<<
>>

3.4. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

Эксплуатация средств измерений часто происходит за пределами нормальных условий, но при сохранении их работоспособности.

¦ Составляющая погрешности, возникающая дополнительно к основной вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от установленного для нее диапазона нормальных условий, называется дополнительной погрешностью средства измерений.

¦

Дополнительные погрешности нормируются, как правило, в удельной форме. Например, в процентах с соответствующим знаком на каждые 10°С изменения температуры от номинального значения и т.п.

Одни и те же средства измерений могут применяться для измерений неизменных по величине физических величин и величин, изменяющихся по величине за время измерения. Если это различие приводит к изменению погрешности средства измерений, то говорят о наличии статической и динамической погрешностей средства измерений.

Погрешность средства измерений — его основная метрологическая характеристика. Все характеристики средства измерений как технического устройства классифицируются в качестве метрологических в зависимости от их влияния на величину погрешности: если какая-либо характеристика оказывает влияние, то она считается метрологической. В общем случае к метрологическим характеристикам средств измерений относят назначение, диапазон измерений, погрешность, влияющие величины [3].

Назначение указывает на то, какая физическая величина (или величины), в каких единицах (или шкалах) и в каком диапазоне (или диапазонах) измеряется данным средством измерений.

Влияющими являются величины, которые не указаны в назначении средства измерений, но оказывают влияние на его показания. Влияющие величины по отношению к объекту измерения подразделяются на внутренние и внешние.

Внешние влияющие величины характеризуют условия проведения измерений: температуру окружающего воздуха; его влажность; атмосферное давление; вибрацию основания, на котором размещается средство измерений; горизонтальность основания и т.п.

Внутренние влияющие величины характеризуют объект измерений, но не измеряются данным средством измерений. Их иногда называют неинформативными параметрами измерительного сигнала. Например, на показания напряжения переменного тока влияет его частота, и наоборот; на показания расходомера влияет вязкость измеряемой жидкости и т.п. Разработаны правила, в соответствии с которыми для каждого средства измерений должны приводиться все его метрологические характеристики. В противном случае, естественно, нарушаются требования единства измерений, так как результаты измерений воспроизвести невозможно. Эти правила сформулированы в ГОСТ 8.009—84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». Характеристики делятся на группы:

• характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки):

— функция преобразования измерительного преобразователя (прибора с неименованной шкалой или со шкалой, градуированной в единицах, отличных от единиц входной величины);

— значение однозначной или значения многозначной меры;

— цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

— вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде;

• характеристики, систематической погрешности средства измерений:

— значение систематической составляющей Ас ;

— значения систематической составляющей Ас , математического ожидания М[АС] и среднего квадратического отклонения S[ Ac ] систематической составляющей.

Задание математического ожидания и среднего квадратического отклонения для систематической погрешности практикуется в связи с тем, что для множества экземпляров средств измерений одного типа она рассматривается в качестве случайной величины. Если значения математического ожидания и среднего квадратического отклонения систематической погрешности изменяются по времени, то необходимо их нормировать в функциональной зависимости от времени.

Методика оценки характеристик систематической погрешности средств измерений регламентирована руководящим документом РД 50-453—84 «ГСИ. Характеристики погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы расчета».

Для определения значения Ас выполняют два ряда наблюдений (операций, проводимых при измерении и имеющих целью своевременный и правильный отсчет показаний средства измерений) известной с достаточной точностью величины Лд, подаваемой на вход. При выполнении наблюдений первого ряда значение входной величины X медленно и плавно подводим к требуемому значению Xд со стороны меньших значений. Получаем ряд значений, который обозначим XMi = ХM, ХМ2, ХM3, …, Хмп-При выполнении наблюдений второго ряда величину X подводим к значению Хд со стороны больших значений и получаем ряд значений, который обозначим ХБi = ХБ1, ХБ2, ХБ3, …, ХБn. Для каждого ряда наблюдений находим среднее арифметическое значение систематической погрешности:

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image009.jpg

Для совокупности средств измерений данного типа характеристики систематической составляющей погрешности определяются путем проведения многократных наблюдений известной величины XД сравнительно большим числом (т) экземпляров средств измерений. По результатам наблюдений определяем средние арифметические значения для каждого испытываемого экземпляра. Обозначим ряд этих значений Xi = Xi, X2, X3, ..., Хт. Затем определим среднее арифметическое значение (XCD) результатов этого ряда:

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image010.jpg

Среднее арифметическое значение XCD представляет собой оценку математического ожидания результата измерения величины XД всеми т экземплярами исследуемых средств измерений.

Теперь можем получить оценку математического ожидания систематической составляющей погрешности средств измерений данного типа:

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image011.jpg

1. Характеристиками случайной составляющей погрешности средств измерений являются или среднее квадратическое отклонение S[?], или среднее квадратическое отклонение S[?] и нормализованная автокорреляционная функция гд[т], или функция спектральной плотности S?[?].

Для определения среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности средства измерений также необходимо произвести два ряда наблюдений со стороны меньших и больших значений известной величины ХД. На практике, естественно, второй раз наблюдения не проводят, а используют результаты, полученные для определения систематической составляющей. В этом случае на первом этапе определяют значения погрешностей:

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image012.jpg

Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности типа средств измерений не рассчитывается, а принимается равным предельно допустимому значению, установленному для данного типа средств измерений (SД[?]).

2. Характеристика случайной составляющей погрешности средств измерений от явлений гистерезиса — вариация К выходного сигнала (показаний) средства измерений.

Оценка вариации выходного сигнала экземпляра средств измерений производится по зависимости:

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image013.jpg

Вариация выходного сигнала средств измерений данного типа принимается равной установленному для типа значению (VД).

3. Характеристика погрешности средств измерений — значение собственно погрешности.

Погрешность экземпляра средств измерений определяется по формуле:

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image014.jpg

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image015.jpg

Как следует из зависимости (3.10), погрешность средств измерений определенного типа рассматривается как случайная величина во всем интервале изменения значения влияющей величины.

4. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:

• функции влияния;

• величина изменения значений метрологических характеристик, обусловленная изменением влияющих величин в установленных пределах.

5. Динамические характеристики средств измерений подразделяются на характеристики, устанавливаемые для всех средств измерений, характеристики аналоговых средств измерений, характеристики цифровых измерительных приборов и аналого-цифровых преобразователей и характеристики цифроаналоговых преобразователей.

В качестве общих динамических характеристик устанавливаются:

• переходная характеристика;

• импульсная переходная характеристика;

• амплитудно-фазовая характеристика (АФХ);

• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), которая устанавливается для минимально фазовых средств измерений;

• совокупность АЧХ и фазочастотной характеристик;

• передаточная функция.

К динамическим характеристикам аналоговых средств измерений относятся:

• время реакции;

• коэффициент демпфирования;

• постоянная времени;

• значение АЧХ на резонансной частоте;

• значение резонансной собственной круговой частоты.

Для аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых измерительных приборов (ЦИП), время реакции которых не превышает минимально возможного интервала времени между двумя измерениями, устанавливаются:

• время реакции;

• погрешность регистрации времени отсчета;

• максимальная частота (скорость) измерения.

К динамическим характеристикам цифроаналоговых преобразователей относятся:

• время реакции;

• переходная характеристика.

6. Входной и выходной импедансы.

Импеданс — характеристика, отражающая изменение погрешности средства измерений за счет подключения к его входу (входной импеданс) или выходу (выходной импеданс) других

устройств.

7. Неинформативные параметры выходного сигнала средств измерений. Под неинформативными понимают параметры выходного сигнала средств измерений, которые не несут в себе информации об измеряемой величине.

Перечисленные выше группы метрологических характеристик являются основой, перечнем, из которого следует выбирать соответствующие специфике конкретного типа (экземпляра) средства измерений. Нормирование, т.е. количественное ограничение метрологических характеристик средств измерений, производят двумя способами:

(1) установлением номинальных (приписанных) значений, распространяющихся на все средства измерений данного типа и служащих для подбора типа, удовлетворяющего условиям проведения измерений, в том числе и по точности;

(2) установлением предельных, граничных значений, позволяющих решить все задачи по обеспечению единства измерений: осуществить поверку средств измерений; рассчитать как составляющие, так и суммарное значение погрешности средства измерений и т.д.

Расчет характеристик погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации, в весьма упрощенном виде представленный выше, базируется на положениях, установленных в [59]. Используются два подхода к их определению:

(1) первый подход заключается в установлении значений характеристик расчетным путем статистическими методами по результатам экспериментальных исследований. Расчет базируется на пренебрежении факторами, имеющими малое влияние, при наличии трех и более факторов, оказывающих заметное воздействие на величину той или иной метрологической характеристики. Характерная особенность метода — установление ширины доверительного интервала с заданным уровнем вероятности нахождения в нем реального значения характеристики;

(2) второй подход основан на суммировании предельных (максимально установленных любым путем: расчетным или теоретическим) значений составляющих с целью получить предельные значения метрологических характеристик средства измерений. Такой подход при наличии нескольких влияющих величин дает за счет арифметического суммирования завышенные, ухудшенные значения характеристик. Но при этом повышается гарантия, что малозначимые, неучтенные факторы не окажут влияния на метрологические характеристики средства измерений. Фактически речь идет об определении метрологических характеристик с доверительной вероятностью, равной единице. Этот метод предпочтителен для определения метрологических характеристик средств измерений, применяемых при проведении особо важных и дорогостоящих экспериментов.

<< | >>
Источник: Неизвестный. Метрология Стандартизация Сертификация. 2009

Еще по теме 3.4. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений:

  1. § 6.3. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
  2. Средства измерения
  3. 1.2. Государственная система обеспечения единства измерений
  4. 2.2. Основные термины и определения в области метрологии
  5. 2.5. Шкалы измерений
  6. Поверка средств измерений
  7. Калибровка средств измерений
  8. 3.1. Классификация средств измерений
  9. 3.2. Основные элементы и погрешность средств измерений
  10. 3.3. Нормальные условия измерений
  11. 3.4. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений
  12. 3.5. Класс точности средств измерений
  13. 3.6. Изготовление, ремонт, продажа и прокат средств измерений