<<
>>

3.2. Основные элементы и погрешность средств измерений

Конструкция любого средства измерений определяется Принципом и методом измерений, принятых при его разработке.

¦ Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

¦

¦ Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. ¦

¦ Практическая реализация принципа и метода приводит к созданию измерительной цепи средства измерений — совокупности элементов средства измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа до выхода. ¦

Измерение начинается с выделения из совокупности физических величин, характеризующих свойства измеряемого объекта или процесса, измеряемой величины. Это выделение осуществляется частью первого в измерительной цепи преобразователя, называемого первичным измерительным преобразователем, которая получила название чувствительного элемента средства измерений. Конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь называется датчиком. Измерительный сигнал, пройдя по измерительной цепи все преобразования, поступает на измерительный механизм, который обеспечивает необходимое перемещение указателя. Указатель — это часть показывающего устройства, положение которой относительно отметок шкалы определяет показания средства измерений.

¦ Показывающее устройство — это совокупность элементов средства измерений, которое обеспечивает визуальное восприятие значений измеряемой величины. ¦

Воспринять значения измеряемой величины можно в двух формах: в форме сигнала «да—нет», и тогда мы имеем дело с индикатором, т.е. техническим средством, предназначенным для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее порогового значения. Индикаторы средствами измерений не являются.

Для восприятия значений измеряемой величины необходимо иметь возможность произвести отсчет показаний средства измерений, т.е.

осуществить фиксацию значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени. Значение величины устанавливается по шкале средства измерений. Это очень важная часть средств измерений. Вообще говоря, шкала средства измерений — это вещественное отражение шкалы измерений (хранится и воспроизводится средством измерений), о которой мы говорили выше. Поэтому многие понятия и термины, употребляемые применительно к шкалам, распространяются и на средства измерений, вообще не имеющих показывающих или регистрирующих устройств.

¦ Итак, шкала средства измерений — это часть его показывающего устройства, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией. ¦

Отметки на шкалах могут быть нанесены равномерно, и тогда шкала называется равномерной, или неравномерно, тогда шкала называется неравномерной. Отметка шкалы — это знак на шкале (черточка, зубец, точка и т.п.), соответствующий некоторому значению измеряемой физической величины. Если около отметки шкалы поставлено соответствующее ей число, то она называется числовой отметкой. Шкалы с числовыми отметками часто называют именованными. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы, а соответствующая ему разность значений измеряемой величины — ценой деления. Не следует путать цену с длиной деления: последняя представляет собой конкретную физическую величину — расстояние между двумя соседними отметками. Наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений, называется начальным значением шкалы, а наибольшее — конечным. Разность между ними представляет собой диапазон показаний средства измерений.

Диапазон показаний не всегда совпадает с диапазоном измерений. В качестве диапазона измерений принимается область значений шкалы, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Наименьшее значение диапазона измерений получило название нижнего предела измерений; наибольшее — верхнего предела измерений.

Работоспособное средство измерений имеет погрешность, не превышающую по величине установленного предела. Если характеристика одного из свойств средства измерений оказывает влияние на его погрешность, то она называется метрологической.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определенные экспериментально — действительными.

¦ Погрешность средства измерений представляет собой разность между показаниями средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. ¦

По форме выражения погрешности средства измерений можно подразделить на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Это удобно, если абсолютная погрешность остается неизменной по величине во всем диапазоне измерений.

Относительная погрешность выражается отношением абсолютной погрешности к результату измерений или к действительному значению измеренной физической величины. Это удобно, если абсолютная погрешность представляет собой функцию результата измерений. Для сопоставления средств измерений по точности или для выражения погрешности какой-либо характерной точки диапазона измерений удобно пользоваться приведенной погрешностью, которая представляет собой отношение абсолютной погрешности к условно принятому, нормирующему значению измеряемой величины (например, к диапазону измерений или верхнему пределу диапазона измерений и т.п.). Это подразделение погрешностей принято для удобства их представления и обработки результатов эксперимента. Физически имеет смысл лишь абсолютная погрешность (рис. 3.1).

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image005.jpg

На вход средства измерений (с чувствительного элемента первичного измерительного преобразователя) поступает входной сигнал измерительной информации.

Как правило, этот сигнал должен пройти в измерительной цепи средства измерений достаточно много последовательных преобразований, чтобы на выходе средства измерений (на показывающем или регистрирующем или другом устройстве) был получен сигнал выходной информации в форме, удобной для дальнейшего использования. Взаимосвязь входного и выходного сигналов называют характеристикой преобразования средства измерений. Различают два вида характеристик преобразования: реальную и номинальную.

Реальная характеристика преобразования средства измерения — это действительная функция взаимосвязи между сигналом, подаваемым на вход средства измерений и снимаемым на его выходе. Если рассматривать всю измерительную цепь средства измерений и все преобразования сигнала, то на входе мы будем иметь дело с действительным значением измеряемой величины, а на выходе — с измеренным. Эта характеристика, получившая название градуировочной, определяется экспериментально.

Экспериментальное определение реальной (градуировочной) характеристики гарантирует ее заведомо нелинейный характер. Для удобства практического использования действительную функцию преобразования «сглаживают» и она в идеале представляет собой прямую линию. Эту характеристику, приписываемую средству измерений, называют номинальной. Интерес представляют два возможных «крайних» случая расхождения номинальной и реальной характеристик.

В первом случае значения абсолютных погрешностей ?X и ?Y постоянны и не зависят от значения величины АХ входного (измеряемой величины) или Y выходного (показания средства измерений) сигналов. Этот случай отражен на рис. 3.2.

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image006.jpg

Реальная характеристика смещена на постоянную величину абсолютной погрешности относительно номинальной характеристики, что позволяет использовать абсолютную погрешность для нормирования погрешности средства измерений (измерительного преобразователя).

Такая абсолютная погрешность называется аддитивной, или погрешностью нуля. При введении в конструкцию средства измерений корректора нуля аддитивная погрешность легко устраняется, так как достаточно совместить хотя бы одну точку реальной и номинальной характеристик для их совпадения.

Во втором случае абсолютная погрешность преобразования прямо пропорциональна величине выходного или входного сигнала. Этот случай отражен на рис. 3.3.

Описание: http://library.tuit.uz/skanir_knigi/book/metrologiya_s/glav_1_2_3.files/image007.jpg

Так как в этом случае абсолютная погрешность ?Y = kУ (?Х = k*Х), то постоянное по диапазону измерений значение сохраняет относительная погрешность преобразования, т.е. ?у = к (?х = к*), что позволяет использовать ее при нормировании погрешности средства измерений. Такая относительная погрешность называется мультипликативной, или погрешностью чувствительности. Если установлено предельно допустимое значение погрешности, то при каком-то значении Y или X погрешность средства измерений превысит допустимое значение. Приняв это значение Y или X за верхний предел соответствующего поддиапазона измерений и применив корректор нуля, получим возможность расширения диапазона измерений (см. рис. 3.3).

По характеру проявления в составе погрешности усматривают составляющие, остающиеся неизменными или закономерно изменяющиеся, — они получили название систематических составляющих погрешности. Составляющие, изменяющиеся случайным образом, — это случайные составляющие погрешности средства измерений. Можно сказать, что случайные погрешности — это следствие нашего незнания процесса измерения, а систематические — доля знания, т.е. по мере исследований и проникновения в глубину процесса измерения количество систематических составляющих возрастает. 

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

Еще по теме 3.2. Основные элементы и погрешность средств измерений:

  1. 8.3. Основные элементы и типы политической культуры
  2. 13.2. Основные элементы политического поведения: мотивы, потребности, ценностные ориентации
  3. Структурная характеристика библиотеки: основные элементы и подсистемы
  4. § 6.3. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
  5. 9.3.2. Основные элементы системы социального обеспечения военнослужащих в Российской Федерации
  6. ПробЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ КАК ОСНОВНОЙ ЭЛЕМЕНТ ПробЛЕМНОГО обуЧЕНИЯ
  7. 4.7.4. Проблемная ситуация как основной элемент проблемного обучения
  8. Средства измерения
  9. Поверка средств измерений
  10. Калибровка средств измерений
  11. 3.1. Классификация средств измерений
  12. 3.2. Основные элементы и погрешность средств измерений
  13. 3.4. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений
  14. 3.5. Класс точности средств измерений
  15. 3.6. Изготовление, ремонт, продажа и прокат средств измерений
  16. 3.7. Испытания и утверждение типа средств измерений
  17. 4.6. Обработка результатов прямых однократных измерений
  18. 4.7. Обработка результатов прямых многократных измерений