Лекция 3

Классы точности

Классификации погрешностей и классы точности СИ

Средства измерения. Классификация

Лекция 2

Средства измерений (СИ) - технические средства, необходимые для осуществления измерений и имеющее нормированные метрологические свойства.

Классификация средств измерения осуществляется по следующим основным признакам:

• по положению в метрологической схеме: эталоны (для воспроизведения, хранения и передачи единицы измерения); образцовые средства измерения (средство, которое поверяется по эталонам и служит для поверки рабочих средств измерения); рабочие средства измерения (средства, применяемые на практике);

• по конструктивному исполнению и функциональному назначению в измерительной процедуре: меры, магазин мер; измерительные приборы; измерительные преобразователи; измерительные цепи; измерительные установки; стандартные образцы.

Метрологические характеристики СИ - это характеристики, определяющие качество измерений(погрешность, быстродействие, потребление мощности от объекта исследования и т. п.).

1. Уравнение преобразования (градуировочная характеристика, уравнение шкалы прибора).

Y= f(Х) - функциональная зависимость между выходным сигналом Y и входным сигналом X. Уравнение преобразования связывает Х и Y с конструктивными параметрами прибора. Идеальная функция преобразования - линейная зависимость. Уравнение Y= f(Х) для средства измерения с индикатором на выходе называется уравнением шкалы.

2. Погрешность. При всяком измерении неизбежны обусловленные разнообразными причинами отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины - погрешность измерения, равная , где Х_и - измеренное значение, Х – истинное значение физической величины.

3. Чувствительность – метрологическая характеристика, отражающая способность прибора реагировать на изменения входного сигнала. Определяется из уравнения преобразования

S(Х) = f(Х) - абсолютная чувствительность при нелинейном уравнении преобразования;

S = - абсолютная чувствительность при линейном уравнении преобразования;

- относительная чувствительность,

где - относительные изменения входного сигнала.

4. Порог чувствительности Х_пор - наименьшее изменение значения входной величины, способное вызвать заметное изменение показаний прибора, которое может быть обнаружено наблюдателем с помощью данного прибора без дополнительных устройств. Порог чувствительности фактически определяет разрешающую способность измерительных приборов - минимальную разность двух значений измеряемых однородных величин, которые могут быть различены с помощью прибора.

5. Диапазон измерений - область значений измеряемого сигнала, для которой нормированы метрологические характеристики (погрешности измерения, частота). Диапазон измерений ограничен пределами измерений - наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины. Диапазон измерений может состоять из нескольких поддиапазонов с различными погрешностями и частотным диапазоном. Наиболее удобным для оценки качества прибора является так называемый динамический диапазон. Это логарифмическая величина, измеряемая в децибеллах (дБ)

.

6. Быстродействие - время, затрачиваемое на одно измерение. По ГОСТ 13607-68 определяется максимальным числом измерений (преобразований) в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

7. Время установления показаний (время измерений, время успокоения) - промежуток времени с момента изменения измеряемой величины до момента установления показаний прибора (для аналоговых приборов).

8. Область рабочих частот (частотный диапазон) - полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, вызванная изменением частоты, не превышает допускаемого предела.

9. Входной импеданс - полное комплексное входное сопротивление СИ.

10. Надежность - количественная характеристика, определяющая свойства СИ выполнять заданные функции, сохраняя свои характеристики в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность СИ электрических величин характеризуется показателями безотказности, долговечности, ремонтопригодности.

11. Экономичность - простота конструкции в обращении и оправданная экономическая стоимость и др.

Ниже приведены классификации погрешностей в зависимости от их назначения по следующим признакам:

- по слагаемым процесса измерения;

- по источнику возникновения;

- по условиям применения средств измерения;

- по характеру поведения измеряемой физической величины в процессе измерения;

- по закономерности появления от измерения к измерению;

- по способу выражения;

- по функциональной связи с измеряемой величиной;

1. По слагаемым процесса измерения.

Различают 1) погрешность воспроизведения единицы измеряемой величины (погрешность меры); 2) погрешность преобразования измеряемой величины; 3) погрешность сравнения и 4) погрешность фиксации (записи) результата сравнения.

2. По источнику возникновения.

Методические погрешности обусловлены неадекватностью принимаемых моделей реальным объектам, несовершенством методов измерений, упрощением зависимостей, положенных в основу измерений, неопределенностью (диффузностью) объекта измерения. Несоответствие модели реальному объекту может быть оценено на основе предварительных измерений и анализа объекта измерений.

Инструментальные погрешности обусловлены прежде всего особенностями используемых в средствах измерений принципов и методов измерений, а также схемным, конструктивным и технологическим несовершенством средств измерений.

Погрешности взаимодействия - обусловлены взаимным влиянием средства измерений, объекта измерений, объекта исследования и экспериментатора.

Погрешности взаимного влияния средства и объекта измерений обычно принято относить к методическим погрешностям, а погрешности, связанные с действиями экспериментатора, называются личными погрешностями. Однако такая классификация недостаточно полно отражает суть рассматриваемых погрешностей. Погрешность взаимодействия практически отсутствует при использовании бесконтактных методов и средств измерений, при которых влияние средства измерений на объект исследования и измеряемую величину сведено до минимума или вообще его нет. Эта погрешность также отсутствует, если применяемое средство измерений постоянно подключено к объекту, т. е. является его неотъемлемой частью.

Внешняя погрешность - обусловлена внешними по отношению к прибору влияниями, т. е. условиями в которых проводятся измерения.

3. По условиям применения СИ погрешность делится на основную и дополнительную.

Основная погрешность - имеет место при нормальных условиях измерений, оговоренных техническими условиями эксплуатации (окружающая температура, относительная влажность, атмосферное давление, напряжение питания, частота переменного тока промышленной сети, нагрузка, входная и выходная мощность и др.).

Дополнительная погрешность - появляется при отклонении условий эксплуатации СИ от нормальных.

4. По характеру поведения измеряемой физической величины в процессе измерения погрешности делятся на статические и динамические.

Статическая погрешность - погрешность СИ, используемого для измерения постоянной величины.

Динамическая погрешность - погрешность СИ, используемого для измерения переменной во времени величины, Она равна разности между погрешностью средства измерения в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Погрешность измерительного прибора в динамическом режиме возникает вследствие того, что время установления переходных процессов в приборе больше интервала изменения измеряемой величины. Опираясь на понятия теории случайных процессов, можно сказать, что эта погрешность заметно проявляется тогда, когда постоянная времени прибора превосходит интервал корреляции случайного процесса, реализация которого подана на вход прибора.

5. По закономерности появления от измерения к измерению.

Систематическая - составляющая погрешности измерения, сохраняющая постоянное значение и знак, или проявляющаяся с определенной закономерностью при повторных измерениях одного и того же значения физической величины (например, погрешность градуировки шкалы, температурная погрешность и т. п.).

Случайная - составляющая погрешности измерений, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одного и того же значения физической величины, т. е. погрешность, значение и знак которой не могут быть точно предсказаны (например, дрейф на выходе усилителя постоянного тока вольтметра; погрешности, обусловленные действием помех и т. п.).

Грубая - существенно превышающая ожидаемую при данных условиях погрешность. Имеются в виду грубые искажения результатов измерения (промахи), являющиеся следствием небрежности или низкой квалификации оператора, неучтенных или неожиданных внешних воздействий.

6. По способу выражения погрешности подразделяются следующим образом.

Абсолютная, выражаемая в единицах измеряемой физической величины (вольтах, ваттах, герцах, и т. п.) и представляющую собой разность между результатом измеренияXизм и истинным значением Х величины: .

Поскольку истинное значение остается неизвестным, на практике пользуются действительным значением физической величины, Х_д под которым понимают значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной задачи может быть использовано вместо истинного значения.

Относительная, определяемая как отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой физической величины (при Х ): . Относительную погрешность часто выражают в процентах.

Нормированная (приведенная) погрешность: 100%, где Хнорм - нормированное значение измеренной величины. Нормированное значение Хнорм. для приборов с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой принимают равным:

большему из значений шкалы (установленного предела измерений), если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы, или большему из модулей значений шкалы (установленных пределов измерений), если нулевая отметка расположена внутри рабочей части шкалы.

7. По функциональной связи с измеряемой величиной:

аддитивная - независящая от значения Х измеряемой физической величины и суммируемая с ним (погрешность нуля);

мультипликативная - зависящая от значения X; при наличии этой погрешности результат измерения представляет собой значение X, умноженное на некоторый коэффициент (погрешность чувствительности).

комбинированная - возникает при наличии в СИ выше названных погрешностей одноврем0енно.

Очень важной характеристикой прибора (средства измерения) является его класс точности. Согласно ГОСТ 1263-70 классом точности п рибора называют его обобщенную характеристику, определяемую пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей (а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность), значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Следует подчеркнуть, что класс точности прибора характеризует его свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, проводимых с помощью этого прибора.

Класс точности обозначается цифрой, выбираемой в соответствии с предельно допустимой погрешностью из ряда: (1; 1,5; 2; 2,5; 5...) 10ⁿ, где n=1,0,-1,-2…

По классу точности можно определить максимальное значение погрешности измерения данного прибора. Пример: если класс точности прибора 1,0 (взят из ряда 1*10ⁿ, при n=0), то говорят, что это прибор первого класса точности. С его помощью можно измерить величину с максимальной приведенной погрешностью, не превышающей ±1%.

Дата добавления: 2014-01-04