Природа процессов метрологического старения средств измерений

Природа процессов метрологического старения средств измерений

Как бы тщательно ни был изготовлен и отрегулирован изме­рительный прибор при выпуске приборостроительным заводом, с течением времени в его элементах и узлах неизбежно проте­кают разнообразные процессы старения и его погрешности не­уклонно возрастают.

       Поэтому единственным практическим способом обеспечения долговременной метрологической работоспособности СИ является обеспечение при выпуске достаточного «запаса на старение», т. е. выпуск приборов с фактической погрешностью, существенно меньшей, чем нормируемый ее предел. Постепенное расходование этого запаса и обеспечивает прибору долговременную метрологи­ческую работоспособность.

Естественно, что время, за которое будет израсходован за­пас начальной погрешности СИ по сравнению с нормированным пределом, зависит не только от величины этого запаса, но и от скорости его расходования.

В условиях эксплуатации любое СИ взаимо­действует со средой, в которой оно находится. В зависимости от вида взаимодействия со средой все разнообразие физических и физико-химических процессов, определяющих старение СИ, мож­но разделить на группы:

1) при изготовлении всех элементов прибора их материал подвергается коренным физическим воздействиям (напылению, травлению, плавке, пайке, штамповке, протяжке, окраске и т. д.), приводящим к появлению внутренних напряжений, нарушениям кристаллической структуры, т. е. к тем или иным механизмам запасания энергии в веществе, с течением времени происходит постепенное высвобождение этих внесенных запасов энергии (рассасываются внутренние напряжения, перемещаются дислока­ции, происходит перекристаллизация, полимеризация материалов, релаксационные процессы в них и т. п.);

2) процессы, вызываемые взаимодействием вещества элемен­тов СИ с окружающей средой (осаждение пыли, влаги, конден­сация паров и газов на поверхности материала — адсорбция, про­никновение внутрь твердого материала—абсорбция и т. п.);

3) процессы, вызываемые колебаниями температуры и дру­гими потоками энергии (растрескивание, усыхание, возгонка ато­мов и молекул с поверхности материала, изменение фазового состояния, флуктуационные изменения межмолекулярных и меж­атомных связей и т. п.).

Наиболее важный вывод, состоит в том, что все эти процессы происходят в основном на молекулярном уровне и не зависят от того, находится ли СИ в эксплуатации или хранится в шкафу. Поэтому часто исполь­зуемое. понятие «наработка во включенном состоянии» для средств измерений не имеет смысла. Приборы подвержены ста­рению практически одинаково как во включенном состоянии, так и при хранении.

Это утверждение подтверждается и экспери­ментально. Представительная группа стрелочных показывающих микроамперметров была подключена к мультивибратору, и в те­чение 6 мес. их стрелки совершали непрерывные колебания на весь диапазон показаний. Контрольная группа аналогичных при­боров находилась рядом в нерабочем состоянии. Тщательная по­верка обеих групп до и после испытательного срока показала, что происшедшее за это время изменение чувствительности обеих групп было одинаковым. У работавших приборов лишь несколь­ко уменьшилась погрешность от трения, так как хорошо отшли­фовались керны и подпятники.

Таким образом, основным фактором, определяющим старе­ние СИ, является не «наработка» во включенном состоянии, а календарное время, прошедшее с момента изготовления, т.е. возраст прибора. Это понятие и термин «возраст» и бу­дет применяться далее при рассмотрении процессов старения СИ.

Скорость старения СИ. Она определяется перечисленными выше процессами, происходящими на молекулярном уровне, за­висит прежде всего от используемых материалов и применяемой технологии изготовления. Поэтому скорость старения как элек­тромеханических, так и электронных приборов определяется устоявшейся технологией их производства и не может быть су­щественно изменена без коренного изменения технологии.

Отсюда параметром, в первую очередь определяющим  долго­временную метрологическую работоспособность СИ и находящим­ся в- распоряжении заводов-изготовителей, является величина запаса нормируемого предела допускаемой погрешности СИ по отношению к ее фактическому значению при выпуске из про­изводства.

В качестве дополнительного параметра, влияющего на ско­рость старения СИ, является значение тем­пературы, при которой происходит старение. При изменении температуры от 20 до 40 °С скорость старения возрастает в 1,4— 1,6 раза. Вследствие этого скорость старения во включенном состоянии может отличаться от скорости старения при хранении лишь тогда, когда рабочее состояние СИ отличается существен­ным повышением его температуры.