Метрологический надзорза средствами измерений

Примеры.

Классификация погрешностей

Классификация погрешностей

Классификационные признаки:

1) в зависимости от источника возникновения:

♦ субъективная - зависит от оператора, несовершенства его органов чувств, небрежности, невнимания;

♦ аппаратурная - обусловлена погрешностями применяе­мых средств измерений;

♦ внешняя — обусловлена внешними условиями;

♦ методическая — происходит' от несовершенства метода измерений;

♦ энергетическая - обусловлена потреблением средством измерения мощности от объекта исследования, к которому средство измерения подключается;

2) в зависимости от условий применения средства изме­рения:

♦ основная возникает при нормальных условиях;

♦ дополнительная возникает при отклонении значения одной из влияющих величин от нормального значения;

3) в зависимости ог способа выражения:

♦ погрешности измерительных приборов (абсолютная, от­носительная, приведенная);

♦ погрешности измерений (абсолютная и относительная);

4) по закономерностям проявления:

♦ систематическая - не изменяет от измерения к измере­нии! ни неличину, ни знак, или изменяется но известному зако- н\ 1с можно исключить путем внесения поправок;

♦ случайная - не подчиняется какому-либо известному за­кину н возникает от различных причин. Учесть и исключить ее пит 1можно;

♦ промах - грубая погрешность, сильно искажающая pe­ts п. Iл I измерения;

5) по характеру поведения измеряемой величины в процессе измерения:

♦ статическая - погрешность средства измерения, ис­пользуемого для измерения постоянной величины;

♦ погрешность средства измерения в динамическом режиме - погрешность средства измерения, используемого для измерения переменной во времени величины;

динамическая - разность между погрешностью средства измерения в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Погрешность измерения может быть выражена тремя способами: в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешности средства измерения.

Под абсолютной погрешностью измерительного прибора понимают разность между его показанием и действительным значением измеряемой величины:

∆ ≈ Х – Х_д.

В ряде случаев абсолютная погрешность оказывается неудобной для сравнительной характеристики различных средств измерений. Например, труд­но сравнить два частотомера, работающих в разных частотных диапазонах, если известна абсолютная погрешность каждого из них. В этом случае более удобной оказывается относительная погрешность, определяемая как отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой вели­чины:

δ = ∆ / Х_д или δ = ∆ / Х_д ∙100 %.

Многие измерительные приборы имеют диапазон измеряемых величин, включающий и нулевое значение. Если измеряемая величина приближается к нулю, то относительная погрешность в этом случае независимо от точности прибора стремится к бесконечности. Для характеристики точности таких приборов используется приведенная погрешность, которая определяется как отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению Х _N и выражается в процентах:

g = ∆ / Х_N ∙100 %.

Нормирующее значение выбирается в зависимости от характера шкалы измерительного прибора. Например, если нулевое значение находится на краю или вне диапазона измерений, то нормирующее значение принимается равным пределу измерений; если нулевая отметка находится внутри рабочей части шкалы, то за нормирующее значение принимается арифметическая сумма обоих конечных значений шкалы.

Классификационные признаки:

2) в зависимости от источника возникновения:

♦ субъективная - зависит от оператора, несовершенства его органов чувств, небрежности, невнимания;

♦ аппаратурная - обусловлена погрешностями применяе­мых средств измерений;

♦ внешняя — обусловлена внешними условиями;

♦ методическая — происходит' от несовершенства метода измерений;

♦ энергетическая - обусловлена потреблением средством измерения мощности от объекта исследования, к которому средство измерения подключается;

2) в зависимости от условий применения средства изме­рения:

♦ основная возникает при нормальных условиях;

♦ дополнительная возникает при отклонении значения одной из влияющих величин от нормального значения;

5) в зависимости ог способа выражения:

♦ погрешности измерительных приборов (абсолютная, от­носительная, приведенная);

♦ погрешности измерений (абсолютная и относительная);

6) по закономерностям проявления:

♦ систематическая - не изменяет от измерения к измере­нии! ни неличину, ни знак, или изменяется но известному зако- н\ 1с можно исключить путем внесения поправок;

♦ случайная - не подчиняется какому-либо известному за­кину н возникает от различных причин. Учесть и исключить ее невозможно;

♦ промах - грубая погрешность, сильно искажающая pезультат измерения;

5) по характеру поведения измеряемой величины в процессе измерения:

♦ статическая - погрешность средства измерения, ис­тин, зуемого для измерения постоянной величины;

♦ погрешность средства измерения в динамическом режиме - погрешность средства измерения, используемого для измерения переменной во времени величины;

динамическая - разность между погрешностью средства измерения в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Формы выражения погрешности измерений

Погрешность измерения может быть выражена тремя способами: в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешности средства измерения.

Под абсолютной погрешностью измерительного прибора понимают разность между его показанием и действительным значением измеряемой величины:

∆ ≈ Х – Х_д.

В ряде случаев абсолютная погрешность оказывается неудобной для сравнительной характеристики различных средств измерений. Например, труд­но сравнить два частотомера, работающих в разных частотных диапазонах, если известна абсолютная погрешность каждого из них. В этом случае более удобной оказывается относительная погрешность, определяемая как отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой вели­чины:

δ = ∆ / Х_д или δ = ∆ / Х_д ∙100 %.

Многие измерительные приборы имеют диапазон измеряемых величин, включающий и нулевое значение. Если измеряемая величина приближается к нулю, то относительная погрешность в этом случае независимо от точности прибора стремится к бесконечности. Для характеристики точности таких приборов используется приведенная погрешность, которая определяется как отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению Х _N и выражается в процентах:

g = ∆ / Х_N ∙100 %.

Нормирующее значение выбирается в зависимости от характера шкалы измерительного прибора. Например, если нулевое значение находится на краю или вне диапазона измерений, то нормирующее значение принимается равным пределу измерений; если нулевая отметка находится внутри рабочей части шкалы, то за нормирующее значение принимается арифметическая сумма обоих конечных значений шкалы.

Тема 1.3 Средства измерений и их метрологические характеристики (2 часа)

Средства измерений (СИ). Нормируемые метрологические характеристики СИ. Основная и дополнительные погрешности СИ. Способы нормирования основной и дополнительных погрешностей СИ. Классы точности СИ и их обозначения. Правила округления результатов измерений.

Средства измерения классифицируют по двум основным признакам: назначению и метрологическим функциям. В зависимости от назначения различают:

* меру – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного значения (например, гири, магазин сопротивлений и др.);

* измерительный прибор – средство измерения, вырабатывающее сигнал о значении измеряемой физической величины в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (например, амперметр, вольтметр и др.);

* измерительный преобразователь – средство измерения, вырабатывающее сигнал о значении измеряемой физической величины в форме, удобной для передачи, дальнейшего его преобразования и (или) хранения.

По метрологическим функциям средства измерений делят на эталоны, образцовые и рабочие средства измерений.

Эталоном единицы называется средство измерений (или их комплекс), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера другим средствам измерений.

Образцовым средством измерений называют средство измерения, служащее для поверки по нему других средств измерений.

Рабочее средство измерения – это средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц. К рабочим средствам измерений относят измерительные приборы, используемые в повседневной практике.

Основная и дополнительная погрешности средств измерений. Погрешности средств измерений (СИ) зависят и от внешних условий их применения. Каждое СИ исправно функционирует, если внешние условия, влияющие на погрешность измерения, находятся в пределах некоторой области, называемой рабочей областью (рабочими условиями) влияющих величин. Сравнительно узкая часть рабочей области, в которой изменения влияющих величин практически не сказываются на погрешности СИ, называется нормальной областью (нормальными условиями) влияющих величин.

Погрешность СИ в нормальных условиях применения называется основной погрешностью СИ. Выход одной или нескольких влияющих величин за пределы нормальной области приводит к возрастанию погрешности СИ. Изменение погрешности СИ, обусловленное выходом влияющей величины за пределы нормальной области, называется дополнительной погрешностью. Обычно дополнительная погрешность указывается для каждой из влияющих величин в пределах рабочей области.

Общие требования к выбору нормальных условий СИ определяются ГОСТом 22261-82.

Классы точности СИ и их обозначения. В зависимости от пределов допускаемой основной погрешности СИ делятся на классы точности. Класс точности является обобщенной характеристикой, отражающей уровень точности конкретного средства измерения. Если СИ имеет несколько диапазонов измерения одной и той же величины или оно предназначено для измерения нескольких физических величин, то такому СИ могут присваиваться разные классы точности для различных диапазонов и для каждой измеряемой величины.

Для обозначения классов точности используются прописные буквы латинского алфавита, римские и арабские цифры, которые наносятся на шкалах или корпусах СИ и указываются в их технической документации. Способ обозначения класса точности определяется формой выражения основной погрешности.

Если пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме абсолютных погрешностей, то для обозначения классов точности используют римские цифры или буквы латинского алфавита, а если в форме приведенных погрешностей, то класс точности обозначают числами, которые равны этим пределам в процентах. Например, если предел допускаемой основной погрешности не превышает 2,5 % от нормирующего значения, то в документации на СИ указывается класс точности 2,5, а на СИ наносится число 2,5.

Если пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме относительных погрешностей, то вид обозначения класса точности определяется способом нормирования основной погрешности. Для СИ, у которых основная погрешность нормируется по формуле (1.1) класс точности обозначается числом, равным пределу основной относительной погрешности в процентах. На шкалах или корпусах СИ это число заключается в кружок, например .

Если основная погрешность нормируется в соответствии с формулой (1.2), то класс точности обозначают числами с и d, разделяя их косой чертой, например 0,05 / 4∙10 -⁶.

1. Вольтметр имеет класс точности 2,5. Предел измерения равен 250 В, а измеренное значение напряжения равно 220 В. Тогда основная абсолютная погрешность вольтметра

∆ = ± (g X_N)/100 = ± (2,5∙250)/100 = ± 6,25 В.

Результат измерения должен быть записан так: U = (220 ± 6) В

2. Частотомер имеет класс точности . Измеренное значение частоты сигнала равно 100 МГц. Тогда

∆ = ± (δ ∙X)/100 = ± (l∙100)/100 = ± 1,0 МГц.

Результат измерения:

f = (100,0 ± 1,0) МГц.

Правила округления результатов измерения. Поскольку погрешность измерения определяет лишь зону неопределенности истинного значения измеряемой физической величины, то ее (погрешность) не требуется знать очень точно. Поэтому в окончательной записи погрешность измерения округляется. К выражению результатов измерений в числовой форме предъявляют определенные требования, которые и определяют собой правша округления результатов измерения. Эмпирически были установлены следующие правила округления рассчитанного значения погрешности и полученного результата измерения:

1. Значащих цифр в погрешности должно быть не более двух, а если старший значащий разряд равен или более 3, то ограничиваются одной цифрой.

2. Числовое значение результата измерения округляется до того же десятичного знака,которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности. Лишние цифры в целых числах заменяются нулями, а в десятичных дробях отбрасываются (это относится и для погрешности).

3. Если первая от отбрасываемых (или заменяемых нулями) цифр меньше 5, то последняя остающаяся цифра не изменяется, а иначе она увеличивается на единицу.

4. Округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные вычисления выполняют с одним-двумя лишними знаками.

Примеры:

1. Х = 983 м; ∆ = ± 0,0138м. Тогда Х = (983,000 ±0,014 ) м.

2. Х = 218 В; ∆ = ± 19,7 В. Тогда Х = (220 ± 20) В.

3. Х = 25737 Гц; ∆ = ± 132 Гц. Тогда Х = (25740 ± 130) Гц.

Тема 1. 3 Метрологическое обеспечение измерений

Метрологическое обеспечение измерений. Под метрологическим обеспечением измерений понимают установление и применение научных и организационных основ и правил с целью обеспечения единства и требуемой точности измерений. Научные основы разрабатывает метрология, а организационные основы и правила осуществления измерений обеспечивает метрологическая служба, представляющая собой структуру государственных и ведомственных метрологических органов, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений. В Республике Беларусь метрологическую службу возглавляет Государственный комитет по стандартизации, метрологии и сертификации (сокращенно Госстандарт Республики Беларусь).

Метрологическая служба решает следующие типы задач:

1) научная – занимается разработкой общей теории измерений, эталонов и образцовых средств измерений; совершенствование системы единиц;

2) практическая – осуществляет производство и выпуск средств измерений, их поверки и государственные испытания;

3) законодательная – разрабатывает общие правила, требования и нормы, нуждающиеся в контроле со стороны государства и направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

>|'о деятельность органов метрологической службы, на- НИйНhi иная на обеспечение единообразия средств измерений.

< К ионными формами метрологического надзора за сред- ■ ниши и 1мсрений, находящимися в обращении, являются:

I) поверка средств измерений - совокупность операций,

И!hi... немых органами государственной метрологической служ-

|Ц| и I уГи.ектами хозяйствования с целью определения и под- 11И■(•■•■ п иия соответствия средства измерений установленным фНииыппям. Она является важнейшей областью практического н|н1М1 пения метрологии.

При поверке происходит сравнение показаний измери-

....... н 11 прибора с показаниями образцового прибора. Для этого

..... и | \ же величину измеряют дважды: сначала поверяемым, а

(ним образцовым прибором, находят разность между соответст- тми показаниями, т.е. рассчитывают погрешность измере­нии 11ока '..шин образцового прибора с учетом поправки считают

Hi I IIIIIII.IMM.

11 операцию поверки входят также:

♦ предварительный внешний осмотр;

♦ проверка исправности прибора;

♦ проверка комплектации.

♦ роки и методы поверки строго регламентируются норма- iiiiHiHM тисументацией. Результаты поверки оформляются в виде и' i.i По окончании поверки делают выводы о пригодно-

ш нрнпира к дальнейшему использованию.

Раздел 2 Измерения

Тема 2.1. Общие вопросы электрорадиоизмерений

Классификация электрорадиоизмерительных приборов.

Электрорадиоизмерительные приборы классифицируются:

1) по методу измерения:

· приборы непосредственной оценки, показывающие числовое значение измеряемой величины;

· приборы сравнения;

2) по способу выдачи результатов измерения:

· показывающие (с визуальным отсчётом);

· регистрирующие (самопишущие и печатающие);

· интегрирующие ( суммирующие значения за определённый промежуток времени);

3) по принципу действия:

· электромеханические (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические)

· электронные (аналоговые - показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины, и цифровые - показания которых представляются в цифровой форме);

4) по назначению (или по типу измеряемой величины) на 20 основных групп, например: А – амперметры, В – вольтметры, Г – генераторы, Е – приборы для измерения параметров цепей с сосредоточенными постоянными, Л – приборы для измерения параметров диодов, транзисторов и микросхем, М – приборы для измерения мощности, Ф – фазометры, Ч – частотомеры, С – приборы для наблюдения и исследования формы сигналов и измерения их параметров.

Технические и метрологические характеристики средств измерений. К техническим характеристикам средств измерений относятся:

1) назначение (для измерения каких физических величин);

2) область применения (диапазон и пределы измерений);

3) характеристики чувствительности:

· чувствительность – способность прибора реагировать на изменение измеряемой величины

S=∆α/∆x,

где ∆α – изменение положения указателя относительно шкалы,

∆х – изменение измеряемой величины, вызвавшее перемещение указателя;

· порог чувствительности - наименьшее изменение входной величины, способное вызвать заметное изменение показания прибора;

· постоянная прибора (цена деления). Для приборов, градуированных в мм, ее значение чувствительности:

С=1/S;

· надёжность средства измерения.

К метрологическим характеристикам средств измерений относятся характеристики, оказывающие влияние на результат и погрешность измерений:

1) характеристики погрешности (абсолютная, относительная, приведенная, основная, дополнительные погрешности);

2) собственная потребляемая мощность от измеряемой цепи (чем она меньше, чем точнее измерения);

3) входное сопротивление (входной импеданс) – сопротивление измерительного прибора со стороны его входных зажимов. Чтобы меньше влиять на измеряемую цепь, средства измерений должны иметь как можно большее активное входное сопротивление и возможно меньшую входную ёмкость.

Структурные схемы измерительных приборов прямого преобразования и сравнения. Структурная схема измерительных приборов прямого преобразования (рисунок 2.1) предусматривает одно или несколько последовательных преобразований сигнала измерения Х в одном направлении, т.е. без применения обратной связи. Входной сигнал Х_n воздействует на измерительное устройство ИУ.

Рисунок 2.1: ИП – измерительный преобразователь; ИУ – измерительное устройство, для которого определяется принадлежность прибора к той или иной классификационной группе (аналоговый или цифровой, показывающий или регистрирующий)

Измерительные приборы сравнения предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины Х с известной величиной, воспроизводимой с помощью меры или набора мер. Схема сравнения (рисунок 2.2) осуществляет сравнение входного сигнала Х с сигналом Х_м, поступающим от меры. Разностный сигнал ∆Х на ее выходе по цепи прямого преобразования передаётся к ИУ, а по цепи обратного преобразования обеспечивает изменение сигнала Х_{м ,} реализуя одну из модификаций метода сравнения, например при нулевом методе добиваются нулевых показаний ИУ, т.е. компенсируют Х и Х_м (∆Х=0).

Цепь прямого преобразования

Цепь обратного преобразования Рисунок 2.2

Тема 2. 2. Измерение тока и напряжения

Изменяемые параметры тока и напряжения. Измерение постоянных тока и напряжения состоит в нахождении их величин и полярности. Целью измерения переменных силы тока и напряжения является определение какого-либо их параметра:

· мгновенного значения (путём наблюдения на осциллографе и измерения для определенного момента времени);

· амплитуды (U_m или I_m) – наибольшего мгновенного значения;

· размаха сигнала – величины от максимального значения до минимального за период;

· среднего значения U_ср= ;

· средневыпрямленного значения U_ср= ;

· действующего значения (среднеквадратического, эффективного)

Дата добавления: 2013-12-14