Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Нормируемые метрологические характеристики средств измерений




Эксплуатация средств измерений часто происходит за пре­делами нормальных условий, но при сохранении их работоспо­собности.

♦ Составляющая погрешности, возникающая дополнительно к ос­новной вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от установленного для нее диапазона нормальных условий, называется дополнительной погрешностью средства измерений. ♦

Дополнительные погрешности нормируются, как правило, в удельной форме. Например, в процентах с соответствующим знаком на каждые 10°С изменения температуры от номинально­го значения и т.п.

Одни и те же средства измерений могут применяться для измерений неизменных по величине физических величин и ве­личин, изменяющихся по величине за время измерения. Если это различие приводит к изменению погрешности средства из­мерений, то говорят о наличии статической и динамической по­грешностей средства измерений.

Погрешность средства измерений — его основная метрологи­ческая характеристика. Все характеристики средства измерений как технического устройства классифицируются в качестве мет­рологических в зависимости от их влияния на величину погреш­ности: если какая-либо характеристика оказывает влияние, то она считается метрологической. В общем случае к метрологическим характеристикам средств измерений относят назначение, диапа­зон измерений, погрешность, влияющие величины [3].

Назначение указывает на то, какая физическая величина (или величины), в каких единицах (или шкалах) и в каком диапазоне (или диапазонах) измеряется данным средством измерений.

Влияющими являются величины, которые не указаны в на­значении средства измерений, но оказывают влияние на его по­казания. Влияющие величины по отношению к объекту измере­ния подразделяются на внутренние и внешние.

Внешние влияющие величины характеризуют условия проведения измерений: температуру окружающего воздуха; его влажность; ат­мосферное давление; вибрацию основания, на котором размещает­ся средство измерений; горизонтальность основания и т.п.

Внутренние влияющие величины характеризуют объект изме­рений, но не измеряются данным средством измерений. Их иногда называют неинформативными параметрами измерительно­го сигнала. Например, на показания напряжения переменного тока влияет его частота, и наоборот; на показания расходомера влияет вязкость измеряемой жидкости и т.п. Разработаны пра­вила, в соответствии с которыми для каждого средства измерений должны приводиться все его метрологические характери­стики. В противном случае, естественно, нарушаются требова­ния единства измерений, так как результаты измерений воспро­извести невозможно. Эти правила сформулированы в ГОСТ 8.009—84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». Характеристики делятся на группы:

• характеристики, предназначенные для определения резуль­татов измерений (без введения поправки):

— функция преобразования измерительного преобразова­теля (прибора с неименованной шкалой или со шкалой, градуированной в единицах, отличных от единиц вход­ной величины);

— значение однозначной или значения многозначной меры;

— цена деления шкалы измерительного прибора или мно­гозначной меры;

— вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предна­значенных для выдачи результатов в цифровом коде;

• характеристики, систематической погрешности средства измерений:

— значение систематической составляющей Ас;

— значения систематической составляющей Ас, математи­ческого ожидания М[АС] и среднего квадратического от­клонения S[ Ac ] систематической составляющей.

Задание математического ожидания и среднего квадратиче­ского отклонения для систематической погрешности практику­ется в связи с тем, что для множества экземпляров средств из­мерений одного типа она рассматривается в качестве случайной величины. Если значения математического ожидания и среднего квадратического отклонения систематической погрешности из­меняются по времени, то необходимо их нормировать в функ­циональной зависимости от времени. Методика оценки характе­ристик систематической погрешности средств измерений регла­ментирована руководящим документом РД 50-453—84 «ГСИ. Характеристики погрешности средств измерений в реальных ус­ловиях эксплуатации. Методы расчета».

Для определения значения Ас выполняют два ряда наблюде­ний (операций, проводимых при измерении и имеющих целью своевременный и правильный отсчет показаний средства изме­рений) известной с достаточной точностью величины Лд, пода­ваемой на вход. При выполнении наблюдений первого ряда зна­чение входной величины X медленно и плавно подводим к тре­буемому значению Xд со стороны меньших значений. Получаем ряд значений, который обозначим XMi = ХM, ХМ2, ХM3, …, Хмп- При выполнении наблюдений второго ряда величину X подво­дим к значению Хд со стороны больших значений и получаем ряд значений, который обозначим ХБi = ХБ1, ХБ2, ХБ3, …, ХБn. Для каждого ряда наблюдений находим среднее арифметическое значение систематической погрешности:

Для совокупности средств измерений данного типа характе­ристики систематической составляющей погрешности опреде­ляются путем проведения многократных наблюдений известной величины XД сравнительно большим числом (т) экземпляров средств измерений. По результатам наблюдений определяем средние арифметические значения для каждого испытываемого экземпляра. Обозначим ряд этих значений Xi = Xi, X2, X3,..., Хт. Затем определим среднее арифметическое значение (XCD) резуль­татов этого ряда:

Среднее арифметическое значение XCD представляет собой оценку математического ожидания результата измерения величины XД всеми т экземплярами исследуемых средств измере­ний. Теперь можем получить оценку математического ожидания систематической составляющей погрешности средств измерений данного типа:

1. Характеристиками случайной составляющей погрешности средств измерений являются или среднее квадратическое откло­нение S[∆], или среднее квадратическое отклонение S[∆] и нор­мализованная автокорреляционная функция гд[т], или функция спектральной плотности S[ω].

Для определения среднего квадратического отклонения слу­чайной составляющей погрешности средства измерений также необходимо произвести два ряда наблюдений со стороны мень­ших и больших значений известной величины ХД. На практике, естественно, второй раз наблюдения не проводят, а используют результаты, полученные для определения систематической со­ставляющей. В этом случае на первом этапе определяют значе­ния погрешностей:

Среднее квадратическое отклонение случайной составляю­щей погрешности типа средств измерений не рассчитывается, а принимается равным предельно допустимому значению, уста­новленному для данного типа средств измерений (SД[∆]).

2. Характеристика случайной составляющей погрешности средств измерений от явлений гистерезиса — вариация К выходного сиг­нала (показаний) средства измерений.

Оценка вариации выходного сигнала экземпляра средств из­мерений производится по зависимости:

Вариация выходного сигнала средств измерений данного типа принимается равной установленному для типа значению (VД).

3. Характеристика погрешности средств измерений — значе­ние собственно погрешности.

Погрешность экземпляра средств измерений определяется по формуле:

Как следует из зависимости (3.10), погрешность средств изме­рений определенного типа рассматривается как случайная величи­на во всем интервале изменения значения влияющей величины.

4. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:

• функции влияния;

• величина изменения значений метрологических характе­ристик, обусловленная изменением влияющих величин в установленных пределах.

5. Динамические характеристики средств измерений подразде­ляются на характеристики, устанавливаемые для всех средств измерений, характеристики аналоговых средств измерений, ха­рактеристики цифровых измерительных приборов и аналого-цифровых преобразователей и характеристики цифроаналоговых преобразователей.

В качестве общих динамических характеристик устанавливаются:

• переходная характеристика;

• импульсная переходная характеристика;

• амплитудно-фазовая характеристика (АФХ);

• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), которая уста­навливается для минимально фазовых средств измерений;

• совокупность АЧХ и фазочастотной характеристик;

• передаточная функция.

К динамическим характеристикам аналоговых средств изме­рений относятся:

• время реакции;

• коэффициент демпфирования;

• постоянная времени;

• значение АЧХ на резонансной частоте;

• значение резонансной собственной круговой частоты.

Для аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых измерительных приборов (ЦИП), время реакции которых не превышает минимально возможного интервала времени между двумя измерениями, устанавливаются:

• время реакции;

• погрешность регистрации времени отсчета;

• максимальная частота (скорость) измерения.

К динамическим характеристикам цифроаналоговых преоб­разователей относятся:

• время реакции;

• переходная характеристика.

6. Входной и выходной импедансы.

Импеданс — характеристика, отражающая изменение по­грешности средства измерений за счет подключения к его входу (входной импеданс) или выходу (выходной импеданс) других

устройств.

7. Неинформативные параметры выходного сигнала средств измерений. Под неинформативными понимают параметры вы­ходного сигнала средств измерений, которые не несут в себе информации об измеряемой величине.

Перечисленные выше группы метрологических характери­стик являются основой, перечнем, из которого следует выбирать соответствующие специфике конкретного типа (экземпляра) средства измерений. Нормирование, т.е. количественное огра­ничение метрологических характеристик средств измерений, производят двумя способами:

(1) установлением номинальных (приписанных) значений, распространяющихся на все средства измерений данного типа и служащих для подбора типа, удовлетворяющего ус­ловиям проведения измерений, в том числе и по точности;

(2) установлением предельных, граничных значений, позво­ляющих решить все задачи по обеспечению единства из­мерений: осуществить поверку средств измерений; рас­считать как составляющие, так и суммарное значение по­грешности средства измерений и т.д.

Расчет характеристик погрешности средств измерений в ре­альных условиях эксплуатации, в весьма упрощенном виде представленный выше, базируется на положениях, установлен­ных в [59]. Используются два подхода к их определению:

(1) первый подход заключается в установлении значений ха­рактеристик расчетным путем статистическими методами по результатам экспериментальных исследований. Расчет базируется на пренебрежении факторами, имеющими ма­лое влияние, при наличии трех и более факторов, оказы­вающих заметное воздействие на величину той или иной метрологической характеристики. Характерная особен­ность метода — установление ширины доверительного интервала с заданным уровнем вероятности нахождения в нем реального значения характеристики;

(2) второй подход основан на суммировании предельных (максимально установленных любым путем: расчетным или теоретическим) значений составляющих с целью по­лучить предельные значения метрологических характери­стик средства измерений. Такой подход при наличии не­скольких влияющих величин дает за счет арифметическо­го суммирования завышенные, ухудшенные значения ха­рактеристик. Но при этом повышается гарантия, что ма­лозначимые, неучтенные факторы не окажут влияния на метрологические характеристики средства измерений. Фактически речь идет об определении метрологических характеристик с доверительной вероятностью, равной единице. Этот метод предпочтителен для определения метрологических характеристик средств измерений, при­меняемых при проведении особо важных и дорогостоя­щих экспериментов.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...