Метрологические характеристики средств измерений

Возможности использования средств измерений, а также их точностные свойства определяются их метрологическими характеристиками [4].

Метрологическая характеристика средства измерений (MX) – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Различают нормируемые метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами на средства измерений, и действительные характеристики, определяемые экспериментально. Метрологические характеристики весьма разнообразны, они существенно различаются по значимости и информативности и существенно зависят от типа средств измерений.

Для средств измерений, осуществляющих измерительное преобразование измеряемой физической величины, широко применяют интегральную метрологическую характеристику, которая отражает действительную функцию преобразования (так называемая градуировочная характеристика). Градуировочная характеристика средства измерения – зависимость между значениями величин на входе и выходе средства измерений, полученная экспериментально. Градуировочная характеристика может быть выражена в виде формулы, графика или таблицы. Выраженную в виде формулы или графика, номинальную характеристику называют функцией преобразования средства измерений. В некоторых метрологических источниках номинальную и экспериментальную функции преобразования называют статическими характеристиками измерительных приборов, противопоставляя их полным динамическим характеристикам [12].

Наряду с интегральными метрологическими характеристиками для средств измерений предусмотрены возможности назначения и контроля множества различных частных характеристик. Часть из них представляет интерес для пользователя, другие принципиально важны только для разработчиков средств измерений. К последним можно отнести такие как:

· длина деления шкалы – расстояние между осями (или центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы;

· длина шкалы – длина линии, проходящей через центры всех самых коротких отметок шкалы средства измерений и ограниченной начальной и конечной отметками;

· чувствительность – свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Примеры характеристик, важных и для пользователя, и для разработчиков:

· диапазон показаний средств измерений – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы. Для приборов с дискретным (цифровым, числовым) устройством отображения измерительной информации диапазон показаний определяется видом выходного кода и числом разрядов кода. Код может быть десятиричный (десятичный), двенадцатиричный, шестнадцатиричный и другой, например, семиричный код для дней недели;

· диапазон измерений средства измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений;

· 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;

· порог чувствительности средства измерений – характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством;

· зона нечувствительности средства измерений – диапазон значений измеряемой величины, в пределах которого ее изменения не вызывают выходного сигнала средства измерений, иногда эту зону называют мертвой;

· дрейф показаний средства измерений – изменение показаний средства измерений во времени, обусловленное изменением влияющих величин или других факторов;

· цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений.

Для выбора номенклатуры и назначения метрологических характеристик важно определить вид конкретного средства измерений, поскольку для разных СИ используют различные МХ и комплексы МХ. Метрологические характеристики средств измерений (МХ СИ) различных видов существенно отличаются по номенклатуре. Метрологические характеристики средств измерений по ГОСТ 8.009-84 делят на следующие группы:

· характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки). Такие МХ можно назвать номинальными;

· характеристики погрешностей СИ;

· характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам, которые тоже можно отнести к характеристикам погрешностей;

· динамические характеристики СИ;

· неинформативные параметры выходного сигнала СИ.

Для измерительных приборов в качестве интегральных метрологических характеристик можно рассматривать номинальные (рис. 29а) и реальные функции преобразования (реальная функция есть градуировочная характеристика прибора). Реальные функции преобразования измерительных приборов могут значимо отличаться от номинальных. Результатом их проявления является:

а) поступательное смещение градуировочной характеристики относительно номинальной характеристики прибора и возникновение погрешности, постоянной в каждой точке шкалы; эта погрешность называется аддитивной (рис. 29б);

б) поворот градуировочной характеристики и появление погрешности, линейно возрастающей или убывающей с ростом измеряемой величины и называемой мультипликативной погрешностью (рис. 29в);

в) нелинейные искажения градуировочной характеристики (рис. 29г);

г) появление погрешности обратного хода, выражающейся в несовпадении градуировочных характеристик прибора при увеличении и уменьшении измеряемой величины (рис. 29д).

 

Рис.29. Номинальные и реальные функции преобразования измерительного прибора

 

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность.

Под абсолютной погрешностью измерительного прибора понимается разность между его показанием Х_П и действительным значением Х_Д значениями (11):

(11)

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины (12):

(12)

Разновидностью относительной является приведенная погрешность средства измерений, равной отношению абсолютной погрешности средства измерений к некоторому нормирующему значению Х_N (13):

(13)

Часто за нормирующее значение принимают верхний предел измерений.

Систематическая погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся.

Случайная погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.

В зависимости от условий использования средств измерений и режима измерений принято различать основную и дополнительную, статическую и динамическую погрешности.

Основная погрешность средства измерений – погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

Погрешности являются характеристикой точности средства измерений. Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика данного типа средств измерений, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Класс точности средств измерений конкретного типа указывают в нормативных документах, используя шкалу порядка, либо шкалу отношений. В последнем случае число, обозначающее класс точности, отражает относительную погрешность средства измерений.

Основной характеристикой погрешности, нормированной в РМГ 29 – 99 является предел допускаемой погрешности.

Предел допускаемой погрешности средства измерений – наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению. При превышении установленного предела погрешности средство измерений признается не годным для применения в данном классе точности [7].

В ГОСТ 8.009-84 в характеристики погрешностей измерительного прибора или преобразователя входят:

· значение погрешности СИ;

· значение случайной составляющей погрешности СИ;

· значение среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности СИ;

· значение среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности СИ и нормализованная автокорреляционная функция;

· значение случайной составляющей погрешности СИ от гистерезиса (от вариации выходного сигнала);

· значение систематической составляющей погрешности СИ;

· комплекс в составе: значение систематической составляющей погрешности СИ, или значение среднего квадратического отклонения систематической составляющей погрешности СИ и математическое ожидание систематической составляющей погрешности СИ.

Динамические характеристики, входящие в МХ конкретного средства измерений, делятся на полную динамическую характеристику и частные динамические характеристики.

Примеры полных динамических характеристик СИ:

· переходная характеристика h(t) – временная характеристика средства измерений, полученная при ступенчатом изменении входного сигнала;

· импульсная переходная характеристика g(t) – временная характеристика средства измерений, получаемая при в результате приложения ко входу средства измерений входного сигнала в виде дельта-функции;

· амплитудно-частотная характеристика A(ω) – зависящее от круговой частоты отношение амплитуды выходного сигнала линейного СИ в установившемся режиме к амплитуде входного синусоидального сигнала.

Использовать для измерений следует только те средства, которые признаны метрологически исправными. Нарушение хотя бы одной нормированной характеристики считается метрологическим отказом средства измерений, даже если оно сохранило техническую работоспособность.

Метрологическая исправность средства измерений – состояние средства измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.

Метрологический отказ средства измерений – выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы.

Метрологическая надежность средства измерений – надежность средства измерений в части сохранения его метрологической исправности.

Метрологическую исправность средств измерений устанавливают по результатам их поверки или калибровки [4].

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: