Ивашкин Р.В., д.т.н. проф. Чернышова Т.И.

Тамбовский государственный технический университет, Россия

Повышение метрологической надежности электронных средств измерения на этапе проектирования

Одной из главных характеристик показателей качества электронных средств измерений (СИ) является метрологическая надёжность (МН). Под МН понимается свойство СИ сохранять во времени метрологические характеристики (МХ) в пределах установленных норм при эксплуатации в заданных режимах и условиях использования, хранении и транспортировании. Следовательно, МН определяется нестационарным случайным процессом изменения во времени нормируемых метрологических характеристик исследуемых СИ [1].

Основными показателем метрологической надёжности СИ является метрологический ресурс (МР), определяемый временем выхода нормируемых метрологических характеристик за допустимые пределы, и вероятность метрологической исправности СИ в произвольные моменты времени эксплуатации.

К основным функциональным узлам, входящих в СИ относится измерительный канал (ИК). Метрологические свойства СИ в наибольшей степени определяются метрологическими свойствами ИК. Увеличивая значения МР аналогового блока (АБ) измерительного канала, можно повысить метрологический ресурс измерительного канала в целом.

Для повышения МН предложена методика оценки и прогнозирования МН при проектировании и эксплуатации электронных СИ основанной на подборе соответствующей требуемой метрологической стабильности блока элементной базы [2]. Схема алгоритма, определяющего основные разделы методики, представлена на рис. 1.

Метод разработан на существующем обобщённом методе оценки МН СИ, принцип которого основан на аналитико-вероятностном подходе к определению показателей МН проектируемых средств с использованием принципов статистического моделирования, изложенного в [1].

В начале задача сводится к нахождению метрологического ресурса каждого аналогового блока входящего в измерительный канал СИ и выбора среди минимального значения, т.к. минимальное значение метрологического ресурса задает метрологический ресурс всего канала.

Определение метрологического ресурса каждого аналогового блока проектируемого СИ представляет собой решение задачи определения момента времени t_p, в который метрологическая характеристика с заданной доверительной вероятностью достигнет предельно допустимого значения (). Вычисление предельно допустимого значения МХ основано на методе моментов [3]. Сущность метод моментов состоит в том, что при расчете S_доп вместо закона распределения случайных величин используют моменты их распределений (числовые характеристики случайных величин).

Далее, задача повышения метрологического ресурса проектируемого аналогового блока сводится к подбору элементной базы так, чтобы при данном схемотехническом решении скорости и направления изменения параметров элементов схемы в результате старения и температурного дрейфа наиболее полно компенсировали влияния друг друга на процесс изменения во времени МХ аналогового блока, и таким образом достичь требуемого значения метрологического ресурса проектируемого аналогового блока измерительного канала СИ.

Оценить степень влияния комплектующего элемента аналогового блока на величину нормируемой метрологической характеристики можно, как показано в [1].

Выделенные элементы методом локального поиска (конфигураций) заменяются на аналогичные, с иными характеристиками, при условии сохранения работоспособности схемы аналогового блока. Производится оценка метрологического ресурса блока. Действия будут повторяться до тех пор, пока требуемое значение метрологического ресурса не будет достигнуто.

Решение задачи оптимального выбора параметров комплектующих элементов аналогового измерительного канала СИ, при условии сохранения работоспособности, представляет возможным повысить метрологический ресурс, а, следовательно, и МН проектируемого СИ.

Литература:

1. С.В. Мищенко, Э.И. Цветков, Т.И. Чернышова Метрологическая надежность измерительных средств. – М.: Машиностроение-1, 2001.

2. Ивашкин Р.В, Чернышова Т.И Повышение метрологической надежности электронных средств измерений // Прогрессивные технологии развития: сборник материалов международной научно-практической конференции: 10-11 декабря 2005 г. – Тамбов: Першина, 2005, с. 103-105.

3. Цветков А.Ф. Расчет допусков в радиоэлектронной аппаратуре: Учеб. пособ. – Рязань: Рязанский радиотехнический институт, 1980.