Метрологические характеристики средств измерений. Для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапа­зоне с известной точностью вводят MX СИ с целью: обеспечения возможности установления точности

Для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапа­зоне с известной точностью вводят MX СИ с целью: обеспечения возможности установления точности измерений; достижения взаи­мозаменяемости СИ, сравнения СИ между собой и выбора нужных СИ по точности и другим характеристикам; определения погрешно­стей измерительных систем и установок на основе MX входящих в них СИ; оценки технического состояния СИ при поверке.

По ГОСТ 8.009—84 устанавливают перечень MX, способы их нормирования и формы представления. Каждая из видов MX по назначению может быть представлена более детально с учетом видов самих измерений и СИ в зависимости от изменений влия­ющих величин или неинформативных параметров входного сиг­нала.

Неинформативным называется параметр входного сигнала СИ, не связанный функционально с измеряемым параметром. Напри­мер, частота переменного тока при измерении его амплитуды.

Нормальные метрологические характеристики (НМХ) устанав­ливаются документами. MX, определенные документами, считают­ся действительными. На практике наиболее распространены следую­щие MX СИ.

':; Диапазон измерений— область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые Цределы погрешности СИ (для преобразователей — это диапазон преобразования).

v Предел измерения — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер — это номинальное значение вос­производимой величины.

Например, у шкалы на рис. 3.2 начальный участок (~20%) сжат, потому производить отсчеты на нем неудобно. Тогда предел изме­рения по шкале составляет 50 ед., а диапазон — 10...50 ед.

Рис. 3.2. Неравномерная шкала СИ

- Цена деления шкалы — разность значений величин, соответ­ствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномер­ной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномер­ной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.

Чувствительность — отношение изменения сигнала Ду на вы­ходе СИ к вызвавшему это изменение изменению Ах сигнала на входе

S = Ау/Ах.

Например, для стрелочного СИ — это отношение перемещения dl конца стрелки к вызвавшему его изменению dx измеряемой вели­чины..

S = dl/dx.

Таким образом, для неравномерных шкал величина S- var, и степень неравномерности шкалы оценивают через коэффициент

J = $^т™/$^тт.

Для равномерных шкал S = S_cp - const и S^ = l/x_N, где x_N — диапазон измерений.

Поскольку хну могут быть выражены в различных единицах,

градус В

мм

мм В

и т.д. Го-

то величина S имеет размерность

воря о чувствительности, указывают чувствительность тока, напря­жения и т. д.

Иногда для оперирования безразмерными единицами вводят понятие относительной чувствительности

S₀ = (Ау/у₀)/(Д*Л>).

где х₀, у₀ — номинальные (или средние) величины.

Чувствительность нельзя отождествлять с порогом чувствитель­ности— наименьшим значением измеряемой величины, вызываю­щим заметное изменение показаний прибора.

Величину, обратную чувствительности, называют постоянной прибора С = 1 /S.

Как правило, выходным сигналом СИ является отсчет (показа­ние) в единицах величины. В этом случае постоянная прибора С равна цене деления. Поэтому для СИ с неравномерной шкалой чувствительность — величина переменная.

Вариация (гистерезис) — разность между показаниями СИ в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании измерений величины и неизменных внешних условиях:

Н = |х, - х_у\,

где х_в, х — значения измерений образцовыми СИ при возраста­нии и убывании величины х.

Следует иметь в виду, что, хотя вариация показаний СИ вызы­вается случайными факторами, сама она — не случайная величина. Зависимость между выходным и входным сигналом СИ, получен­ную экспериментально, называют градуировочной характеристи­кой, которая может быть представлена аналитически, графически или в виде таблицы.

Градуировочная характеристика может изменяться под воздей­ствием внешних и внутренних причин. Например, при быстром из­менении тока подвижная часть СИ, вследствие инерции, не успева­ет "следить" за изменением тока. Градуировочная характеристика в этом случае должна выражаться дифференциальным уравнением.

Основная MX СИ — погрешность СИ — есть разность между показаниями СИ и истинными (действительными) значениями ФВ.

Классификация погрешностей СИ приведена на рис. 3.3.

Все погрешности СИ в зависимости от внешних условий делят­ся на основные и дополнительные.

Основная погрешность — это погрешность СИ при нормальных Условиях эксплуатации. Как правило, нормальными условиями эк­сплуатации являются: температура 293±5 К или 20±5°С, от­носительная влажность воздуха 65+15% при 20°С, напряжение в сети питания 220 В±10% с частотой 50 Гц±1%, атмосферное давле­ние от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

s

и «

о н о о

X

а

о п.

U

о с

R К

а

03 ^

К

•е

К о о

о К Си

В рабочих условиях, зачастую отличающихся от нормальных бо­лее широким диапазоном влияющих величин, при необходимости нормируется дополнительная погрешность СИ.

Существуют три способа нормирования основной погрешности СИ:

• нормирование пределов допускаемой абсолютной (±Д) или приведенной (±у) погрешностей, постоянных во всем диапазоне измерения;

• нормирование пределов допускаемой абсолютной (±Д) или относительной (±ст) погрешностей в функции измеряемой рели- чины;

• нормирование постоянных пределов допускаемой основной погрешности, различных для всего диапазона измерений одного или нескольких участков.

В качестве предела допускаемой погрешности выступает наи­большая погрешность, вызываемая изменением влияющей вели­чины, при которой СИ по техническим,требованиям может быть допущено к применению. То же самое относится и к дополнитель­ным погрешностям. При этом исходят из следующих положений:

1) дополнительная погрешность имеет такой же вид, что и основная (абсолютная, относительная и приведенная);

2) дополнительные погрешности, вызванные различными вли­яющими факторами, должны нормироваться раздельно.

В общем виде суммарная абсолютная погрешность СИ при вли­яющих факторах

где Д₀ — основная погрешность СИ; Д, — дополнительная погреш­ность, вызванная изменением /-го влияющего фактора.

Иногда дополнительную погрешность нормируют в виде коэф­фициента, указывающего, "на сколько" или "во сколько" изменя­ется погрешность при отклонении номинального значения. Напри­мер, указание, что температурная погрешность вольтметра состав­ляет ±1% на 10°С, означает, что при изменении среды на каждые Ю°С добавляется дополнительная погрешность 1 %.

Вследствие сложности разделения дополнительных и основ­ных погрешностей поверку СИ выполняют только при нормаль­ных условиях (т. е. дополнительные погрешности исключены).

Систематическая погрешность СИ — это составляющая общей погрешности, которая остается постоянной или закономерно из­
меняется при многократных измерениях одной и той же величи­ны.

Случайной погрешностью СИ называют составляющую, изме­няющуюся при повторных измерениях одной и той же величины случайным образом.

Статические погрешности возникают при измерении посто­янных величин после завершения переходных процессов в эле­ментах СИ.

Динамическая погрешность — разность между погрешностями СИ в динамическом режиме и его статической погрешностью.

В соответствии с ГОСТ 8.401—80 для пределов допускаемой ос­новной (и дополнительной) погрешностей предусмотрены различ­ные способы выражения в виде абсолютной, относительной и при­веденной погрешности.

Абсолютная погрешность — разность между показанием х СИ и действительным значением х_д измеряемой величины

Д = |х-х |.

В качестве х_д выступает либо номинальное значение (например, меры), либо значение величины, измеренной более точным (не ме­нее чем на порядок, в 10 раз) СИ.

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой физической величины и может быть задана:

а) либо одним числом (линия 1 на рис. 3.4): Д = ±а\

б) либо в виде линейной зависимости (линии 2 и 3): Д = ±Ьх\ Д = ± (а+ fce); ■

в) в виде функции Д =Дх) илй графика, таблицы.

д

I

A" Const

Дата добавления: 2015-04-30