 |
Метрологические характеристики СИ
|
|
|
|
Все средства измерений независимо от их исполнения обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками средств измерений.
Метрологические характеристики (МХ), устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормированными, а определяемые экспериментально – действительными.
В зависимости от специфики и назначения средств измерений. нормируются различные наборы или комплекты метрологических характеристик. Однако эти комплекты должны быть достаточны для учета свойств СИ при оценке погрешностей измерений, производимых в условиях измерений, оговоренных в технических условиях на средства измерений.
Принципы нормирования метрологических характеристик определяются соответствующим стандартом. В соответствии со стандартом метрологические характеристики средств измерений используются для определения результата измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений, расчета метрологических характеристик каналов измерительных систем, оптимального выбора средств измерений, а также предназначенные для использования в качестве контролируемых характеристик средств измерений на соответствие установленным нормам.
Комплекс метрологических характеристик средств измерений конкретных видов или типов устанавливают достаточным для определения результатов измерений и расчетной оценки с требуемой точностью характеристик инструментальных составляющих погрешностей измерений, проводимых с помощью средств измерений данного вида или типа в реальных условиях применения.
|
|
|
Метрологические характеристики, входящие в установленный комплекс, выбирают такие, чтобы обеспечить возможность их контроля при приемлемых затратах. В эксплуатационной документации на средства измерений указывают рекомендуемые методы расчета инструментальной составляющей погрешности измерений при применении средств измерений данного типа в реальных условиях в пределах нормированных рабочих условий применения.
Комплексы нормируемых метрологических характеристик выбираются из числа приведенных ниже характеристик.
5.2.1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений.
Они определяют соотношение между сигналами на входе и выходе средств измерений в статическом режиме. Простейшие характеристики, по которым можно осуществлять выбор средств измерения:
· цена деления шкалы,
· диапазон показаний по шкале
· диапазон измерений.
Зависимость выходного сигнала средства измерения от входного называется градуировочная характеристика, представляемая в виде таблицы, графика.
Для механических измерений характерна линейная градуировочная характеристика. В этом случае нет необходимости ее представлять в виде графика.
Отношение выходного сигнала СИ к входному называется чувствительностью. Применительно к измерительным преобразователям это отношение называют также коэффициент преобразования (коэффициент передачи).
Порог чувствительности присущ всем средствам измерения − характеристика СИ в виде наименьшего значения ф.в., начиная с которого может производиться измерение данным средством.
Стабильность средств измерения во времени − фактически это стабильность градуировочной характеристики. Неоднозначность ее при увеличении (уменьшении) входной величины − вариация соответствует наибольшей разности входных сигналов, при одном и том же значении выходного.
|
|
|
Вариация показаний измерительного прибора − разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.
5.2.2. Характеристики погрешности.
При оценке погрешностей технических измерений большое значение имеют метрологические характеристики СИ.
К метрологическим характеристикам средств измерения относятся основная и дополнительная погрешность, а также класс точности.
Класс точности − обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешности, а также других свойств СИ влияющих на на точность.
Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей для каждого из классов точности должны устанавливаться в виде абсолютной, приведенной или относительной погрешности (ГОСТ 8.401-80). Он лишь позволяет судить, в каких пределах находится погрешность средства измерения данного типа, т.к. есть еще метод, условия измерений и т.д.
Классы точности устанавливаются в стандартах или технических условиях. Средство измерения может иметь два и более класса (если несколько диапазонов или несколько измеряемых величин).
Пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливаются по формулам
D = ±а или D = ±(а+bx),
где x − значение по шкале, а и b − положительные числа, не зависящие от х.
Первая описывает чисто аддитивную погрешность, а вторая − сумму аддитивной и мультипликативной погрешности.
Для обозначения используются прописные латинские буквы или римские цифры. В обозначении меньшая погрешность − ближе к началу алфавита. Например:“Класс точности М”.
Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяются
g = D/xN = ± p,
xN − нормирующее значение (обычно максимальное значение шкалы),
р − отвлеченное число, выбираемое из ряда (1;1,5;2;2,5;4;5;6)·10n;
n = 1;0-1;-2... xN больший из пределов измерений (или модулей) для средств измерения с равномерной или степенной шкалами и для измерительных преобразователей, если нулевое значение выходного сигнала находится на краю или вне диапазона измерений. Для СИ, шкала которых имеет условный нуль, xN равно модулю разности пределов измерений.
|
|
|
Обозначают конкретным числом на циферблате, щитке или корпусе − 
, здесь A − конкретное число над уголком.
Пределы допускаемой относительной основной погрешности определяются по формуле
/x = 
если 
= 
.
Значение постоянного числа 
устанавливается также, как и значение числа р. Обозначается числом в кружке.
В случае, если абсолютная погрешность задается формулой D = ±(а+bx), пределы относительной основной погрешности, часто выражаемой в процентах
d = ± 
,
где c, d- положительные числа, выбираемые из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)·10 n; n = 1;0-1;-2...и т.д.;
- больший (по модулю) из пределов измерений. Обозначается в виде “ 0,02/0,01 ”, где- числитель с, знаменатель d, равные, например 0,02 и 0,01 соответственно.
Пример.
Отсчет по равномерной шкале с нулевой отметкой и предельным значением 50А составил 25А. Пренебрегая другими видами погрешностей, оценить пределы допускаемой абсолютной погрешности этого отсчета при условии, что класс точности прибора равен:
; 
, 
.
1. В первом случае, подставляя в формулу при с = 0,02, d = 0,01, x = 25A, xk = 50A и относительной погрешности в процентах получим:
2. Учитывая, что нормирующее значение xN равно пределу измерения 50А, получим:
3. Для прибора класса точности:
6. Обработка результатов измерений
Полученный результат измерений обычно используется для сравнения с другими результатами измерений для дальнейших расчетов, поэтому указывают не только полученный результат, но и оценку случайных и неисключенных систематических погрешностей. Характеристики погрешностей указываются в единицах измеряемой величины либо в процентах относительно результата.
При использовании термина “результат измерения” следует указать, к чему он относится: показанию СИ, исправленному или неисправленному результату, усреднялись или нет результаты нескольких измерений. Результат измерений с поправками на действие предполагаемых систематических погрешностей называется исправленным.
|
|
|
|
|
|
