Нормирование метрологических характеристик средств измерений

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

По ГОСТ 8.009 – 84 устанавливают перечень таких МХ, способы их нормирования и формы представления. Каждая из видов МХ 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. МХ определенные документами считаются действительными. На практике наиболее распространены следующие МX СИ.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. (Для преобразователей – это диапазон преобразования).

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 прел измерения по шкале составляет 50 ед., а диапазон – 10...50 ед.

Рис. 3.2. Классификация средств измерений

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 D y на выходе СИ к вызвавшему это изменение изменению D x сигнала на входе S = D y/ D x.

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 = S ^max /S ^min.

Для равномерных шкал S = S _ср = const и S _ср = l/x_N, где x_N – диапазон измерений.

Поскольку x и y могут быть выражены в различных. единицах, то величина S имеет размерность и т.д. Говоря о чувствительности, указывают чувствительность тока, напряжения и т. д.

Иногда для оперирования безразмерными единицами вводят понятие относительной чувствительности S₀ = ( D y/y₀)/( D x/x₀),

где x₀, y₀ – 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 C = 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:

H = |x _в - x _у |,

где x _в, x _у – значения измерений образцовыми СИ при возрастании и убывании величины x.

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

Она может изменять свой вид 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 МХ СИ – погрешность СИ есть разность между показаниями СИ и истинными (действительными) значениями ФВ.

Классификация погрешностей СИ приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Классификация погрешностей СИ

Все погрешности СИ в зависимости от внешних условий делят 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±l%, атмосферное давление от 97,4 до 104,0 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

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

Существует три способа нормирования основной погрешности СИ:

а) нормирование пределов допускаемой абсолютной (±D) или приведенной (±g) погрешностей, постоянных во всем диапазоне измерения;

б) нормирование пределов допускаемой абсолютной (±D) или относительной (±d) погрешностей в функции измеряемой величины;

в) 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 D_О – основная погрешность СИ; D _i – дополнительная погрешность, вызванная изменением i -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 10°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 изменяется 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 x _Д измеряемой величины

D = | x – x _Д|

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): D = ± а;

б) либо в виде линейной зависимости (линии 2 и 3): D = ± bx;

D = ± (a+bx);

в) в виде функции D = f(x) или графика, таблицы.

Рис. 3.4. Формирование аддитивной и мультипликативной
составляющих погрешности

Если значение погрешности не изменяется во всем диапазоне измерения (линия 1 на рис. 3.4), например, из-за трения в опорах, то такая погрешность называется: аддитивной (или погрешностью нуля).

Дата добавления: 2015-04-30