Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 8 )

Руководство Welmec 7.2 [8], основанное на Директиве измерительных приборов (MID), для разных классов риска описывает примеры требований и методы аттестации. Условно методы аттестации можно разделить на три группы: проверка, основанная на документации, функциональная проверка и проверка, основанная на исходном коде. Специальная публикация [9] Национального института стандартов и технологии (NIST) может стать основой для выбора требований к исходному коду и методов обнаружения ошибки в тексте программы.

В результате анализа рассмотренных документов, можно сделать вывод, что сегодня нет единого подхода к аттестации ПО СИ. Естественно, отечественные нормативные документы, описывающие некоторые из элементов метрологического обеспечения ПО СИ, должны стать основой для разработки процедуры аттестации и дополнительных рекомендаций по её применению. Учитывая вышесказанное, можно предложить следующую процедуру аттестации ПО. Общая схема проведения испытаний (аттестации), изображенная на рис. 1, разработана согласно современным требованиям, предъявляемым к ПО СИ.

Рис.1 Процедура аттестации ПО СИ

Определению и выбору требований оценки качества ПО должно предшествовать назначение уровней требований к жесткости испытаний, степени соответствия и защиты. В работе [10] предлагается назначать уровни требований согласно классификации ПО по четырем видам: аппаратное обеспечение, критичность, готовность и функция ПО. Данный подход, по мнению авторов, учитывает основные подходы межгосударственных рекомендательных документов по метрологии. В случае необходимости классификация может быть расширена и дополнена примерами конкретных типов СИ, применяемых в различных сферах.

В соответствии с назначенными уровнями требований определяются показатели оценки качества ПО. Все требования можно разделить на четыре группы: требования к документации, функциональные возможности, требования к исходному коду и к защите. Последний вид требований выделен особо, так как на современном этапе развития все чаще выявляются случаи фальсификации результатов измерений в связи с изменением ПО. Данный набор характеристик формируется из расчета требований, представленных в документах [1, 5, 7–9] и опыта разработчиков ПО. Следующими этапами процедуры аттестации является выбор конкретных методов испытаний на основе требований и оформление результатов (отчетность).

Таким образом, предложенная процедура может быть положена в основу типовой программы (методики) испытаний ПО СИ. Данный документ может содержать следующие разделы:

– цель аттестации;

– описание объекта исследований (предмет испытаний);

– порядок проведения аттестации;

– назначение уровней жесткости испытаний, степени соответствия и защиты;

– требования, подлежащие проверке;

– описание методов аттестации ПО СИ или ссылка на документы, в которых они рассмотрены;

– оформление результатов.

После определения цели и назначения уровней жёсткости испытаний, степени соответствия и защиты, можно приступить к выбору проверяемых требований и методов испытаний. Результаты регистрируются, заносятся в таблицы. По окончании испытаний оформляется отчет.

В качестве дальнейших исследований в области аттестации ПО СИ может стать конкретизация требований и методов испытаний, например, в зависимости от классификации ПО или области применения СИ (СИ расхода топлива, СИ, применяемые в медицине и т. д.).

Литература

1. МИ 2891-2004 “ГСИ. Общие требования к программному обеспечению средств измерений”

2. ГОСТ Р 8.596-2002 “ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения”

3. Кудеяров  программного обеспечения средств измерений. Учебное пособие. – Москва, 2006.

4. МИ 2174-91 “ГСИ. Аттестация алгоритмов и программ обработки данных при измерениях. Основные положения”

5. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 “Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению”

6. Advanced Tools for Metrological databases and software validation. Software validation. http://www. amctm. org/index. asp .

7. WELMEC Guide 7.1. Software Requirements on the Basis of the Measuring Instruments Directive. http://ww. welmec. org .

8. WELMEC Guide 7.2. Software Guide. http://ww. welmec. org .

9. NIST Special Publication 509.

http://hissa. nist. gov/HHRFdata/Artifacts/ITLdoc/209 .

10. Лукашов Ю. Е., Сатановский  программного обеспечения средств измерений. – Законодательная и прикладная метрология. – 2006. – №2. – С. 39-45.

Авторы

– инженер ФГУ “Томский ЦСМ”

Тел. [phone]

E-mail: *****@***ru

– и. о. директора ФГУ “Томский ЦСМ”, к. т.н.

Россия, 634012, 7-а

Тел. [phone] Факс: [phone]

E-mail: *****@***tomsk. ru

2. Опыт применения и метрологического обслуживания ИС

О разделении погрешностей
измерительных трансформаторов
на систематические и случайные составляющие

Индукционные измерительные трансформаторы (ИТ) широко используются в энергетике в качестве первичных преобразователей при измерении электроэнергии как для технических, так и коммерческих целей. Как показывает метрологический опыт в сложившихся современных технико-экономических условиях, основной вклад в погрешность измерений электроэнергии привносят именно измерительные трансформаторы. Естественно возникает вопрос, как уменьшить этот вклад. Очевидно, что нужно снижать погрешности трансформаторов. Это можно сделать путём повышения класса точности ИТ, но этого же можно добиться путем разделения погрешностей ИТ на систематические и случайные составляющие. И если случайная погрешность окажется существенно меньше систематической то, введя поправку на последнюю, тем самым можно повысить точность ИТ.

Рассмотрим природу происхождения систематической и случайной погрешностей ИТ. Возьмём, к примеру, трансформатор тока (ТТ). Из принципа действия этого устройства следует, что первичный ток отличается от вторичного на ток намагничивания, который пропорционален магнитному полю в сердечнике. Следовательно, магнитные свойства материала, главным образом, определяют систематическую погрешность ТТ. Даже если первичная или вторичная обмотки неравномерно охватывают по периметру магнитный сердечник, обладающий высокими магнитными свойствами (магнитной проницаемостью), конструкция трансформатора может несущественно влиять на метрологические характеристики ТТ. Поскольку магнитные свойства сердечника зависят нелинейно от магнитного поля, то на систематическую погрешность ТТ влияет первичный ток (значение основной гармоники, наличие, соотношение и уровень других гармонических составляющих в его спектре). Кроме того, систематическая погрешность ТТ зависит от магнитного состояния сердечника (размагниченное или с остаточной намагниченностью) и вторичной нагрузки – импеданса вторичной цепи, на который в свою очередь влияет температура.

Итак, систематическую погрешность ТТ, главным образом, определяют магнитные свойства сердечника, первичный ток и нагрузка. Изменяющиеся условия работы ИТ (температура, магнитное состояние сердечника, отклонение формы тока от синусоидальной) являются источниками колебаний систематической погрешности относительно некоторого среднего значения. Эти отклонения можно рассматривать как проявления случайного характера (случайные погрешности, куда следует отнести человеческий фактор при калибровке или поверке ТТ). Если вдобавок учесть инструментальные погрешность средств поверки (калибровки), то фактически все основные значимые источники погрешности ТТ будут тем самым охвачены.

Рассмотрим влияние остаточной намагниченности на систематическую погрешность ТТ. В качестве образца возьмём трансформатор тока ТОЛ-10 (с литой изоляцией) с сердечником, выполненным из электротехнической стали. Погрешности ТТ при размагниченном и неразмагниченном (с остаточной намагниченностью) сердечнике приведены на рис.1. Остаточная намагниченность сердечника задавалась путем намагничивания постоянным полем до некоторого максимального значения с последующим снижением до нуля.

Петли магнитного гистерезиса снимались на эталонной установке по определению магнитных потерь магнитномягких материалов (рис. 2, 3).

Кроме того, в контрольных точках проводилось сравнение результатов расчёта погрешностей ТТ и экспериментальных данных. Как следует из таблицы, приведённой на рис. 1, результаты расчёта достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Графики, приведённые на рис. 1, наглядно иллюстрируют возрастание систематической погрешности ТТ как токовой, так и угловой при намагниченном сердечнике по сравнению с размагниченном его состоянии. Остаточная намагниченность ухудшает магнитные свойства сердечника, что проявляется в снижении эффективной магнитной проницаемости и росте магнитных потерь (угол наклона к оси абсцисс на графике падает, а площадь петли магнитного гистерезиса возрастает). Следует отметить, что наихудшие магнитные свойства сердечник приобретает при остаточной намагниченности соответствующей намагничиванию постоянным полем по предельной петле гистерезиса (рис. 2). Погрешности ТТ в этом случае наибольшие.

Для сердечника, выполненного из аморфного магнитного материала (магнитные свойства на порядок выше свойств электротехнической стали), различие его магнитных характеристик в размагниченном и не размагниченном состоянии не столь значительны (рис. 3) по сравнению с магнитными характеристиками сердечника, изготовленного из электротехнической стали (рис. 2). Поэтому магнитное состояние сердечника меньше влияет на систематическую погрешность ТТ.