Погрешности измерения

Точность измерения характеризуется его возможными погрешностями. Эти погрешности при каждом конкретном измерении не должны превышать некоторого определенного значения. В зависимости от способа числового выражения различают погрешности абсолютные и относительные, а применительно к показывающим приборам — еще и приведенные.

Абсолютная погрешность АЛ — это разность между измеренным Л_из и действительным А значениями измеряемой величины:

АЛ = А_из - А.

Например, амперметр показывает Л_из — 9 А, а действительное значение тока А = 8,9 А, следовательно, АЛ = 0,1 А.

Чтобы определить действительное значение величины, нужно к измеренному значению прибавить поправку — абсолютную погрешность, взятую с обратным знаком.

Точность измерения оценивается обычно не абсолютной, а относительной погрешностью — выраженным в процентах отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины:

Ч„= (АЛ/Л)-100%,

а так как разница между Л и Л_из обычно относительно мала, то практически в большинстве случаев можно считать, что ^о = = (А А/ Л_из) • 100 %. Для приведенного примера измерения тока относительная погрешность чо = -(0,1/9)-100% = 1,11%.

Однако оценивать по относительной погрешности точность показывающих приборов со стрелочным указателем неудобно. Дело в том, что абсолютная погрешность АЛ у них имеет обычно один и тот же порядок вдоль всей шкалы. При постоянной абсолютной погрешности АЛ с уменьшением измеряемой величины А_из быстро растет относительная погрешность (рис. 12.1). Поэтому рекомендуется выбирать пределы измерения показывающего прибора так, чтобы отсчитывать показания в пределах второй половины шкалы, ближе к ее концу.

Для оценки точности самих показывающих измерительных приборов служит их приведенная погрешность. Так называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности показания А А к А_ном — номинальному значению, соответствующему наибольшему показанию прибора:

ч_пр= (ДЛ/Л_НОМ).100%.

Если в рассмотренном примере предел измерения амперметра -^ном — Ю А, то приведенная погрешность Чп_Р = (0,1/10)-100 %= 1%.

Погрешности прибора обусловливаются недостатками самого прибора и внешними влияниями. Приведенная погрешность, зависящая лишь от самого прибора, называется основной погрешностью. Нормальные рабочие условия — это температура окружающей среды 20°С (или та, которая обозначена на шкале прибора). Нормальное рабочее положение прибора (указанное условным знаком на его шкале), отсутствие вблизи прибора ферромагнитных масс и внешних магнитных нолей (кроме земного) и прочие нормальные условия (номинальные: напряжение, частота тока, синусоидальная форма кривой тока и т.д.).

Допускаемая основная погрешность электроизмерительного прибора определяет его класс точности. Отклонение внешних условий от нормальных вызывает дополнительные погрешности.

В зависимости от чувствительности к внешним магнитным или электрическим полям электроизмерительные приборы делятся на две категории: I — приборы менее чувствительные и II — приборы более чувствительные.

Погрешности измерительных приборов принято делить на основную и дополнительные. Погрешность, присущая приборам в нормальных условиях эксплуатации, называется основной. В нормальные условия обычно входят заранее установленные значения температуры окружающей среды, влажности, величин магнитного и электрического полей, частоты и формы измеряемого тока или напряжения и ряда других влияющих величин. Под дополнительными погрешностями понимают погрешности, вызванные отклонением влияющих величин от их значений, определенных для нормальных условий.

Из следует, что при измерениях с целью уменьшения относительной погрешности надо выбирать верхний предел измерительного прибора так, чтобы ожидаемое значение измеряемой величины (показание) находилось в последней трети (или половине) шкалы прибора.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

· Что называется погрешностью измерения? Классификация погрешностей измерения.

· Укажите способы выражения погрешностей измерения.

· Основная и дополнительные погрешности измерительных приборов.

Согласно ГОСТ 15094—69 все радиотехнические измерительные приборы и соответствующие им меры электрических величин по характеру измерений и виду измеряемых величин разделены на подгруппы, обозначаемые прописными буквами русского алфавита. Все измерительные приборы делятся на 20 подгрупп:

А — для измерения силы тока;

Б — источники питания для схем измерений и радиоизмерительных приборов;

В — для измерения напряжения;

Г — генераторы измерительные;

Д — для измерений ослабления и аттенюаторы;

Е — для измерения параметров элементов с сосредоточенными параметрами;

И — для импульсных измерений;

К — комплексные измерительные установки;

Л — для измерения параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов;

М — для измерения мощности;

П — для измерения напряженности поля и радиопомех;

Р — для измерения параметров элементов и трактов с распределенными постоянными;

С — для наблюдения, измерения и исследования формы сигналов и их спектров;

У — усилители измерительные;

Ф — для измерения фазовых сдвигов и группового времени запаздывания;

X — для наблюдения и исследования характеристик электрических цепей и радиоустройств;

Ч — для измерения частоты;

Ш — для измерения электрических и магнитных свойств материалов;

Э — измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов;

Я — блоки радиоизмерительных приборов.

Входящие в подгруппу измерительные приборы подразделяются на виды в соответствии с основной выполняемой функцией. Видам присваивается буквенно-цифровое обозначение, состоящее из буквы подгруппы и номера вида. Так, например, вид «Вольтметры переменного тока» обозначается как ВЗ, вид «Вольтметры импульсного тока» — В4 и т.д. Полное наименование прибора определяется наименованием вида, к которому прибор относится.

В соответствии с совокупностью технических характеристик и очередностью разработок приборы всех видов разделяются на типы, которым соответствует порядковый номер модели. Обозначение прибора состоит из обозначения вида и номера модели, причем перед последним ставится дефис. В частности, надпись на измерительном приборе ВЗ-40 говорит о том, что это сороковая модель вольтметров переменного тока. Стоящая после номера модели прописная буква русского алфавита указывает на то, что прибор модернизировался. Порядковый номер буквы в алфавите соответствует числу модернизаций.

Более широкой является классификация средств измерений по конкретным признакам. Одним из основных признаков служит диапазон (рабочая область) частот, в котором данное средство измерений работает или сохраняет нормированные метрологические характеристики. Выбирая средство измерений для эксплуатации в некотором частотном диапазоне, необходимо учитывать, что до настоящего времени в России имеется разночтение наименований диапазонов частот.

Решением Международного консультативного комитета по радио (МККР) рекомендована определенная система разделения и наименований полос в спектре частот, применяемом для радиосвязи, радиовещания и телевидения. Согласно этой рекомендации различают следующие диапазоны:

- крайне низких частот (КНЧ) — 3...30 Гц;

- сверхнизких частот (СНЧ) — 30...300 Гц;

- инфранизких частот (ИНЧ) — 300...3000 Гц;

- очень низких частот (ОНЧ) — 3...30 кГц;

- низких частот (НЧ) — 30...300 кГц;

- средних частот (СЧ) — 300...3000 кГц;

- высоких частот (ВЧ) — 3...30 МГц;

- очень высоких частот (ОВЧ) — 30...300 МГц;

- ультравысоких частот (УВЧ) — 300...3000 МГц;

- сверхвысоких частот (СВЧ) — 3...30 ГГц;

- крайне высоких частот (КВЧ) — 30..300 ГГц;

- гипервысоких частот (ГВЧ) — 300..3000 ГГц.

В ряде официальных российских документов (ГОСТ, ТУ, нормативные документы) на средства измерений и некоторой отечественной литературе по электрическим и радиотехническим измерениям еще остается традиционное деление на диапазоны частот:

инфранизких (ИНЧ) — до 20 Гц;

низких (НЧ) — от 20 Гц до 30 кГц:

высоких (ВЧ) — от 30 кГц до 300 МГц;

сверхвысоких (СВЧ) — свыше 300 МГц.

Измерительные приборы, применяемые в радиотехнике и телекоммуникационных системах, характеризуются следующими основными показателями.

Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности измерительного прибора (средства измерения).

Диапазон показаний — размеченная область шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями, т.е. указанными на ней наименьшим Хтт и наибольшим Х'max возможными значениями измеряемой величины (этот диапазон может быть шире диапазона измерений).

Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.

Область рабочих частот (диапазон частот) — полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допускаемого предела.

Цена деления шкалы (ГОСТ 16263—70) — разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Чувствительность по измеряемому параметру — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Различают абсолютную чувствительность и относительную чувствительность

где Ду — изменение сигнала на выходе; х — измеряемая величина; Ах — изменение измеряемой величины.

Предельная чувствительность (по напряжению, току или мощности) - минимальная величина исследуемого сигнала (напряжения, тока или мощности), подаваемого на вход прибора, которая необходима для получения отсчета с погрешностью, не превосходящей допустимой.

Разрешающая способность (абсолютная) — минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.

Быстродействие (скорость измерения) — максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

Время измерения — время, прошедшее с момента изменения измеряемой величины (начала принудительного цикла измерения) до момента получения нового результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью.

Входное сопротивление (полное) Z_BX — сопротивление измерительного прибора со стороны его входных зажимов. На сравнительно низких частотах входная цепь прибора, включаемого параллельно измеряемой цепи, может быть представлена его эквивалентной схемой, состоящей из соединенных параллельно резистора сопротивлением Явх и конденсатора емкостью Свх.

Чтобы не влиять на измеряемую цепь, измерительные приборы должны иметь как можно большее активное входное сопротивление Rn и возможно меньшую входную емкость Свх. Поэтому в области низких частот ш = 2л/, когда емкостное сопротивление очень велико по сравнению с активным сопротивлением 1/(шС_вх)» Двх, практически входное сопротивление измерительного прибора Z_BX = R*\. В области высоких частот входное сопротивление прибора определяется преимущественно емкостью и zbx = 1/(/соСвх), так как в этом случае 1/(соСвх) «Я™.

Выходное сопротивление Z_Bbix — сопротивление измерительного прибора со стороны его выходных зажимов. Это сопротивление определяет допустимую нагрузку прибора при подключении, например, его к шине данных компьютера.

Порог реагирования (чувствительности) — изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение показаний, обнаруживаемое наблюдателем при нормальном для данного прибора способе отсчета.

Вариация показаний — средняя разность между показаниями прибора, соответствующими данной точке диапазона измерений, при двух направлениях медленного многократного изменения измеряемой величины. Показанием называется значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству прибора и выраженное в принятых единицах этой величины. Вариация характеризует, насколько устойчиво повторяются показания прибора при измерениях одних и тех же значений величин.

Время установления показаний (время успокоения) - промежуток времени, прошедший с момента изменения измеряемой величины до момента установления показаний. Для аналоговых приборов момент установления показаний определяется моментом, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погрешность прибора.

Собственная потребляемая мощность Р_СОб от измеряемой цепи (чем Р_СОб меньше, тем точнее измерения).

Погрешности измерительного прибора (инструментальные погрешности). Эти погрешности оказывают существенное влияние на точность измерения физической величины.

Дата добавления: 2015-05-10