ГОСТ 30804.4.2-2013 (IEC 61000-4-2:2008) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний (с Поправкой)

Приложение E (справочное). Обсуждение вопросов неопределенности измерений

Приложение E
(справочное)

Е.1 Общие сведения

Повторяемость результатов испытаний в области электромагнитной совместимости зависит от многих воздействующих факторов, влияющих на результаты испытаний. Воздействующие факторы вызывают ошибки при создании (генерации) физической величины, применяемой при испытаниях (свойства электромагнитной помехи). Эти ошибки могут быть классифицированы как случайные или систематические. Соответствие созданной с применением испытательного оборудования величины, применяемой при испытаниях в области электромагнитной совместимости, количественным параметрам данной величины, установленным в настоящем стандарте, подтверждают проведением ряда измерений (например, измерением времени нарастания импульса осциллографом с аттенюаторами). Результат каждого измерения представляет собой приближение к измеряемой величине, измеренное значение величины может отличаться от истинного значения из-за неопределенности измерений. При испытаниях в области электромагнитной совместимости критическим элементом при определении неопределенности измерений является неопределенность измерений, связанная с калибровкой испытательного оборудования.

Для достижения высокой надежности результатов калибровки необходимо установить источники неопределенности в измерительном оборудовании и заявить о неопределенности измерений.

Е.2 Категории неопределенности

Неопределенность измерений обычно включает в себя две составляющие: составляющую, обусловленную случайными эффектами (далее - составляющая, оцениваемая по типу А), и составляющую, обусловленную систематическими эффектами (далее - составляющая, оцениваемая по типу В). Составляющая неопределенности измерений, вызываемая случайными эффектами, связана с непредсказуемыми воздействиями. Составляющая неопределенности измерений, вызываемая систематическими эффектами, обычно связана с измерительными приборами. Систематические составляющие неопределенности измерений могут быть скорректированы или уменьшены. Случайные составляющие изначально не могут быть скорректированы или уменьшены. В рамках конкретной измерительной системы могут проявляться воздействующие факторы, влияющие на любую из этих составляющих.

Возможны случаи, когда составляющая неопределенности измерений, вызываемая случайными эффектами, связанная с одним методом испытаний, может стать составляющей неопределенности измерений, вызываемой систематическими эффектами для другого метода, в котором применяются результаты первого метода испытаний.

Для того, чтобы избежать путаницы, вместо разделения составляющих неопределенности измерений на вызываемые случайными и систематическими эффектами, применяют разделение составляющих неопределенности на категории A и B по способу оценки их вкладов в неопределенность измерений.

Для оценки вкладов составляющих по типу A в неопределенность измерений применяют статистические методы оценки стандартного отклонения для серии испытаний, учитывая, что эти составляющие обычно подчиняются нормальному распределению вероятностей (см. таблицу Е.1).


Таблица Е.1 - Оценка вкладов составляющих по типу A в неопределенность измерений

Для оценки вкладов составляющих неопределенности измерений по типу B используют другие способы. Эти составляющие обычно связаны с такими эффектами, как рассогласования, потери в кабелях, нелинейные характеристики измерительного оборудования. При анализе значений и распределения вероятностей составляющих типа B неопределенность измерений может оцениваться на основе данных калибровки, технических характеристик измерительного оборудования, установленных изготовителем, или на основании опыта и знаний.

Разделение составляющих неопределенности измерений на оцениваемые по типам A и B не означает, что различается сама природа этих составляющих. Данная классификация основана на оценке их природы. Оба типа составляющих могут оцениваться на основе предположений о распределении вероятностей, и составляющие неопределенности любого типа могут быть охарактеризованы стандартным отклонением.

Е.3 Ограничения

В контексте требований настоящего стандарта применяют следующие ограничения и условия:

- бюджет неопределенности измерений ограничивают составляющими неопределенности, оцениваемыми по типу B (вызываемыми измерительными приборами). Это не означает, что следует игнорировать влияние составляющих неопределенности по типу A, которые должны оцениваться испытательными и калибровочными лабораториями по отдельности для получения более полной картины неопределенности измерений;

- все вклады в неопределенность измерений считают некоррелированными;

- доверительную вероятность принимают равной 95%.

Примечание - Примеры бюджета неопределенности измерений по типу B приведены в таблицах Е.3-Е.5.

Е.4 Расчет неопределенности измерений при оценке по типу B

Стандартную неопределенность для составляющей рассчитывают делением полученного значения составляющей на коэффициент (делитель), зависящий от распределения вероятностей этой составляющей.

Для отдельных случаев распределения вероятностей применяют делители, указанные в таблице Е.2.


Таблица Е.2 - Делители для отдельных случаев распределения вероятностей

Для случаев, когда распределение вероятности неизвестно, по умолчанию принимают равномерное распределение.

Суммарную стандартную неопределенность измерений вычисляют с применением значений стандартной неопределенности составляющих. Для этого необходимо убедиться, что значения всех составляющих выражены в одинаковых единицах, составляющие являются некоррелированными и при расчетах в логарифмическом масштабе объединяются суммированием (выражаются обычно в децибелах).

Однако при калибровке испытательных генераторов электростатических разрядов и измерениях значения составляющих должны быть представлены в процентах.

Значения составляющих рассчитывают по формуле

. (E.1)

Значение суммарной стандартной неопределенности измерений рассчитывают по формуле

, (Е.2)

где - стандартная неопределенность -ой составляющей.

- распределение Стьюдента дает коэффициент охвата (т.е. множитель для суммарной стандартной неопределенности), предполагая, что выходная переменная подчиняется нормальному распределению.

Умножая на коэффициент охвата , получаем значение расширенной неопределенности измерений, обеспечивающей больший доверительный интервал. Коэффициент охвата зависит от числа степеней свободы, вычисленного из отношения неопределенностей, оцениваемого по типам A и B.

Е.5 Составление бюджета неопределенности

Бюджет неопределенности измерений представляет собой список возможных источников погрешностей измерений с оценкой их распределения вероятностей.

Вычисление бюджета неопределенности состоит из следующих этапов:

a) определение параметров физической величины, применяемой при испытаниях в области ЭМС (свойства электромагнитной помехи), создаваемой испытательным оборудованием при проведении испытаний на помехоустойчивость;

b) идентификация составляющих неопределенности измерений (вкладов в неопределенность) и их значений;

c) определение распределения вероятности каждой составляющей;

d) вычисление значения стандартной неопределенности для каждой составляющей;

e) вычисление суммарной стандартной неопределенности измерений , коэффициента охвата и расширенной неопределенности измерений ;

f) учет влияния значения расширенной неопределенности измерений при проведении испытаний на помехоустойчивость;

g) указание значения расширенной неопределенности измерений в документах системы менеджмента качества (при необходимости).

В протоколах испытаний на помехоустойчивость, проведенных испытательной лабораторией, значение расширенной неопределенности измерений указывают в тех случаях, если это требуется нормативными документами.

Примеры бюджетов неопределенности измерений с идентификацией составляющих (вкладов) и установлением их значений приведены в Е.6.

Следует отметить, что примеры бюджетов неопределенности измерений приводятся для общего сведения. Калибровочная или испытательная лаборатория должна определить действительный перечень составляющих (вкладов) и их реальные значения для своих установок. Окончательный бюджет неопределенности измерений может включать в себя ограниченный перечень составляющих, принимаемых во внимание без учета дополнительных вкладов, что при сравнении значений неопределенности измерений в различных испытательных лабораториях обеспечивает лучшие результаты.

Е.6 Составляющие неопределенности измерений при подаче электростатических разрядов

Расчеты неопределенности измерений при калибровке испытательных генераторов электростатических разрядов, а также при испытаниях на устойчивость к электростатическим разрядам не должны проводиться тем же способом, что и расчеты неопределенности измерений параметров эмиссии электромагнитных помех, так как результаты испытаний на помехоустойчивость представляют не в числовой форме, а в виде заключения "соответствует"/"не соответствует".

В процессе испытаний на устойчивость к электростатическим разрядам на испытуемое ТС подают воздействующую физическую величину (представляющую собой свойство электромагнитной помехи), характеризуемую рядом параметров. Одновременно проводят мониторинг одного или нескольких сигналов, получаемых от испытуемого ТС, или осуществляют визуальное наблюдение за состоянием испытуемого ТС. Результаты мониторинга (визуального наблюдения за состоянием) контролируют и сравнивают с установленным критерием, что позволяет получить результат испытания "соответствует"/"не соответствует".

Примечания

1 При калибровке термин "испытуемое ТС" относят к испытательному генератору электростатических разрядов, подлежащему калибровке.

2 В контексте требований настоящего стандарта термин "измерительный прибор" относят к измерительным приборам, используемым при калибровке.


При обсуждении вопросов неопределенности измерений применительно к испытаниям технических средств на помехоустойчивость необходимо установить, применительно к каким измеряемым величинам должны проводиться расчеты неопределенности измерений. Классические расчеты неопределенности измерений могут быть применены к измерениям сигналов, получаемых от испытуемого ТС в процессе испытаний на помехоустойчивость. Однако измерения при контроле помехоустойчивости являются специфичными для конкретных испытуемых ТС и не относятся к области применения настоящего стандарта.

Поэтому требования к неопределенности измерений должны быть установлены в отношении параметров конкретной физической величины, создаваемой и применяемой при испытаниях в области электромагнитной совместимости. Неопределенность измерений в данном случае отражает степень соответствия определенных образцов испытательного оборудования требованиям, установленным в стандарте на методы испытаний.

Значения неопределенности измерений, полученные для конкретного образца измерительного оборудования, не отражают степень соответствия имитируемых электромагнитных помех, установленных в стандарте на методы испытаний, реальной электромагнитной обстановке в местах эксплуатации технических средств. Следовательно, вопросы, касающиеся уточнения параметров физической величины при ее подаче на испытуемое ТС (например, позиционирование "искрового пистолета" по отношению к пластине с датчиком тока), к неопределенности измерительного оборудования не относят.

Поскольку влияние конкретного параметра воздействующей физической величины (свойства электромагнитной помехи) на испытуемое ТС априори не известно и в большинстве случаев воздействие помехи на испытуемое ТС связано с нелинейными системными эффектами, для воздействующей физической величины не может быть установлено единое значение неопределенности измерений, учитывающее значения неопределенности измерений всех ее параметров. Каждый параметр электромагнитной помехи должен сопровождаться специфическим значением неопределенности измерений, связанной с влиянием более чем одной составляющей.

Примечание - Значения неопределенности измерений при калибровке испытательного генератора электростатических разрядов приведены в настоящем разделе в качестве примера.

В перечне, приведенном ниже, указаны составляющие неопределенности (вклады), учитываемые при оценке влияний на измерительные приборы и испытательные установки:

- показания пикового значения разрядного тока (тока первого максимума);

- показания при 10%-ном значении разрядного тока;

- показания при 90%-ном значении разрядного тока;

- показания значения разрядного тока при времени 30 и 60 нc;

- значение низкочастотного передаточного сопротивления ;

- значение статического (испытательного) напряжения;

- рассогласование цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" - осциллограф";

- составляющая неопределенности при горизонтальном измерении осциллографом;

- составляющая неопределенности при вертикальном измерении осциллографом;

- составляющая неопределенности за счет цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель";

- повторяемость измерений (оценка по типу А);

- ориентация генератора электростатических разрядов (оценка по типу А);

- размещение генератора электростатических разрядов (оценка по типу А);

- варианты испытательной установки (оценка по типу А);

- составляющие неопределенности за счет калибровки датчика тока, осциллографа, аттенюатора.

Необходимо учитывать, что составляющие (вклады), относящиеся к калибровке и к испытаниям на помехоустойчивость, не могут быть теми же. Это приводит к различиям (незначительным) бюджетов неопределенности для каждого из этих процессов.

В настоящем стандарте не рассмотрены аспекты, относящиеся к составляющим, оцениваемым по типу A, таким как позиционирование "искрового пистолета" по отношению к пластине с датчиком тока. Исключения из этого правила сделаны в отношении повторяемости результатов при проведении измерений и при калибровке.

Е.7 Неопределенность результатов калибровки

Рекомендуется создавать независимые бюджеты неопределенности измерений для каждого элемента калибровки, т.е. для , , , . Физической величиной, воздействующей на испытуемое ТС при испытаниях на устойчивость к электростатическим разрядам, считают разрядный ток, создаваемый испытательным генератором электростатических разрядов. Элементами калибровки этой физической величины являются значения , , , . Как указано в Е.6, независимый бюджет неопределенности измерений должен быть рассчитан для каждого из этих параметров.

Примеры вычисления бюджетов неопределенности измерений для этих параметров приведены в таблицах Е.3-Е.5.


Таблица Е.3 - Пример бюджета неопределенности измерений при калибровке (измерение времени нарастания импульса разрядного тока)

Таблица Е.4 - Пример бюджета неопределенности при калибровке (измерение пикового значения разрядного тока)

Таблица Е.5 - Пример бюджета неопределенности при калибровке (измерение значений разрядного тока при времени 30 и 60 нс)

В таблицы включены составляющие (вклады в бюджет неопределенности), которые считаются наиболее значимыми для этих примеров, а также сведения (числовые значения, вид распределения вероятности и т.д.) для каждой составляющей и результаты вычислений, необходимые для определения каждого бюджета неопределенности.

Допускается установление техническими комитетами по стандартизации и органами по аккредитации иного порядка определения бюджетов неопределенности измерения , , , , отличающегося от установленного в настоящем стандарте.

Е.8 Применение значений неопределенности измерений параметров в критерии соответствия испытательного генератора электростатических разрядов

Для того чтобы удостовериться в соответствии испытательного генератора электростатических разрядов требованиям, установленным в настоящем стандарте, значения неопределенности измерения параметров , , , по результатам калибровки не должны превышать следующих указанных ниже предельных значений для калибровочных лабораторий:

- расширенной неопределенности измерения времени нарастания разрядного тока - 15%;

- расширенной неопределенности измерения пикового значения разрядного тока и значений разрядного тока при 30 нс и 60 нс - 7%.

Указанные предельные значения неопределенности измерения , , , не изменяют установленных в настоящем стандарте допустимых отклонений значений параметров импульса разрядного тока при контактном разряде (см. таблицу 3).