 |
Метрологические характеристики средств измерений
|
|
|
|
1.Метрологическая характеристика средства измерений (МХ СИ) - характеристика одного из свойств средства измерений, влияющих на результат измерений или его погрешность. Основными метрологическими характеристиками являются диапазон измерений и различные составляющие погрешности средства измерений.
Диапазон измерений средства измерений - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.
Класс точности средства измерений - обобщенная характеристика средства измерений, выражаемая пределами его допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
Метрологическая исправность средства измерений - состояние средства измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.
Метрологическая надежность средства измерений - свойство средства измерений сохранять его метрологическую исправность в течение заданного интервала времени.
Метрологический отказ средства измерений - выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы.
Нестабильность средства измерений - изменение во времени метрологических характеристик средства измерений за установленный интервал времени. Во многих случаях нестабильность обусловлена старением отдельных элементов средства измерений.
Стабильность средства измерений - качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических свойств.
Номинальное значение меры - значение физической величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении. Обычно номинальное значение меры устанавливается нормативно-техническим документом, которым пользуются при изготовлении.
|
|
|
В качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства 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 (градуировочная характеристика) – 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.
Нормируемая метрологическая характеристика - метрологическая характеристика средства измерений, устанавливаемая нормативно-техническими документами.
Нормируемые метрологические характеристики (НМХ) СИ регламентируются ГОСТ 8.009-84. "Нормируемые метрологические характеристики средств измерений". К основным НМХ относится, например, погрешность СИ, номинальная функция преобразования или коэффициент преобразования измерительного преобразователя, чувствительность, диапазон измерений, выходное сопротивление.
Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения.
Вариация показаний измерительного прибора (вариация показаний) – 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 (порог чувствительности) – характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.
|
|
|
Для выбора номенклатуры и назначения метрологических характеристик (МХ) 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 (МХ) средств измерений по ГОСТ 8.009-84 делят на следующие группы:
ü характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки). Такие МХ можно назвать номинальными;
ü характеристики погрешностей СИ;
ü характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам, которые тоже можно отнести к характеристикам погрешностей;
ü динамические характеристики СИ;
ü неинформативные параметры выходного сигнала СИ (предпочтительно рассматривать неинформативные параметры сигнала измерительной информации).
Вопросы и задания.
89. Какие МХ СИ являются основными?
90. Что такое нормируемые метрологические характеристики?
91. Что такое диапазон измерения СИ?
92. Каким документом регламентируются НМХ СИ?
93. На какие группы делят МХ СИ?
Погрешность измерения
1.Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.
Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного (это отклонение принято называть ошибкой измерения). Возможно лишь оценить величину этого отклонения, например, при помощи статистических методов. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины, т.е. значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.
Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность.
|
|
|
Точность средства измерений — степень совпадения показаний измерительного прибора с истинным значением измеряемой величины. Чем меньше разница, тем больше точность прибора. Точность эталона или меры характеризуется погрешностью или степенью воспроизводимости. Точность измерительного прибора, откалиброванного по эталону, всегда хуже или равна точности эталона.
Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Следует отметить, что о повышении качества измерений всегда говорят термином «увеличить точность» — притом, что величина, характеризующая точность, при этом должна уменьшиться.
Официально к измерительным приборам относят только средства измерения, включённые в Госреестр. Внесение в Госреестр средств измерений в обязательном порядке сопровождается утверждением методики поверки средства измерения на предмет соответствия заявленной в сертификате точности. Как правило, реальная точность прибора после калибровки существенно выше, чем сертифицированная точность. Это связано с тем, что измерительный прибор должен гарантировать паспортную точность не только сразу после калибровки, но в течение всего межповерочного интервала.
2. В зависимости от характеристик измеряемой величины для определения погрешности измерений используют различные методы.
Метод Корнфельда, заключается в выборе доверительного интервала в пределах от минимального до максимального результата измерений, и погрешность как половина разности между максимальным и минимальным результатом измерения:
.
Доверительный интервал в математической статистике — это интервал, построенный с помощью случайной выборки из распределения с неизвестным параметром, такой, что он накрывает данный параметр с заданной вероятностью.
|
|
|
Средняя квадратическая погрешность:
Среднеквадратическое отклонение или стандартное отклонение — в теории вероятностей и статистике наиболее распространенный показатель рассеивания значений случайной величины относительно её математического ожидания. Измеряется в единицах измерения самой случайной величины. Равно корню квадратному из дисперсии случайной величины.
3. Погрешности классифицируют
А. по форме представления:
1) абсолютная погрешность — ΔX является оценкой абсолютной ошибки измерения. Величина этой погрешности зависит от способа её вычисления, который, в свою очередь, определяется распределением случайной величины;
2) относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины (относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах):
;
3) приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона;
Б. по причине возникновения:
1) инструментальные (приборные) погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора;
2) методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики;
3) субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора;
В технике применяют приборы для измерения лишь с определённой заранее заданной точностью — основной погрешностью, допускаемой нормали в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора.
по характеру проявления:
4) случайная погрешность — погрешность, меняющаяся (по величине и по знаку) от измерения к измерению;
Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов (трение в механических приборах и т. п.), тряской в городских условиях, с несовершенством объекта измерений (например, при измерении диаметра тонкой проволоки, которая может иметь не совсем круглое сечение в результате несовершенства процесса изготовления), с особенностями самой измеряемой величины (например при измерении количества элементарных частиц, проходящих в минуту через счётчик Гейгера).
5) систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определённому закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени);
|
|
|
6) прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени;
7) грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи).
Более подробно классификация погрешностей рассматривается в курсе «Физические основы измерений».
Вопросы и задания.
94. Что такое погрешность измерения?
95. Какие методы используют для определения погрешностей?
96. Как классифицируют погрешности?
|
|
|
