Для сопряжений, подвергающихся в процессе эксплуатации в основном износу, с достаточной точностью можно считать, что закон рассеивания отклонения структурных параметров подчиняется нормальному закону распределения. В этом случае зона их рассеивания характеризуется величиной 2δ_тех и средним квадратическим отклонением δ_тех. Величина поля допуска характеризуется значениями 2δ_стр и σ_стр (рис. 12). При этом принимается условие, что середина поля допуска рассеивания предельных значений параметров совпадает со средним значением погрешностей распределения. Одновременно принимаем условие, что отношение предельной погрешности измерения к полю допуска предельных значений параметров выражается коэффициентом точности метода измерения.

Рис. 12. Схема оценки допуска рассеивания предельных значений параметров

При применении абсолютно точного метода измерения кривая рассеивания действительных размеров параметров выражалась бы нормальной кривой, резко обрывающейся на границах поля допуска (при δ_стр<δ_тех). Практически же при применении средств измерений, обладающих определенными погрешностями, эта кривая получает у каждой границы допуска определенное изменение. Величина этого несоответствия находится в прямой зависимости от погрешности средств измерения.

Передача размеров единиц от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется образцовыми средствами измерений, которые предназначены для проверки и градуировки по ним других средств измерений. Хранятся они в органах Государственной метрологической службы или в органах отраслевых метрологических служб.

На образцовые средства измерений выдаются свидетельства с указанием метрологических параметров и разряда по общесоюзной поверочной схеме. Все образцовые средства измерений подлежат обязательной периодической поверке в сроки, установленные правилами Госстандарта СССР.

Правильная передача размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи предопределяется поверочными схемами. В поверочной схеме указываются наименования утвержденного государственного эталона, вторичных эталонов, образцовых и рабочих средств измерений и методов поверки. Одновременно приводятся погрешности воспроизведения и передачи единицы каждому средству.

Поверка диагностических приборов производится одним из двух следующих методов:

• измерением величин, воспроизводимых образцовыми мерами соответствующего разряда или класса точности, значения которых выбирают равными соответствующим отметкам шкалы прибора;
• сличением поверяемого и образцового прибора при измерении одной и той же величины.

Осуществление последнего метода производится двумя способами:

• измеряемая величина изменяется до определенных значений, оговоренных в стандартах или технических условиях, устанавливаемых по образцовому прибору, а погрешность определяется по показаниям поверяемого прибора. Этот метод особенно удобен, когда с помощью одного образцового прибора одновременно поверяется несколько однотипных приборов;
• измеряемая величина изменяется до определенных, оговоренных 'в стандартах или технических условиях,- устанавливаемых по поверяемому прибору, а погрешность отсчитывается по образцовому прибору, как отклонение от соответствующего штриха шкалы. Преимущество этого метода в том, что он позволяет точно определять погрешность по образцовому прибору, шкала которого чаще имеет большее число делений, чем поверяемый прибор.

Определение погрешности как разницы между результатом измерения X¹ и истинным значением Q (Δ = X - Q) оказывается практически невозможным, так как наряду с Δ оказывается неизвестным и Q. Поэтому вместо истинного значения обычно используется "действительное". При этом под действительным значением понимается такое значение измеряемой величины, найденной экспериментальным путем, которое для данной конкретной цели может использоваться в качестве истинного.

Истинное и соответственно действительное значения изменяются в зависимости от влияния внешних условий, которые одновременно влияют и на характеристики измерительных средств. В связи с этим меняются и погрешности измерений.

В целом все факторы, влияющие на погрешность, объединяются в две основные группы:

1. факторы, появляющиеся нерегулярно. К ним относятся, например, изменение внимания оператора, нерегулярные изменения различных величин, например, падение напряжения в сети. Погрешности, зависящие от факторов этой группы, называются случайными;
2. факторы, влияющие постоянно, или закономерно изменяющиеся в процессе опыта. Эти факторы неизменно повторяются при повторении опыта. Погрешности, зависящие от факторов этой группы, называются систематическими, погрешностями измерения. Общая погрешность измерения Δ равна сумме случайной δ и систематической Q погрешностей.

Выбор образцовых измерительных средств осуществляется из условий:

• соотношение погрешностей образцового и поверяемого приборов 1:3, когда при поверке вводят поправки на показания образцовых средств измерений;
• соотношение погрешностей образцового и поверяемого приборов 1:5, когда при поверке поправки по показаниям образцовых средств измерений не вводятся.

В условиях практической поверки измерительных средств эти соотношения могут несколько менять.