Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Метрологическое обеспечение процедуры поверки тепловизора в условиях ФБУ «Тульский ЦСМ»

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.. 7

ГЛАВА 2. ОБЩАЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВИЗОРОВ.. 17

2.1 Назначение и область
применения тепловизоров. 17

2.2 Принцип действия и
устройства «тепловизор». 22

2.3 Основные технические
характеристики тепловизора и общий вид. 26

ГЛАВА 3. ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА.. 33

ГЛАВА 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОВЕРКИ.. 39

4.1 Описание процедуры
поверки. 39

4.2 Средства поверки для
тепловизоров. 44

4.3 Условия проведения
поверки тепловизоров и подготовка к ней. 49

4.4 Порядок проведения
поверки тепловизоров. 50

4.5 Обработка результатов
поверки тепловизоров. 55

4.6 Оформление результатов
поверки тепловизоров (протоколы) 57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 62

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ.. 67

Введение:

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, в век
глобальной конкуренции, стабильность и высокая эффективность любого предприятия
зависят от качества выпускаемой продукции и оказываемых услуг, что требует в
свою очередь максимальной достоверности и объективности количественной
информации о значениях параметров, характеризующих продукцию и услуги, для
оценки их соответствия своему назначению и установленным требованиям. Помимо обеспечения
требуемого качества продукции, данная информация служит для учета материальных
ресурсов, совершенствования технологии, автоматизации производства,
стандартизации и т.д. Основными источниками такой информации являются контроль
и испытания, реализация которых связана с измерениями. Соответственно, проблема
обеспечения конкурентоспособности каждого предприятия сегодня находится в
прямой зависимости от эффективности его метрологического обслуживания.

Метрологическое
обеспечение является, на сегодняшний день, активным функциональным инструментом
в целях формирования результативных технологических процессов в организации и, устремлена
на образование совершенствования производственных задач, доставляющих четкую
оценку и контроль качества продукции/ услуг. Возникающие новые задачи
метрологического обеспечения принято считать, комплексом
технически-организационных работ, которые приобретают и применяют результаты совершенных
измерений. К таковым работам, сконцентрированным на метрологическое обеспечение
высококачественной продукции, относятся:

— избрание номенклатуры характеристик
материалов, изделий, процессов, подлежащих оценке при испытаниях, измерениях,
контроле;

— предпочтение
номенклатуры и количественных значений показателей точности (достоверности)
результатов измерений, испытаний и контроля, форм их изображения, снабжающих
оптимальное решение задач, для которых данные результаты предопределены;

— метрологическая
экспертиза проектной, конструкторской и технологической документации в целях
реализации контроля точности результатов решения вышеописанных задач;

— планирование процессов
измерений, испытаний и контроля, формирование и метрологическая аттестация
методик измерений, испытаний и контроля;

— снабжение процессов
измерений, испытаний и контроля соответственными техническими средствами;

— поддержание технических
средств в исправном состоянии;

— осуществление
измерений, испытаний и контроля, обработка их результатов;

— обучение и повышение
метрологической квалификации сотрудников метрологических служб и сотрудников
подразделений, связанных с работой по приобретению результатов измерений;

— обеспечение
достоверности учета и увеличение рациональности и эффективности применения
материальных ценностей и энергетических ресурсов.[1]

Актуальность
исследовательской работы заключается в том, что значение результатов измерений
постоянно возрастает вследствие быстрого развития как промышленных, так и информационных
технологий. Потребителям и промышленности приходится ежедневно принимать решения,
основанные на результатах измерений и влияющие на их экономическое и личное
благополучие, а также на возможность оценивать действия и эффективность органов
государственной власти, предприятий и неправительственных организаций. С тех
пор как изготовители, импортеры и продавцы большинства товаров сами планируют и
осуществляют процессы, связанные с измерениями, покупатели, которые обычно не
располагают надлежащей информацией о процессах получения результатов измерений,
контроля и испытаний, потенциально находятся в невыгодном положении. Им
остается полагаться, на то, что результаты метрологических процедур, реализуемых
продавцом, являются достоверными и точными. Результаты измерений, контроля и
испытаний, отвечающие этим требованиям, помогают обеспечить действительно
справедливую торговлю и конкуренцию.

Для выполнения задач,
отвечающих интересам общества, включая — здравоохранение, безопасность и
правопорядок, охрану окружающей среды и защиту потребителей, взимание налогов и
пошлин, торговлю, необходимы процедуры и средства выполнения измерений,
метрологически прослеживаемые к выбранным и взаимно признаваемым опорам для сравнения,
в частном случае, к государственным первичным эталонам.[2]

Целью исследовательской
работы является рассмотрение особенностей метрологического обеспечения
процедуры поверки тепловизора в условиях ФБУ «Тульский ЦСМ».

Достижение поставленной
цели реализуется посредством выполнения следующих задач:

— изучить методы и
средства измерения температуры;

— проанализировать общую
характеристику тепловизоров, в частности, их назначение и область применения,
принципы действия и устройства, а также основные технические характеристики;

— рассмотреть
государственную поверочную схему;

— исследовать
метрологическое обеспечение поверки тепловизоров, а именно, описать процедуру
поверки, определить средства поверки, охарактеризовать условия и порядок
проведения поверки, а также представить процедуру обработки и оформления
результатов поверки.

Объектом исследования
является тепловизор инфракрасный марки «Testo 875-2i».

Предметом исследования
являются особенности метрологического обеспечения процедуры поверки тепловизора
в условиях ФБУ «Тульский ЦСМ».

Методологическая база
исследования:

— системный, комплексный
и динамический подходы, традиционный анализ документов, метод экспертных
оценок, статистические и математические методы обработки информации;

— современные концепции,
отраженные в научно-исследовательской литературе (книгах, справочниках,
журналах, энциклопедиях, учебных пособиях и пр.).

Теоретическая значимость
исследования – выбранная для рассмотрения проблематика может быть рассмотрена в
учебном процессе для преподавания курса «Управление качеством».

Практическая значимость
исследования – основные положения и выводы могут использоваться в качестве
основы для применения метрологического обеспечения процедуры поверки
тепловизора в условиях ФБУ «Тульский ЦСМ» в деятельности организаций.

Исследовательская работа
построена следующим образом — введение, четыре главы (теоретическая, аналитическая,
методологическая и практическая), заключение, список использованных источников. [1] Источник: Плахотин В.Я. Основы метрологии и
метрологическое обеспечение / В.Я. Плахотин – Караганда: ККИ, 2016 — 180 с. [2] Источник: Генкина Р.И. Мы говорим «поверка» —
подразумеваем «калибровка», мы говорим «калибровка» — подразумеваем «поверка»
// Главный метролог.- 2015.-№4.- С.36-40

Заключение:

Текущее состояние
метрологии в стране характеризуется множеством факторов. На данный момент
актуальны нижеследующие вопросы по метрологическому обеспечению, которые, к сожалению,
разрешаются медлительно:

— понижение количества и
численности метрологических служб предприятий или перекладывание обязанностей
на специалистов предприятия из иных сфер, в связи с уменьшением
производственных предприятий, в частности, в области машиностроения;

— снижение объема
поверочных и калибровочных работ, реализовываемых метрологическими службами
предприятий в связи с отказом прохождения аккредитации на право поверки или
калибровки (значительная стоимость);

— урезание численности сотрудников
метрологических служб, соответственно, дефицит квалифицированных кадров;

— старение эталонной,
нормативно-правовой и нормативно-технической баз, в частности, не обновляются
эталонные средства измерений;

— малоразвитость системы
мониторинга и анализа структуры, и объема парка средств измерений предприятий;

— отсутствие механизма
прогнозирования потребностей в измерениях, мониторинг и анализ развития
приоритетных сфер должен сформировать информацию об объектах и видах измерений,
о требуемых точностных характеристиках, об условиях защиты измерительной
информации.

Непринятие государством соответственных
мер по решению вышеуказанных проблем приведет к нижеследующим последствиям:

— отставанию эталонной
базы от потребностей промышленности на фоне роста разнообразия используемых
средств измерений;

— отставанию
измерительных потенциалов системы обеспечения единства измерений, в результате
недофинансирования в части метрологии;

— понижению эффективности
управления и координации работ по обеспечению единства измерений;

— понижению роли и
влияния России в международных и региональных организациях по метрологии;

— уменьшению степени
достоверности измерительной информации во многих сферах промышленности.

Тепловой контроль
является одним из наиболее разработанных методов неразрушающего контроля.
Развитие микроэлектроники и микропроцессорной техники способствовало появлению
современных и доступных широкому кругу потребителей инфракрасных тепловизоров.
В то же время получение достоверных результатов измерений невозможно без
надлежащего метрологического контроля (поверки) применяемых средств измерений
(СИ).

Результаты поверки
тепловизоров, как правило, не вызывают сомнений среди специалистов теплового
контроля. Однако решение о соответствии или несоответствии СИ установленным
требованиям в большинстве случаев принимается по «пороговому» принципу без
учета неопределенности воспроизведения температуры эталоном и значений влияющих
факторов. Такой подход неизбежно приводит к возникновению ошибок поверки, т.е.
признанию годным заведомо негодного СИ или негодным заведомо годного СИ.
Отсутствие в методиках поверки количественных показателей достоверности не
позволяет оценить возможные риски при собственно тепловом контроле.

Известно, что при оценке
точности методов неконтактного измерения температуры требуется учет влияния
таких факторов, как излучающая способность объекта измерений, спектральное
пропускание атмосферы, температура источника отраженного излучения, эффект
размера источника. Следует также учитывать, что точность измерения низких
температур современными тепловизорами приближается к точности эталонных моделей
протяженного черного тела, что приводит к снижению достоверности результатов
метрологического контроля.

Очевидно, что для
обеспечения достоверности результатов требуются дополнительные исследования.
Это относится и к тепловому контролю, и к поверке средств теплового контроля.
Указанным актуальным вопросам и посвящена диссертация.

В принятой Правительством
Российской Федерации «Стратегии обеспечения единства измерений в Российской
Федерации до 2025 года» особо отмечена необходимость опубликования стандартов,
содержащих наиболее эффективные методики поверки, методики (методы) измерений, что
будет способствовать повышению качества поверочных работ и снижению их стоимости.
Качество поверки средства измерений характеризуется показателями достоверности
ее результата, который заключается в признании конкретного экземпляра СИ
пригодным (или непригодным) к эксплуатации.

Принятие решения о
соответствии или несоответствии СИ, как правило, выполняется на основе точечных
оценок метрологических характеристик СИ. При этом из-за неточности эталонов и
несовершенства методик поверки возможно принятие ошибочного решения о годности
или негодности СИ.

Обоснованный выбор
эталонов и методов поверки должен обеспечить баланс между стоимостью контроля и
издержками, связанными с возможным принятием ошибочных решений. Однако
недостаточная разработка существующих методов оценки качества поверки
затрудняет оценку эффективности существующих методик, их сравнение, разработку
новых, более эффективных методик, обеспечивающих требуемую достоверность
получаемых результатов при минимальных затратах. Учитывая, что, с технической
точки зрения, поверка идентична многопараметрическому допусковому контролю, для
оценки достоверности результатов поверки можно заимствовать показатели,
применяемые в теории допускового контроля, а именно:

— вероятность ошибки
поверки 1-го рода Р1 – вероятность, характеризующая среднюю долю СИ, признанных
негодными, но фактически годных, от общего числа всех поступивших на контроль
годных изделий;

— вероятность ошибки
поверки 2-го рода Р2 – вероятность, характеризующая среднюю долю СИ, признанных
годными, но фактически негодных, от общего числа всех поступивших на контроль
негодных изделий;

— риск производителя Rp –
вероятность, характеризующая среднюю долю годных СИ среди признанных негодными
и возвращенных производителю СИ;

— риск заказчика Rz –
вероятность, характеризующая среднюю долю негодных СИ среди признанных годными
и переданных заказчику СИ.

Перечисленные показатели
достоверности востребованы при разработке и реализации методик поверки. При
оценке достоверности контроля конкретного СИ, а также в мелкосерийном или
штучном производстве в качестве показателей обычно используют вероятности Р1 и
Р2. Для оценки деятельности поверочных лабораторий может применятся интегральный
показатель Р0, характеризующий вероятность принятия любого неверного решения.

Источниками ошибок
контроля при поверке тепловизоров являются конечная точность эталонов, эффект
размера источника (ЭРИ) и влияние пропускания атмосферы.

В соответствии с действующей
поверочной схемой для поверки рабочих тепловизоров применяются модели протяженного
черного тела, обладающие радиометрической прослеживаемостью. При этом в
диапазоне от минус 50 до 200 °C отношение предела основной допускаемой
погрешности поверяемых СИ к доверительным границам погрешности протяженного
черного тела 1-го разряда составляет всего от 1,3 до 2,2, что негативно влияет
на достоверность результатов поверки.

Использование протяженного
черного тела, прослеживаемых к контактным эталонам температуры, может уменьшить
неопределенность воспроизведения температуры и повысить достоверность
результата поверки. Формально этот метод не предусмотрен поверочной схемой и
возможен только при калибровке, тем не менее, он рекомендован для поверки тепловизоров.

Эффект размера источника
в действующих методиках поверки не анализируется и не учитывается. Нередко для
воспроизведения различной температуры применяется протяженное черное тело с
различной апертурой.

Влияние пропускания
атмосферы не учитывается даже при поверке тепловизоров, спектральный диапазон
которых включает в себя сильные полосы поглощения излучения атмосферой.

В данной
исследовательской работе, на примере метрологического обеспечения процедуры
поверки тепловизора инфракрасного марки «Testo 875-2i»в условиях ФБУ «Тульский
ЦСМ», были выполнены следующие задачи:

— изучены методы и
средства измерения температуры;

— проанализирована общая
характеристика тепловизоров, в частности, их назначение и область применения,
принципы действия и устройства, а также основные технические характеристики;

— рассмотрена
государственная поверочная схема;

— исследовано
метрологическое обеспечение поверки тепловизоров, а именно, описана процедура
поверки, определены средства поверки, охарактеризованы условия и порядок проведения
поверки, а также представлена процедура обработки и оформления результатов
поверки.

Соответственно, по
результатам проделанной работы можно сделать вывод о том, что поставленная цель
исследования выполнена в полном объеме, по всем разделам сделаны соответствующие
выводы.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура – физическая
величина, характеризующая уровень нагретости тела. Практически все
технологические процессы и разнообразные свойства вещества зависят от
температуры.

В отличие от таких
физических величин, как масса, длина и пр., температура является не
экстенсивной (параметрической), а интенсивной (активной) величиной. Если
гомогенное тело поделить пополам, то его масса тоже разделяется пополам.
Температура, являясь интенсивной величиной, данным свойством аддитивности не
обладает, т.е. для системы, присутствующей в термическом равновесии, каждая
часть системы имеет идентичную температуру. Потому не представляется возможным формирование
эталона температуры, аналогично тому, как формируются эталоны экстенсивных
величин.[1]

Имеются два основополагающих
способа для измерения температур — контактные и бесконтактные.

Контактные способы базируются
на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с изучаемым
объектом, вследствие чего достигают состояния теплового равновесия
преобразователя и объекта. Данному методу присущи собственные несовершенства.
Температурное поле объекта искажается при включении в него термоприемника.
Температура преобразователя неизменно различается от истинной температуры
объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов,
из которых произведены температурные датчики. Помимо этого, ряд задач измерения
температуры в недоступных вращающихся с высокой скоростью объектах не может
быть разрешен контактным способом (рисунок 1).[2] [1] Источник: Свет Д.Я. Оптимальные методы пирометрии
излучения и пути их технической реализации // Приборостроение и автоматический
контроль. Вып. 1 /Редкол.: В.В. Казакевич (пред.) и др. М.: Машиностроение,
2008. С. 130-161 [2] Источник: Копьев B.A., Коссый И.А., Магунов A.H.,
Тарасова Н.М. Термометрия по распределению интенсивности в спектре излучения //
Сб. трудов «Температура-2004», — Обнинск, 2004