Нормируемые метрологические характеристики СИ

Для каждого СИ вводятся и нормируются определенные метрологические характеристики (МХ), которые показывают степень соответствия информации об измеряемой величине, содержащейся в выходном сигнале, ее истинному значению. Метрологические характеристики СИ оказывают влияние на результат измерения и его погрешности. МХ, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными.

Метрологические характеристики СИ позволяют: определить результаты измерений и рассчитать инструментальную составляющую погрешности измерения; произвести оптимальный выбор СИ для обеспечения требуемого качества измерений; сравнить СИ различных типов с учетом условий применения. Выделяют шесть групп нормируемых метрологических характеристик СИ.

Первая группа регламентирует МХ, предназначенные для определения показаний средства измерений: функцию преобразования, значения мер, цену деления или единицу наименьшего разряда кода, в котором представляют результат измерения, вид выходного кода, число разрядов кода.

Функция преобразования Y=F(X) – зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала. При разработке СИ стремятся к тому, чтобы обеспечить линейную связь между входной и выходной величинами. Тогда функцию преобразования можно записать в виде Y=S× X, где S - коэффициент преобразования (усиление или чувствительность). Функция преобразования (в виде формулы, таблицы, графика) используется для определения значений измеряемой величины с помощью СИ по известному информативному параметру выходного сигнала. Функция X=F^-1(U), обратная функции преобразования, называется градуировочной характеристикой.

Одной из важнейших метрологических характеристик ИП является чувствительность S. Для линейной характеристики чувствительность рассчитывать как отношение величины Y выходного сигнала к величине X входного сигнала S=Y/X.

Величину, обратную чувствительности C=1/S, называют постоянной средства измерений или масштабным коэффициентом. Если функция преобразования F нелинейная, вводится понятие дифференциальной чувствительности S_d=dF(X)/X.

Размерности чувствительности S и дифференциальной чувствительности S_d совпадают; они безразмерны только в том случае, когда X и Y имеют одинаковую размерность. Другой мерой чувствительности нелинейного преобразователя служит безразмерный коэффициент чувствительности =Sd/S (для линейной системы =1).

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ.

Пределы измерения – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерения. Для мер – номинальное значение воспроизводимой величины (например, для кварцевого генератора – значение частоты его колебаний).

Цена деления шкалы – разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной – переменную. В этом случае нормируют минимальную цену деления.

В цифровых СИ используют нормированные характеристики цифрового кода – вид выходного кода, число его разрядов, цена единицы младшего разряда.

Вторая группа метрологических характеристик определяет основную погрешность без учета динамики процесса измерения, третья группа определяет дополнительную погрешность. Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности измерения делятся на основные и дополнительные.

Основная погрешность – это погрешность СИ при нормальных условиях эксплуатации:

- температура 20±5 ^оС;

- относительная влажность воздуха 65±15% при 20 ^оС;

- атмосферное давление 97, 4…104 кПа;

- напряжение питания 220 В ±10% с частотой 50 Гц ±1%;

- отсутствие электрических и магнитных полей.

Дополнительная погрешность нормируется, если рабочие условия измерения отличаются от нормальных более широким диапазоном влияющих величин. Обобщенной характеристикой точности средства измерений, определяемой пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей и другими свойствами, является класс точности СИ.

Четвертая группа метрологических характеристик используется для регламентации точности СИ, работающих в динамических условиях, или при динамических измерениях. Динамические характеристики проявляются в том, что на выходной сигнал СИ влияют не только значения входного сигнала, но и любые изменения этих значений во времени.

Пятая группа – импедансные характеристики. Они описывают свойства средства измерений обмениваться энергией с подключенными к нему через входные и выходные цепи объектами. Для электрических СИ – это входные и выходные сопротивления и емкости, для контактных линейных измерений - измерительное усилие.

Шестая группа метрологических характеристик регламентирует диапазоны тех параметров выходного сигнала, которые не содержат непосредственной информации о значении измеряемой величины, но могут влиять на точность измерений.

К неметрологическим характеристикам СИ относят показатели надежности, устойчивости к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима, напряжение питания, потребляемую мощность.

 

Погрешности СИ

Погрешности средств измерений, называемые также инструментальными погрешностями, классифицируют по нескольким признакам.

По форме представления погрешности средств измерений разделяют на абсолютные, относительные и приведенные. Если абсолютная погрешность не зависит от измеряемой величины ( Δ _СИ=a ), она называется аддитивной. Максимально допустимое значение относительной погрешности ( δ _СИ=a/x ) определяет нижний предел диапазона измерений данного СИ. Примеры аддитивных погрешностей – от неточной установки на нуль стрелки прибора перед измерением, от термо-ЭДС в цепях постоянного тока.

В случае, когда абсолютная погрешность пропорциональна измеряемой величине ( Δ _СИ=b·x ), ее называют мультипликативной; относительная погрешность в этом случае остается неизменной во всем диапазоне измерений ( δ _СИ=b ). Причинами мультипликативных погрешностей могут быть: изменение коэффициента усиления усилителя, изменение жесткости мембраны манометра или пружины прибора, изменение опорного напряжения в цифровом вольтметре. Абсолютная погрешность, имеющая сложный характер зависимости от измеряемой величины, называется нелинейной.

Приведенная погрешность – это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность средства измерений отнесена к условно принятому (нормирующему) значению x_н: γ = Δ / x_н. Для аналоговых СИ в качестве нормирующего чаще всего принимают наибольшее значение по шкале прибора.

В зависимости от характера изменения во времени измеряемых величин погрешности СИ делят на статические и динамические. Статическая погрешность – это погрешность средства измерения в случае, когда измеряемая величина остается неизменной во время измерения. Динамической называют погрешность, которая возникает дополнительно при измерении переменной величины и обусловлена несоответствием реакции СИ на скорость (частоту) изменения измеряемого сигнала.

Специфической разновидностью погрешности СИ, возникающей в цифровых приборах и дискретных преобразователях, является погрешность квантования. При плавном измерении входной величины цифровой прибор не может дать других показаний, кроме ряда дискретных значений. Поэтому при номинально линейной функции преобразования реальная характеристика цифрового прибора представляет собой ступенчатую кривую (“лесенку”). Текущая разность номинальной и реальной характеристик цифрового прибора и составляет погрешность квантования. Эту погрешность можно определить как инструментальную случайную аддитивную статическую погрешность.

 

⇐ Предыдущая12345678910

Поделиться: