Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
О метрологии цифровых АСКУЭ и границах метрологической экспансии
Гуртовцев А.Л., к.т.н., ведущий научный сотрудник РУП БелТЭИ»
Эволюция АСКУЭ
Идея и технические средства для автоматизированного дистанционного считывания показаний абонентских счетчиков, учитывающих различные виды энергоносителей - электроэнергию, воду и газ, впервые были предложены и запатентованы в 1899 году, т.е. известны с тех пор, как появились сами счетчики [1]. Однако практическая реализация систем автоматизированного сбора данных со счетчиков (Automated Meter Reading Systems - AMRS) началась за рубежом только в 70-80-е гг. прошлого столетия, когда в электронике появились сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) и микропроцессоры, позволившие сделать технические решения экономически приемлемыми для массового применения, а у компаний, предоставлявших широкомасштабные услуги связи, появилась экономическая потребность в расширении использования своего недозагруженного связного оборудования и телефонных каналов связи для передачи данных [2-6]. Движущей силой внедрения AMRS для компаний, эксплуатирующих системы водо-, газо- и электроснабжения, стала необходимость снижения высокого уровня затрат на оплату штата инспекторов-контролеров, повышения оперативности и надежности учета, предоставления дополнительного сервиса своим абонентам.
В СССР развитие автоматизации энергоучета началось, как и за рубежом, в 70-е годы прошлого столетия, но происходило в других условиях и под влиянием иных движущих сил. Основой данного технического направления стало создание автоматизированных систем контроля и учета энергоносителей (АСКУЭ), в первую очередь, по электроэнергии [7,8]. В условиях единого затратного народного хозяйства с дешевой энергией, дешевой рабочей силой и перекрестным субсидированием различных отраслей экономики автоматизация энергоучета имела слабые экономические стимулы. Главный стимул был связан с наличием Единой энергетической системы (ЕЭС СССР) и необходимостью снижения ее пиковых мощностей за счет регулирования нагрузки потребителей в часы максимума нагрузки энергосистемы. Для этой цели в 1968 году был введен для крупных промышленных потребителей (с присоединенной мощностью более 750 кВА) двухставочный тариф с основной платой за заявленную максимальную мощность в часы пика энергосистемы и дополнительной платой за потребление электроэнергии накапливающим итогом за расчетный период. Поэтому создание АСКУЭ началось в те годы с крупных промышленных предприятий – основных потребителей электроэнергии и потенциальных регуляторов нагрузки энергосистемы.
В своем первоначальном виде АСКУЭ проектировались как двухуровневые системы, содержащие на нижнем, первом уровне первичные измерительные преобразователи (ПИП) - индукционные счетчики со встроенными телеметрическими датчиками импульсов (Д), подключенные к питающим фидерам непосредственно или через масштабные преобразователи – измерительные трансформаторы тока и напряжения, а на верхнем, втором уровне – специализированные измерительные информационные системы учета и контроля электроэнергии (ИИСЭ) (рис.1). Принцип передачи измерительной информации от счетчика к системе заключался в преобразовании аналоговой величины угла поворота Dj диска индукционного счетчика, которая пропорциональна измеренному за время Dt кванту электроэнергии DЕ (без учета масштабных преобразователей): Dj=С×DЕ, где С (постоянная счетчика, об/кВт×ч) – количество полных оборотов диска, приходящихся на 1 кВт×ч измеренной счетчиком электроэнергии, в дискретную величину количества импульсов N=К×Dj=К×С×DЕ, где К – количество счетных меток, нанесенных на диск. Очевидно, что каждый импульс соответствует измеренному кванту энергии DЕи=К×С×DЕ/N, а энергия - DЕ=N/(К×С). Если, например, С=1000 об/кВт×ч и на диск счетчика симметрично нанесены 4 метки, а система учета зафиксировала от счетчика за 3 минуты 20000 импульсов, то DЕ=20000/4000=5 кВт×ч. Отсюда легко можно вычислить и 3-минутную мощность нагрузки за истекшие 3 минуты: Р=5×(60/3)=100 кВт.
Указанный принцип передачи измерительной информации от счетчика к системе получил название числоимпульсного [8]. Согласно ему, измерительная информация не хранится в счетчике (у индукционных счетчиков вообще нет внутренней памяти), а по мере ее формирования "выталкивается" в виде импульсов в измерительный канал. Основные измерительные функции информационной электроизмерительной системы состоят в том, чтобы формировать реальное время по встроенным часам и календарю, принимать от счетчиков в реальном времени телеметрические импульсы по измерительным каналам, накапливать импульсы по различным интервалам времени в своей электронной памяти, преобразовывать числоимпульсную канальную информацию в именованную – энергию и мощность – с учетом постоянных счетчиков и коэффициентов трансформации по току и напряжению, алгебраически суммировать канальную измерительную информацию в группах для нахождения совмещенных мощностей и электропотребления по объекту учета в целом или его частям [9-12]. По рассмотренной схеме за последние 30 лет строились в СССР, а затем и в СНГ, тысячи АСКУЭ на промышленных предприятиях и в энергосистемах [13]. Многие из них позже были дооснащены электронными счетчиками с телеметрическими выходами (в силу своей простоты и универсальности числоимпульсный принцип сохранился даже с появлением электронных счетчиков!), вместо систем типа ИИСЭ стали применять другие современные специализированные системы - сумматоры, концентраторы, устройства сбора и передачи данных (УСПД), на верхнем, третьем уровне подключили к ним персональные компьютеры (ПК) и компьютерные сети, но, тем не менее, сам числоимпульсный принцип в таких АСКУЭ остался без изменения.
Особенность построения АСКУЭ с числоимпульсным сбором данных состоит в неразрывной связи счетчиков с уровнем специализированной системы, так как измерительная информация должна непрерывно и круглосуточно, в темпе процесса измерения и формирования телеметрических импульсов поступать из всех счетчиков в систему для ее накопления, хранения и обработки. Такую АСКУЭ, несмотря на то, что она строится, как правило, из совокупности конструктивно обособленных и территориально разнесенных функционально законченных элементов, можно назвать сильносвязанной - по существу она представляет собой один большой многоканальный счетчик. При сбоях счетчиков-датчиков, при неисправности измерительных каналов или помехах в них, при пропадании электропитания системы или выходе ее из строя может быть потеряна, без возможности последующего восстановления, как текущая, так и вся ранее накопленная измерительная информация, причем не только по одному счетчику, но и по всей их совокупности.
Можно сказать, что в сильносвязанной АСКУЭ процесс измерения не локализован на нижнем ее уровне - в счетчиках, а распределен по всей ее двухуровневой структуре. При этом полнота, точность и достоверность как промежуточной, так и результирующей измерительной информации в такой АСКУЭ постоянно находится на всех ее уровнях под угрозой метрологических отказов. Поэтому к АСКУЭ данного типа и к ее элементам, включая не только измерительные трансформаторы и счетчики-датчики, но измерительные каналы от последних к специализированным системам, а также сами эту системы, предъявляются обоснованные метрологические требования - системы в целом и их элементы должны иметь утвержденные типы средств измерений, регистрацию в Госреестре средств измерений, проходить метрологические испытания и периодические поверки.
Новый этап в развитии АСКУЭ наступил с появлением современных микропроцессорных многофункциональных электронных счетчиков с цифровыми интерфейсами [8,14]. Хотя первые электронные, точнее говоря, гибридные счетчики - счетчики с электронной, на интегральных элементах схемой измерения электроэнергии и традиционным электромеханическим индикатором - появились в конце 60-х-начале 70-х годов прошлого столетия [15], но эпоха массового их применения началась только в концу столетия. С приходом в АСКУЭ электронных счетчиков с цифровыми интерфейсами ее внешняя структура, хотя и сохранила свой первоначальный двух- или трехуровневый характер, но претерпела качественные изменения (рис.2,а).
|
Назовем новые АСКУЭ цифровыми, поскольку в них на смену числоимпульсному принципу передачи измерительной информации от счетчиков-датчиков пришел цифровой принцип – передача измерительных данных от счетчиков посредством чисел (цифр) позиционных систем счисления, в частности, двоичных чисел (рис.2,б).Заметим, что числоимпульсная передача также может рассматриваться как примитивная, вырожденная разновидность цифрового способа представления данных посредством системы счисления с основанием "единица", т.е. унитарным кодом, или последовательностью единиц.
Главное в цифровых АСКУЭ с метрологических позиций – это то, что измерительная информация стала неопределенно долго храниться в точке учета – в самом электронном счетчике, в его энергонезависимой памяти, причем в цифровом формате с фиксированной точностью. Неограниченный доступ к этой информации стал возможен по цифровому интерфейсу, не снижающему ее точность и достоверность при передаче на верхние уровни. С появлением базы данных (БД), длительно хранимой в счетчике, и метода доступа к этой базе посредством протокола цифрового интерфейса, исчезает в прежнем понимании измерительный канал. Точнее говоря, измерительный канал в цифровой АСКУЭ распространяется от фидера через масштабные преобразователи до счетчика и его цифрового выхода. Выше счетчика измерительный канал перестает существовать, превращаясь в обычный канал связи для передачи любой цифровой информации, включая, в частности, и измерительную. По этому каналу можно неоднократно обращаться к одним и тем же измерительным данным, хранящимся в БД счетчика, перепроверяя многократно их значения и практически исключая влияние канала связи на передаваемую информацию. Точность данных определяется только классом точности самого счетчика (и масштабных преобразователей, если счетчик присоединен к питающему фидеру через них), а с учетом его внутренней структуры – предельными погрешностями входных цепей (шунтов, трансформаторов) и аналого-цифровых преобразователей измерительных элементов счетчика, а также аппаратно-программной разрядностью двоичной сетки, в которой ведутся все промежуточные цифровые вычисления и хранятся результаты измерений.
Можно сказать, что цифровые АСКУЭ, содержащие на нижнем уровне масштабные преобразователи и электронные счетчики с цифровыми интерфейсами, УСПД на промежуточном и компьютер со специализированным программным обеспечением на верхнем уровне, а также соответствующие каналы связи между уровнями, являются слабосвязанными системами. Если базы данных счетчиков периодически (или даже эпизодически) реплицируются через каналы связи в базы данных УСПД и компьютера, то достоверным источником результирующей измерительной информации может быть любой из указанных трех уровней. Информация каждого уровня идентична, по определению, информации всех остальных уровней за весь период времени, в котором была выполнена указанная репликация баз данных. Если за какой-то интервал времени не было по тем или иным причинам сбора данных с нижнего уровня АСКУЭ на верхние уровни, то такой сбор может быть выполнен в любой другой интервал времени, причем с полной гарантией получения всех ранее накопленных в счетчиках данных (конечно, за исключением очень редкого случая отказа самого счетчика). В цифровой АСКУЭ все прямые измерения принципиально сосредоточены только на ее нижнем уровне в счетчиках. Верхние уровни производят не измерения, а вычисления с использованием цифровых измерительных данных нижнего уровня фиксированной точности.
Постановка проблемы
Появление класса современных цифровых АСКУЭ происходит в окружении устаревшего метрологического обеспечения измерительных систем, сформировавшегося в уходящую эпоху систем с аналоговой и числоимпульсной передачей измерительных данных. Новые реалии электроэнергетики, связанные с реструктуризацией энергосистем, образованием оптового и розничного рынка электроэнергии, появлением множества субъектов рынка электроэнергии, для которых необходимо создавать масштабные и дорогостоящие цифровые АСКУЭ, пришли в конфликт со старой метрологией.
Казалось бы, что новые подходы в создании измерительных систем следовало бы сопроводить и новыми метрологическими разработками. На практике же, наоборот, решили реанимировать старый набор метрологических документов созданный для прежних измерительных информационных систем, распространив его, в том числе, и на цифровые АСКУЭ [16]. Желание метрологов, работающих, в частности, с НП АТС» на электроэнергетическом рынке России, возродить устаревшие подходы дошло до того, что они настояли на замене сложившегося за последние 25 лет и понятного всеми термина АСКУЭ» на новый и менее благозвучный термин АИИС КУЭ» – автоматизированные измерительные информационные системы коммерческого учета электроэнергии [17]. Аргумент в пользу такой замены был один – по ИИС имеется наработанная метрологическая база, а по АСКУЭ такой базы нет, ее еще надо создавать, а потому защитим потребителя с помощью метрологического обеспечения ИИС». Ну, что же, - защитили»...
Сохранение требований старой метрологии применительно к цифровым АСКУЭ приводит к значительным издержкам государственных и частных организаций при создании и эксплуатации таких систем. Тратятся значительные людские, временные и финансовые ресурсы на утверждение единичных типов средств измерений, на метрологические испытания и поверки там, где они, по существу, не нужны. Создаются и поверяются широкомасштабные АСКУЭ, содержащие десятки, сотни УСПД и сотни, тысячи счетчиков, которые в процессе эксплуатации подвергаются постоянной, чуть ли не ежедневной, программно-аппаратной модернизации и расширению количества точек учета. По букве метрологического закона всякое изменение в системе требует новых испытаний и поверок, которые становятся бесконечными, но ничего нового и полезного не дают, создавая лишь иллюзию государственного обеспечения единства измерений. Проведенные независимые испытания средств измерений различных российских и зарубежных изготовителей (измерительных трансформаторов тока и электронных счетчиков с цифровыми интерфейсами), включенных в Госреестр как России, так и Беларуси, выявили их значительные несоответствия стандартам и современным требованиям энергетики [18,19]. Трудно с такой техникой и сложившимся к ней отношением со стороны метрологических служб и организаций обеспечивать реальное единство измерений.
Одна из главных метрологических проблем связана с определением практических границ применения метрологии, т.е. разумных пределов, ограничивающих ее необоснованную экспансию в тех или иных приложениях. Если развитие теоретической метрологии затрагивает интересы только узкого круга специалистов, то законодательная и практическая метрология касаются, наоборот, очень многих людей и организаций. Метрологическая политика должна соответствовать не вчерашнему, а достигнутому сегодня и прогнозируемому на завтра уровню техники и технологий. Эта политика должна реализовываться по принципу бритвы Оккама: Ничего сверх необходимого». Затраты на метрологическое обеспечение конкретных измерений и создание масштабных измерительных систем должны быть эффективны и оправданы, способствовать действительному обеспечению единства измерений, а не носить благотворительный для метрологических организаций характер.
В области метрологии цифровых АСКУЭ, а также во многих других аналогичных приложениях, актуальна задача определения того, где же реально кончается измерение и начинается некий иной процесс, не требующий уже вмешательства законодательной и практической метрологии. Часто результат измерения участвует в бесчисленном количестве цепочек машинных преобразований, проводимых за тысячи километров от тех точек, в которых были получены измерения. Простой пример этому – территориально-распределенные корпоративные вычислительные сети и интернет. В рамках какого же пространства - времени и каких условий должна сохраняться всесильная власть метрологии?
Прежде, чем приступить к ответу на поставленные вопросы, рассмотрим некоторые ключевые понятия метрологии.
Об основных понятиях метрологии
Современные основные термины и определения понятий в области метрологии, рекомендуемые для применения во всех видах документации, научно-технической, учебной и справочной литературе по метрологии, установлены в документе РМГ 29-99[20] (некоторые ключевые определения этих рекомендаций приведены в приложении к статье), введенном в действие с 1.01.2001г. взамен ГОСТ 16263-70 [21].
Метрология определяется как наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Поэтому базовым понятием метрологии является понятие "измерение", которое в ГОСТ 16263-70 определялось как "нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств". Столь расплывчатое, всеохватывающее определение породило в 70-х - 90-х годах на страницах журнала "Измерительная техника" ожесточенную полемику относительно того, как надо понимать термины "измерение", "контроль", "физическая величина" и другие категории метрологии [22-26]. Полезно вспомнить некоторые положения тех теоретических дискуссий.
В работе [22], которая отстаивала традиционное понимание измерения в борьбе с новомодными "обобщенными измерениями", или теориями шкал, отмечается, что "имеется выраженная тенденция к обобщению понятия "измерение"... под измерением понимают не только "измерение" в собственном смысле слова, но и ряд других близких к нему процедур... расширенное толкование измерений произошло из желания обобщить измерения как познавательную процедуру, направленную на представление предметов числами ... ни в одной из известных нам работ не удалось обнаружить обоснований целесообразности распространения понятий "измерение" на любые процедуры представления объектов числами ... "арифметизация" - вот подходящий термин для обозначения любых операций представления объектов числами. Но применение термина "измерение" к этим операциям кроме путаницы ничего дать не может". Таким образом, автор предостерегает от необоснованного расширения понятия измерения на любые операции приписывания чисел объектам материального мира - операции арифметизации. Хотя измерение и есть числовое представление физических величин, но не всякое числовое представление есть измерение. В другой, более поздней работе [23] этот же автор резюмирует: "Тот факт, что в обоих случаях результат выражается числом, сам по себе не требует единой теории операций обоих видов (измерения и шкалирования - Г.А.Л.). Ведь результат расчета прочности моста, например, тоже выражается числом, но расчет в этой и других подобных работах к "измерению" не относят...имеется явная необходимость ограничить степень обобщения понятия "измерение" исходя из пользы, научной и практической... ".
В предисловии к другой дискуссионной статье [24], редакция журнала "Измерительная техника" выражала "свою озабоченность неопределенностью ряда понятий в метрологии и навязываемой "экспансией" метрологических терминов в сферу испытаний продукции ... из определения понятия "измерение" исчезла его сущность - сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу ... контроль не является разновидностью измерения... ". В данном случае, опять же из-за отсутствия четкого определения и общепринятого понимания термина "измерение", произошла путаница между близкими понятиями - "измерение", "контроль", "сравнение". Любое измерение есть процесс сравнения с единицей измерения, контроль может рассматриваться как частный случай измерения (когда не требуется знать конкретные значения физических величин, а только их отношения типа "больше", "меньше" или "равно"), но не каждая операция сравнения или контроля является операцией измерения.
В работе [25] дается общая оценка метрологических дискуссий, которые продолжались вокруг категорий метрологии десятилетиями, периодически то вспыхивая, то затухая. Автор отмечает, что "Метрология переживает трудный период переоценки своих фундаментальных понятий. "Физическая величина", "измерение", "контроль", "метрологическое обеспечение" - вот далеко не полный перечень давно внедренных в ее обиход понятий, ставших "горячими" объектами ... Метрология как наука появилась для решения насущных запросов производства. Стремительное развитие метрологии привело к дефициту внимания к своим собственным философско-методологическим основам. Это сказалось, в первую очередь, на формировании ее основных понятий. Идеологи частных направлений метрологии стремились прежде всего отразить в разрабатываемых ими понятиях свои научные интересы, свое видение предмета исследований...Наше устойчивое равнодушие к методологическим основаниям предмета исследований заставляет нас многократно возвращаться к нему же без видимого продвижения вперед ... ситуацию, требующую пересмотра и обновления терминологической системы в целом переживает сейчас метрология..."
Следует привести полезные замечания еще одного автора [26], который критически анализируя новый международный словарь терминов метрологии, отмечает, что "Границы распространения метрологии полностью зависят от того содержания, которое вкладывается в понятие "измерение"... Определение понятия "измерения" дано слишком широко и охватывает как измерения, так и вычисления. Кроме того, под измерение подпадают любые действия, связанные с приписыванием числа ... метрология оперирует результатами, полученными экспериментально, т.е. путем измерений, а не вычислений. Следовательно, чрезмерная широта определения понятия "измерение", включенного в словарь, вообще выходит за рамки распространения метрологии... определение понятия следует пересмотреть в сторону его суживания ... процедуру по приписыванию числа величине без сопоставления ее с единицей, нельзя назвать измерением. Эту процедуру правильнее назвать оцениванием... Необходимо закрепить термин "измерение" только применительно к измеримым величинам, т.е. к физическим величинам, для которых создана единица... ".
Завершая этот краткий исторический экскурс, следует отметить, что в рассмотренных работах речь шла о попытках необоснованной экспансии метрологии в соседние области - в теорию шкал, в процедуры сравнения, контроля и испытаний, в вычислительную математику и технику. Формальным поводом для таких попыток стало слишком широкое в рамках [21] определение понятия "измерение". Рекомендации [20] во многом (но не в полной мере) устраняют прежние недостатки, определяя, в частности, измерение как "совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины». В этом определении измерение сужается с прежнего процесса "нахождения значения физической величины опытным путем", безразлично каким, до более узкого и определенного процесса нахождения значения физической величины путем ее соотнесения с единицей измерения, хранимой в техническом средстве измерений. Под значением физической величины подразумевается "выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц", а под ее числовым значением - "отвлеченное число, входящее в значение величины".
Важны определения четырех видов измерения, различающихся характером его уравнения: а) прямое измерение - "измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно", б) косвенное измерение - "определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной", в) совокупные измерения - "проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях", г) совместные измерения - "проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними". Рекомендации [20] разъясняют, что "термин прямое измерение возник как противоположный термину косвенное измерение. Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей". Основные уравнения для рассмотренных видов измерения имеют следующий вид: 1) для прямого измерения - Q=q [Q], где Q - измеряемая физическая величина, q - ее числовое значение, [Q] - размерность единицы величины, 2) для косвенного измерения - Q=f(Х,Y), где Х и Y - непосредственно измеряемые величины, связанные с искомой измеряемой величиной Q известной функциональной зависимостью f, 3) для совокупных измерений - Y=SсjQj , где Y и Q – совокупно измеряемые величины, а cj=0,±1 - коэффициенты, 4) для совместных измерений - Y=f(Х), где Х и Y – совместно измеряемые величины, а f неизвестна. В косвенном, совместных и совокупных измерениях всегда присутствуют, помимо операций прямого измерения, вычислительные операции.
О метрологии измерительных систем
Рекомендации [20] расплывчато определяют измерительную систему (ИС) как "совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях". В зависимости от назначения ИС разделяют на измерительные информационные (ИИС), измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др. Заметим, что по определению ИС содержит помимо средств измерений и другие технические средства, т.е. средства не измерительного назначения, в частности, ЭВМ.
Метрологическое обеспечение ИС регламентирует ГОСТ Р 8.596-2002, введенный в действие с 30.09.2002 г. взамен МИ 2438-97 [16]. Этот стандарт распространяется на ИС двух видов: а) ИC-1 - системы, выпускаемые изготовителем как законченные укомплектованные изделия с эксплуатационной документацией, содержащей нормированные метрологические характеристики измерительных каналов, б) ИС-2 - системы, проектируемые для конкретных объектов из компонентов различных ИС различных изготовителей с приемкой системы в целом как законченного изделия непосредственно на объекте эксплуатации, причем нормирование ее метрологических характеристик должно производиться в соответствии с проектной документацией и эксплуатационной документацией на ее компоненты. Разрешается выделение на функциональном уровне измерительной системы, в случае ее использования в более сложных структурах, таких, например, ИИС.
Данный стандарт дает несколько иное, чем рекомендации [20], и более детальное определение ИС: "ИС - совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы (ИК), и вспомогательных устройств (компонентов измерительных систем), функционирующих как единое целое, предназначенная для: получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние; машинной обработки результатов измерений; регистрации и индикации результатов измерений и результатов их машинной обработки; преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях".
Сам измерительный канал ИС определяется как "конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого - функция измеряемой величины". В примечаниях отмечается, что "ИК каналы могут быть простыми и сложными. В простом ИК реализуется прямой метод измерений путем последовательных измерительных преобразований. Сложный ИК в первичной части представляет собой совокупность нескольких простых ИК, сигналы с выхода которых используются для получения результата косвенных, совокупных или совместных измерений... ".
Важны определения компонентов ИС: 1) "компонент ИС - входящее в состав ИС техническое устройство, выполняющее одну из функций, предусмотренных процессом измерений (в соответствии с этими функциями компоненты подразделяют на измерительные, связующие, вычислительные, комплексные и вспомогательные)", 2) "измерительный компонент ИС - средство измерения, для которого отдельно нормированы метрологические характеристики, например, измерительный прибор, измерительный преобразователь, мера", 3) "связующий компонент ИС - техническое устройство или часть окружающей среды, предназначенное или используемое для передачи с минимально возможными искажениями сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента ИС к другому", 4) "вычислительный компонент ИС - цифровое вычислительное устройство (или его часть) с программным обеспечением, выполняющее вычисления результатов прямых, косвенных, совместных или совокупных измерений по результатам первичных измерительных преобразований в ИС, а также логические операции и управление работой ИС", 5) "комплексный компонент ИС - конструктивно объединенная или территориально локализованная совокупность компонентов, составляющая часть ИС, завершающая, как правило, измерительные преобразования, вычислительные и логические операции, предусмотренные процессом измерений и алгоритмом обработки результатов измерений в иных целях, а также выработки выходных сигналов системы", 6) "вспомогательный компонент ИС- техническое устройство, обеспечивающее нормальное функционирование ИС, но не участвующее непосредственно в измерительных преобразованиях".
Стандарт устанавливает, что ИС являются разновидностью средств измерений и на них распространяются все общие требования к средствам измерения. Метрологическое обеспечение ИС включает в себя, в частности, следующие виды деятельности: нормирование и расчет метрологических характеристик (МХ) ИК (для каждого ИК, а при необходимости для комплексных и измерительных компонентов ИС), испытания ИС с целью утверждения типа, утверждение типа ИС и испытания на соответствие утвержденному типу, сертификация ИС, поверка и калибровка ИС. Для программ, реализуемых вычислительным компонентом ИС, если свойства этих программ не учтены при нормировании МХ соответствующих измерительных компонентов, нормируются характеристики погрешности вычислений, обусловленной алгоритмом вычислений и его программной реализацией, а при необходимости также и другие характеристики с учетом особенностей вычислительного компонента, которые влияют на характеристики составляющей погрешности ИК, вносимой программой обработки результата измерений. Для связующих компонентов ИС нормируют такие характеристики, которые либо обеспечивают пренебрежимо малое значение составляющей погрешности ИК, вносимой связующим компонентом, либо позволяют определить значение этой составляющей. Нормирование МХ измерительных, связующих, вычислительных и комплексных компонент ИС порождает с неизбежностью все остальные высокозатратные виды метрологической деятельности – испытания, калибровку, утверждение типа, сертификацию.
Трудоемкость и стоимость метрологических услуг при создании ИС существенно зависят от того, что метрологи вкладывают в понимание измерительного канала и измерительных процедур или, в конечном счете, в понимание самого процесса измерения в конкретном приложении. В зависимости от этого понимания, в той или иной ИС потребуется обеспечить МХ либо для очень ограниченного круга ее компонентов (например, только для ПИП заводского изготовления – в этом случае затраты на создание ИС минимизируются), либо, наоборот, для системы в целом (а именно такой подход преобладает на практике!), независимо от того, что она содержит подавляющее количество компонентов (связных, вычислительных, вспомогательных, комплексных), которые, говоря вольным языком, притянуты к измерению за уши», т.е. не имеют к метрологии никакого отношения. Из вышерассмотренных определений [16] уже следует, что процесс измерения в ИС понимается слишком широко, включая в себя процессы связи, вычислений и другие. Да, эти процессы имеют место в ИС, но всегда ли в них должна вмешиваться метрология? Ведь не говорим же мы о метрологической аттестации компьютера или калькулятора (эти приборы не являются средствами измерения), хотя точность выполнения ими вычислений для нас важна. Не говорим мы и о метрологии такого распространенного средства передачи данных (кстати, и измерительных, в том числе), как модем. Подобных примеров можно привести множество.
Произвол в расширенном толковании понятия измерения» и основанной на нем экспансии метрологии, существующей, как показано выше, на протяжении десятилетий, объясняется и тем, что ни один метрологический документ даже не делает попытки прояснить вопрос: где же и чем должно закачиваться измерение? Хотя ответ на него лежит на поверхности.
Где же кончается измерение?
В современных цифровых АСКУЭ существует множество способов определения измеряемых величин электроэнергии (и мощности) на различных интервалах времени и, в частности, за отчетный период (месяц, год). Один из распространенных способов основан на использовании суточных почасовых графиков нагрузки, или профилей нагрузки, которые фиксирует в своей памяти электронный счетчик и хранит, как правило, несколько месяцев, а то и годы. Профили формируются в процессе измерения из усредненных значений энергии за более короткие интервалы времени (например, 3 мин или меньше) путем вычислительных операций – суммированием 3-минутных приращений. Если DЕ3jkl – 3-минутное приращение за j-й 3-минутный интервал k-го часа l-х суток конкретного месяца (j=1,…,20; k=0,…,23; l=1,…,31), то DЕ60kl=SDЕ3jkl – часовой расход энергии за k-час l-суток, а DЕмес= SSDЕ60kl – искомый месячный расход. Примем, что в рассмотренной цепочке измерений результатом прямого измерения является DЕ3jkl (на самом деле, это результат косвенного измерения), а DЕ60kl и DЕмес – результаты косвенного измерения, точнее, вычислений.
Каждое из указанных значений энергии (DЕ3, DЕ60,DЕмес) формируется в счетчике в виде десятичного числа определенной значности в формате с фиксированной или плавающей точкой, но, в то же время, доступно через цифрой интерфейс на среднем и верхнем уровне АСКУЭ, где все вышеуказанные операции могут быть воспроизведены с заданной точностью в УСПД и/или ПК (см. рис.2). Ясно, что все интервальные значения электроэнергии, полученные на выходе счетчика, независимо от способа их формирования внутри счетчика, относятся к результатам измерения, а сам счетчик является средством измерения, со всеми вытекающими из этого факта метрологическими последствиями (основанием для такого вывода служит функциональная и конструктивная целостность счетчика).
Но первый вопрос – являются ли значения DЕ60 и DЕмес, вычисленные вне счетчика другими техническими средствами по результатам измерений DЕ3 счетчика, продуктом процесса измерения или вычисления? Если принять, что любые вычисления, производимые техническими средствами, и их результаты, в которых хотя бы одно из исходных чисел является результатом измерения, также относятся к процессу и результату измерения (а именно так общо и понимается большинством метрологов косвенное измерение), то ответ на поставленный вопрос ясен. В этом случае автоматически УСПД и ПК превращаются в средства измерения с соответствующими последствиями. Остается только выяснить: а как же эти вычисления согласуются с определением самого понятия измерение»? Да, как только вычисления отрываются от процесса измерения и выносятся за пределы средства измерения, то понятие косвенное измерение» теряет фундамент. Вспомним, к тому же, сколько существует в мире констант, которые были когда-то предметом измерения (например, энергетический эквивалент теплоты). И что же, теперь все вычисления с этими константами будем полагать за измерение и метрологически аттестовывать?
Второй вопрос – являются ли значения DЕ3, DЕ60 и DЕмес, полученные УСПД и/или ПК на верхнем уровне цифровой АСКУЭ продуктом процесса измерения или передачи? Опять же, если принять, что любое техническое средство, в которое передается и в котором хранится результат измерения, автоматически становится средством измерения, то ответ ясен. Тогда и УСПД, и ПК вновь становятся средствами измерения. Только при чем здесь процесс измерения?
Таким образом, становится очевидным, что существующая метрологическая терминология и стандарты по ИС, созданные в те годы, когда измерительные средства строились из-за технологических ограничений по принципу сильносвязанных систем, в которых измерительные операции были размазаны» по элементам систем, а связь между этими элементами осуществлялась не в цифровом виде, а посредством аналоговых и дискретных сигналов, пришли в противоречие с новой действительностью. В современных цифровых системах, включая, как частный случай, цифровые АСКУЭ, все измерительные операции (и необходимые вычислительные) сосредоточены в интеллектуальных ПИП, а другие, не измерительные операции - вычисления, сравнения, выборки, передачи, хранения и т.д. - вынесены за пределы ПИП в специализированные системы (контроллеры) или компьютеры, причем связь между этими частями сложных (слабосвязанных) систем производится по цифровым интерфейсам с передачей измерительных и неизмерительных данных в виде чисел фиксированной точности. Прежние метрологические понятия перестают работать» на новых системах, порождая метрологические противоречия, метрологический беспредел и неоправданные метрологические издержки государства и общества при создании масштабных и дорогостоящих измерительных систем.
А теперь ответим на вопрос, поставленный выше в заголовке. Ответ, кстати, лежит в самом определении понятия измерение». Измерение кончается там и тогда, где и когда появляется как результат измерения число. Не сигнал, аналоговый или дискретный, не код, а именно число! Тонкость заключается в том, что это должно быть не любое число, а рациональное число с фиксированной точностью, представленное в позиционной системе счисления (как правило, двоичной или десятичной для существующих вычислительных средств). Точность представления численного результата измерения должна соответствовать классу точности измерительных средств или предельной относительной погрешности измерительного канала, в который входят эти средства. Такое представление результата измерения позволяет выполнять все последующие вычисления по получению производных результатов измерения (в нашем примере – это DЕ60 и DЕмес) за счет вычислительных операций арифметики ограниченной точности, производимых в технических средствах не измерительного назначения [27].
Там, где появляется такое число, должно закончиться измерение, должен закончиться измерительный канал, а вместе с ними - и власть метрологии. Требования же по точности дальнейших вычислений (не измерений!) должны быть предметом вычислительной техники, а не метрологии. На практике требования по точности любых вычислений легко, с большим запасом реализуются за счет выбора соответствующей разрядной сетки для представления исходных чисел (в том числе и результатов измерений), промежуточных чисел и результатов вычислений, способов и форматов представления чисел (с фиксированной или плавающей точкой) и методов округлений результатов вычислений. Отделив, там, где это возможно, средства и операции вычислений от средств и операций измерения, можно более эффективно решать насущные проблемы самой метрологии.
Вспомним, что понятие числа возникло именно из потребностей счета и измерений. Счет, как операция сопоставления объектов конкретного множества объектам эталонного множества, стал источником понятия натурального числа и привел к появлению вычислений - арифметических действий сложения, вычитания, умножения и деления [28]. Исторически первое расширение понятия числа произошло как следствие измерений – сравнения какой-либо величины (например, длины) с другой, качественно однородной с ней и принятой за единицу измерения. Это сравнение осуществлялось специфической операцией откладывания» единицы измерения на измеряемой величине и счета таких откладываний, что и привело к появлению дробных чисел в тех случаях, когда остаток сравнения был меньше единицы. Целые и дробные числа (положительные, отрицательные и нуль) образуют множество рациональных чисел, которое замкнуто по отношению к арифметическим действиям, упорядочено в отношениях порядка больше» и меньше» и обладает свойством плотности, что позволяет осуществлять при помощи этих чисел вычисления и измерения с любой степенью точности.
Счет решает проблемы количественной идентификации множества дискретных объектов, а измерение – количественной идентификации непрерывных качеств этих объектов. С созданием масштабных вычислительных сетей и сетей передачи данных процессы аналого-цифровых измерений и цифровых вычислений, дополняя друг друга, начинают, тем не менее, развиваться самостоятельно. Метрология не должна пытаться подмять» под себя область цифровых вычислений, в которой действуют свои цели, но должна переопределить собственную терминологию и методы под новые условия создаваемого цифрового мира.
О метрологических особенностях цифровых АСКУЭ
Цифровые АСКУЭ относятся к классу измерительных информационных систем. Эти системы могут производить как моноресурсный энергоучет, т.е. учет по какому-то одному виду энергоносителей, например, по электроэнергии, так и комплексный – по ряду энергоносителей одновременно, например, по газу, воде, тепловой энергии и т.д. Рассмотрим для простоты АСКУЭ по электроэнергии, которая реализует прямые и косвенные измерения количества электроэнергии, мощности и ряда других параметров электроэнергии через свою, как правило, 3-уровневую структуру, содержащую множество электронных счетчиков, УСПД, ПК и каналов связи между элементами этой структуры (см.рис.2).
Выше в качестве примера приведена задача вычисления в рамках АСКУЭ количества энергии за часовой DЕ60 и месячный DЕмес периоды времени на основе 3-минутных приращений энергии DЕ3, измеренной счетчиком в одной конкретной точке учета. Акцент был сделан на вычислительный (не измерительный) характер операций. Сейчас же акцент сделаем на то, что эти операции производятся с привязкой к шкале времени того или иного технического средства. Если рассматриваемая задача целиком реализуется в рамках счетчика, то все вычисления привязываются к шкале времени данного счетчика с четкой фиксацией начала и конца соответствующего временного интервала. Поскольку АСКУЭ реализует одновременно измерение и учет не по одному счетчику, а по их совокупности, то, очевидно, что, в целях достижения единства измерений, шкалы времени разных счетчиков должны совпадать.
Таким образом, в АСКУЭ должны производиться синхронные измерения. Заметим, что эти измерения не имеют никакого отношения ни к совокупным (хотя и осуществляются измерения однородных величин, но функция закона измерения известна априорно), ни к совместным (где измеряются неоднородные величины). Метрологии еще предстоит выработать свое отношение к такого рода измерениям. На практике синхронность обеспечивается за счет синхронизации часов каждого счетчика от источника сигналов точного времени (непосредственно или через промежуточное передающее устройство). Точность хода часов счетчика определяется стабильностью частоты встроенного в счетчик генератора импульсов секундного или субсекундного диапазона (все остальные интервалы времени формируются путем вычислительных операций над базовым интервалом). Важно понять (вопреки бытующему мнению), что наличие в счетчике генератора меток времени (часов) не превращает счетчик в средство измерения времени. Да, счетчик содержит единицу времени (необходимое, но не достаточное условие для средства измерения!), но не выполняет измерение каких-либо произвольных интервалов времени, собственно, как и любой другой генератор временных меток. Просто измерительные данные привязываются» к временной сетке, и погрешность этой сетки можно рассматривать для счетчика как влияющий фактор.
Передача результатов измерений со счетчиков на верхние уровни АСКУЭ в УСПД и ПК может производиться как с привязкой этих данных к временной шкале каждого счетчика (или их совокупности при наличии синхронизации), так и с привязкой к временным шкалам УСПД и/или ПК, что упрощает передачу данных и их объем. В последнем случае речь идет не только о синхронизации временных шкал счетчиков, но и одновременно - временных шкал УСПД и ПК. Если все элементы АСКУЭ синхронизированы, то можно считать, что все измерения в цифровых АСКУЭ закончены на ее нижнем уровне – в счетчиках. Все же вычисления на уровне УСПД или ПК следует относить, как показано выше, уже не к метрологии, а к вычислительной технике (арифметике ограниченной точности). Следовательно, как тип средства измерения должен быть утвержден только счетчик, но не УСПД и не ПК с программным обеспечением АСКУЭ. Последние элементы должны иметь сертификаты на их соответствие установленным требованиям, но не должны подвергаться метрологическим испытаниям и поверкам.
Может возникнуть вопрос – а что делать в АСКУЭ с каналами связи? Каналы связи предназначены для передачи цифровых данных, длительное время хранящихся в базах данных технических средств нижнего уровня АСКУЭ (счетчиках, УСПД). Какими бы плохими каналы связи ни были (конечно, они должны работать, позволять передавать и принимать данные, обнаруживать ошибки и т.д.), возможность многократных запросов, получения и верификации данных гарантирует на верхнем уровне их полное, без потери точности соответствие данным нижнего уровня. Поэтому нет никаких оснований требовать в цифровых АСКУЭ какой-либо метрологической аттестации каналов связи.
Заключение
В данной работе поставлены острые проблемы по метрологии цифровых АСКУЭ и цифровых измерительных систем в целом, а также намечены общие подходы к их решению. Сегодняшняя метрология должна учитывать совершающийся процесс перехода от аналогового мира к цифровому в области познания действительности и, в частности, в области измерений. Необходимо привести законодательную и практическую метрологию в соответствие с действительностью и убрать необоснованные метрологические требования при создании цифровых измерительных систем и, в частности, цифровых АСКУЭ.
Литература
1. Нейгел Т. Автоматизированное снятие показаний счетчиков в системах коммунального водоснабжения. – Электроника, №4,1986.
2. Автоматический опрос счетчиков расхода электроэнергии, газа и воды по телефону. Электроника, №18, 1969.
3. Дистанционное измерение показаний бытовых счетчиков. – Электроника, №8, 1980.
4. Дистанционное считывание показаний счетчиков коммунальных служб по телефонным линиям без посылки вызова абонентам. – Электроника, №2, 1983.
5. Каррен Л. Решение проблемы считывания показаний счетчиков. – Электроника, №9, 1991.
6. Баумс А.К., Гуртовцев А.Л., Зазнова Н.Е. Микропроцессорные средства. – Рига: Зинатне, 1977.
7. Гуртовцев А.Л. О происхождении и значениях термина АСКУЭ». – Промышленные АСУ и контроллеры, №7, 2003.
8. Гуртовцев А.Л. Современные принципы автоматизации энергоучета в энергосистемах. - Новости электротехники, №1, №2, 2003.
9. Антоневич В.Ф., Гуртовцев А.Л., Гурчик М.Е., Забелло Е.П. Анализ вычислительных функций микропроцессорной информационно-измерительной системы учета и контроля электроэнергии. Электромеханика, №12, 1984.
10. Гуртовцев А.Л., Мельников Б.С., Горелик Д.Г. Погрешности накопления измерительной информации в системах учета и контроля энергии – Измерительная техника, №12, 1984.
11. Забелло Е.П. Уменьшение погрешности измерений при дистанционном учете и контроле электропотребления. - Измерительная техника, №9,1987.
12. Зыкин Ф.А., Каханович В.С. Измерение и учет электрической энергии. - М.: Энергоиздат,1982.
13. Гуртовцев А.Л. Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных объектах. – Современные технологии автоматизации, №3, 1999.
14. Гуртовцев А.Л. Правила приборного учета электроэнергии. – Новости электротехники , №6, 2004.
15. Переход Японии на электронные счетчики ватт-часов. – Электроника, №1, 1976.
16. ГОСТ Р 8.596-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения». Госстандарт России : М., 2002.
17. Гуртовцев А.Л. Новая конференция по АСКУЭ – проблемы старые. – Интернет, сайт www.izmerenie.ru, 2005.
18. Гуртовцев А.Л., Бордаев В.В., Чижонок В.И. Измерительные трансформаторы тока на 0,4 кВ: испытания, выбор, применение. - Новости электротехники, №1, №2, 2004.
19.Гуртовцев А.Л., Бордаев В.В., Чижонок В.И. Электронные электросчетчики. Доверять или проверять. - Новости электротехники, №1, №2, 2005.
20. РМГ 29-99 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения» - Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, Минск, 2002.
21. ГОСТ 16263-70 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения»: Переиздание - Госкомитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам: М., 1991.
22. Земельман М.А. О понятии "измерение" и его обобщениях. - Измерительная техника, №2, 1985.
23. Земельман М.А. К вопросу о понятии "измерение". - Измерительная техника, №2, 1988.
24. Марков Н.Н. О терминах "измерение" и "контроль", их определении и понимании.
- Измерительная техника, №1, 1988.
25. Болычевцев А.Д. О категориях метрологии и их трактовках. - Измерительная техника, №5, 1990.
26. Селиванов М.Н. О соотношении понятий "метрология", "величина" и "измерение". - Измерительная техника, №2, 1992.
27. Гуртовцев А.Л., Гудыменко С.В. Программы для микропроцессоров. – Минск: Вышэйшая шк., 1989.
28. Математический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1988.
Приложение. Ключевые термины и определения метрологии
Физическая величина (ФВ, величина) – одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них (различают размер, значение, числовое значение, истинное значение, действительное значение физической величины и другие ее атрибуты).
Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину (может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений).
Действительное значение физической величины – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.
Единица измерений (единица) – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин (различают основную, производную, системную, внесистемную, когерентную, кратную, дольную единицы).
Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (различают равноточные, неравноточные, многократные, статические, динамические, абсолютные, относительные, прямые, косвенные, совокупные, совместные измерения). Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В противоположность прямому, косвенное измерение, или косвенный метод измерения, – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
Измерительный сигнал – сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.
Измерительная информация – информация о значениях физических величин.
Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Техническое средство делают средством измерения его свойства воспроизводить единицу физической величины, сохраняя неизменным ее размер (различают рабочее, основное, вспомогательное, стандартизованное, не стандартизованное, автоматическое, автоматизированное средство). Рабочее средство измерения – средство, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.
Измерительная цепь (измерительный канал) – совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа до выхода.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (различают показывающие, регистрирующие, интегрирующие, суммирующие, прямого действия и сравнения, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие приборы).
Измерительный преобразователь (ИП) – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
Первичный измерительный преобразователь (ПИП) – измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т.е. первый преобразователь в измерительной цепи измерительного прибора.
Датчик – конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы.
Измерительная система (ИС) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях (разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др.).
Тип средства измерений – совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации (средства одного типа могут иметь модификации).
Вид средства измерений – совокупность средств измерений, предназначенных для измерений данной физической величины.
Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.
Методика измерений – установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом (методика регламентируется соответствующим нормативно-техническим документом).
Результат измерения физической величины – значение величины, полученное путем ее измерения (различают неисправленный и исправленный результаты).
Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины (различают систематическую, инструментальную, субъективную, метода, случайную, абсолютную, относительную, статическую, динамическую, предельную, приведенную, дополнительную и другие погрешности).
Точность результата измерений – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешность результата измерения (считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность).
Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.
Класс точности средств измерений – обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
Метрологическая характеристика средства измерений (МХ)- характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность.
Метрологическая исправность средства измерений – состояние средства измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.
Метрологический отказ средства измерений – выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы.
Метрологическая надежность средства измерений – надежность средства измерений в части сохранения его метрологической исправности.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (подразделяют на теоретическую или фундаментальную, законодательную и практическую).
Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.
Обеспечение единства измерений – деятельность метрологических служб, направленная на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с законодательными актами, а также правилами и нормами, установленными государственными стандартами и другими нормативными документами по обеспечению единства измерений.
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) – комплекс нормативных документов межрегионального и межотраслевого уровней, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране, утверждаемых Госстандартом страны.
Метрологическая служба (МС) – служба, создаваемая в соответствии с законодательством для выполнения работ по обеспечению единства измерений и для осуществления метрологического контроля и надзора (различают государственную, государственных органов управления и юридических лиц МС).
Государственный метрологический контроль – деятельность, осуществляемая государственной метрологической службой по утверждению типа средств измерений, поверке средств измерений, по лицензированию деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений.
Государственный метрологический надзор – деятельность, осуществляемая органами государственной метрологической службы по надзору за выпуском, состоянием и применением средств измерений, за аттестованными методиками измерений, соблюдением метрологических правил и норм.
Испытания средств измерений (ИСИ)- обязательные испытания образцов средств измерений в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора с целью утверждения типа средств измерений.
Утверждение типа средств измерений – решение о признании типа средств измерений узаконенным для применения на основании результатов их испытаний государственным научным метрологическим центром или другой специализированной организацией, аккредитованной Госстандартом страны (выдается сертификат об утверждении типа средств измерений).
Поверка средств измерений – установление органом государственной метрологической службы пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям (различают первичную, периодическую, внеочередную, инспекционную, комплектную, поэлементную, выборочную).
Метрологическая экспертиза (МЭ) – анализ и оценивание экспертами-метрологами правильности применения метрологических требований, правил и норм, в первую очередь связанных с единством и точностью измерений.
Метрологическая аттестация средств измерений (МА) – признание метрологической службой узаконенным для применения средства измерений единичного производства на основании тщательных исследований его свойств.
Сертификация продукции – деятельность по подтверждению соответствия продукции установленным требованиям (может быть обязательной и добровольной).
Справка
Статья опубликована в журналах:
Энергия и Менеджмент, №2, 2006 (Беларусь)
Энергетика и ТЭК, №5, 2006 (Беларусь)
Электрические сети и системы, №2, 2007 (Украина)
Промышленная энергетика, №10,2006 (Россия)
Энергорынок , № 6, №7, 2006 (Россия)
Электрика, №10, 2006 (Россия)
Промышленные АСУ и контроллеры, №5, 2007 (Россия)
Энергия: экономика, техника, экология, №8, 2006 (Россия)