Метрологические аспекты разработки испытательных комплексов ЭМС

Опубликовано в номере:
PDF версия
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, подобные комплексы состоят из измерительных и технических средств, а также вспомогательных устройств. Комплексы подлежат обязательной аттестации как испытательное оборудование по ГОСТ РВ 0008-002 и/или ГОСТ Р 8.568 и требуют подготовки комплекта эксплуатационной документации по ГОСТ 2.601.

К числу самых ответственных этапов при создании комплексов относится оценка допустимого отклонения воспроизведения условий испытаний. Эта задача может оказаться непростой даже для высококвалифицированного специалиста, поскольку система зачастую имеет сложную структуру и состоит из нескольких средств измерений различных типов — например, датчиков, преобразователей, модулей аналогового и частотного ввода/вывода и другой аппаратуры.

При последовательном соединении нескольких средств измерений погрешность может как усиливаться, так и ослабляться. Ее желательно определить экспериментальным путем, хотя это не всегда реализуемо или целесообразно. В таких случаях имеет смысл руководствоваться расчетными методами, которые базируются на требованиях нормативных документов по определению метрологических характеристик средств измерений.

Исходными данными для расчета погрешности являются:

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

Суммирование погрешностей проводится тремя способами:

  • алгебраическим:

Суммирование погрешностей

    где i — номер погрешности, N — их количество;

  • геометрическим:

Суммирование погрешностей

    где σi — среднеквадратическое значение i‑й погрешности;

  • с учетом корреляции:

Суммирование погрешностей

Поскольку корреляционные коэффициенты, как правило, неизвестны, обычно используются только первые два способа суммирования. Алгебраический способ суммирования применим для расчета суммы детерминированных погрешностей, а геометрический — для случайных.

Однако алгебраическое суммирование часто дает слишком завышенную оценку погрешности. Поэтому МИ 2232-2000 предусматривает промежуточный вариант между формулами геометрического и алгебраического суммирования:

Суммирование погрешностей

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, его учитывают при суммировании. Результат учета всех погрешностей выглядит следующим образом:

Суммирование погрешностей

где x0 — заданное (измеренное) значение параметра; Δ — сумма всех детерминированных погрешностей, они могут быть прибавлены к измеренной величине в качестве поправки; σ — сумма всех случайных погрешностей:

 сумма всех случайных погрешностей

где σΣсист — сумма всех систематических погрешностей; σΣслуч — сумма всех случайных погрешностей; σΣдоп — сумма всех дополнительных погрешностей; σΣметод — 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 (в частности, синхронно возрастают при повышении напряжения питания в сети или температуры окружающей среды), то такие погрешности суммируют.

При оценке погрешности испытательного оборудования нередко приходится сталкиваться 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 видно, ошибки, допущенные на этапе проектирования и монтажа испытательного оборудования, могут сделать результаты испытаний недостоверными. Одним из путей упрощения методики расчета погрешностей служит использование средств измерений с большим запасом по точности. Тогда учет тонких нюансов теории погрешностей становится излишним.

Комментарии на “Метрологические аспекты разработки испытательных комплексов ЭМС

  1. «Отсутствие готовых решений или их дороговизна»
    Халид, очень много существует готовых и недорогих решений, а также возможностей разработки, обращайтесь, подскажем, в том числе и по аттестаци по ГОСТ Р 8.568

  2. Статья явно написана не метрологом.. Очень много ошибок, неточностей, погрешностей. Судя по всему очень хотелось показать свой эквивалент сети.. Есть специальные стандарты по выражению неопределенностей в ЭМС. Там все расписано. Здесь же на уровне шестиклассник.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *