 |
Статические характеристики средств измерений.
|
|
|
|
В общем случае состояние (режим работы) измерительного устройства, при котором значения входного X и выходного Y сигналов не изменяются, называют статическим (стационарным или равновесным).
Статической характеристикой измерительного устройства называют функциональную зависимость выходного сигнала от входного в статическом режиме работы указанного устройства. Статическая характеристика описывается в общем случае некоторым нелинейным уравнением (уравнением преобразования):
Y = f(X). (2.1)
Для измерительных преобразователей и измерительных приборов с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц измеряемой величины, статическую характеристику принято называть функцией преобразования. Для измерительных приборов иногда статическую характеристику называют характеристикой шкалы.
Определение статической характеристики связано с выполнением градуировки, поэтому для всех средств измерений используют понятие градуировочной характеристики, под которым понимают зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленную в виде таблицы, графика или формулы.
На рис.2.1 показаны виды статических характеристик измерительных устройств. За исключением специальных случаев основное требование, предъявляемое к статической характеристики измерительных устройств, сводится к получению линейной зависимости между выходной и входной величинами. На практике это требование реализуется в общем случае только с некоторой принятой заранее погрешностью.
|
На рис.2.2 представлено шкальное отсчетное устройство измерительного прибора, имеющего линейную статическую характеристику.
|
|
|
Кроме статической характеристики для определения метрологических свойств измерительных устройств используется ряд параметров.
|
Начальное значение шкалы (НЗШ) - наименьшее значение измеряемой величины, указанное на шкале прибора (рис.2.2).
Конечное значение шкалы (КЗШ) - наибольшее значение измеряемой величины, указанное на шкале прибора (рис.2.2).
Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.
Диапазон измерений (рабочая часть шкалы) - область значений измеряемой величины (на шкале прибора), для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений.
Верхний предел измерений - наибольшее значение диапазона измерений.
Нижний предел измерений - наименьшее значение диапазона измерений.
В частном случае указанные диапазоны могут совпадать.
Применительно к измерительным устройствам вообще диапазон измерений часто называют рабочим диапазоном преобразований.
Из сказанного следует, что диапазон измерений определяется разностью значений верхнего и нижнего пределов измерений по входной и выходной величинам (Xв - Xн, Yв - Yн).
Для количественной оценки влияния на выходной сигнал измерительного устройства входного сигнала в произвольной точке (рис.2.1) статической характеристики служит предел отношения приращения ΔY выходного сигнала к приращению ΔX входного сигнала, когда последнее стремится к нулю, т.е. производная в выбранной точке:
S = lim (ΔY/ΔX) = dY/dX, при ΔX® 0. (2.2)
Применительно к измерительным приборам этот параметр называют чувствительностью и определяют как отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Графически чувствительность определяется как тангенс угла наклона a касательной (рис.2.1), проведенной в выбранной точке А статической характеристики.
|
|
|
Если статическая характеристика измерительного прибора нелинейна (кривая 1 на рис.2.1), то его чувствительность будет различной в разных точках характеристики, а шкала прибора - неравномерной. Приборы с линейной (прямая 2 на рис.2.1) и пропорциональной (прямая 3 на рис.2.1) статической характеристиками имеют неизменную в любой точке шкалы чувствительность и равномерную шкалу.
Средняя чувствительность - отношение диапазона измерений выходного сигнала (Yв - Yн) к диапазону измерений входного сигнала (Xв - Xн):
Sср = 
(2.3)
Для большинства измерительных преобразователей функция преобразования линейна (рис.2.1 прямая 2), т.е.:
Y = К× (X - Xн) + Yн, (2.4)
где К - постоянный коэффициент, называемый коэффициентом преобразования.
В частном случае значения Yн и Xн могут быть равны нулю. Тогда функция преобразования имеет вид:
Y = К × X. (2.5)
Коэффициент преобразования - отношение приращения DY сигнала на выходе измерительного преобразователя к вызвавшему его приращению DX входного сигнала:
К = 
. (2.6)
Для измерительных приборов важным параметром является цена деления, определяемая как разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Физически цена деления определяется количеством единиц входной величины, содержащихся в одном делении шкалы измерительного прибора:
Ц = 
, (2.7)
где n - число делений шкалы.
В научно-технической литературе используется понятие порога чувствительности (порога реагирования) измерительного устройства, под которым понимают то наименьшее изменение входного сигнала, которое вызывает уверенно фиксируемое изменение выходного сигнала. Как правило наблюдатель, осуществляющий измерение, уверенно может заметить смещение стрелки на половину деления шкалы, поэтому порог чувствительности можно считать равным половине цены деления.
Для измерительных устройств принято различать номинальную и реальную функции преобразования.
Номинальной или идеальной функцией пребразования называют функцию преобразования, которая приписана измерительному устройству данного типа, указана в его паспорте и используется при выполнении с его помощью измерений.
|
|
|
