Основные метрологические понятия

ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

 

Системы единиц физических величин

При проведении любых измерений измеряемая величина сравнивается с другой однородной с ней величиной, принятой за единицу. Для построения системы единиц выбирают произвольно несколько физических величин. Они называются основными. Величины, определяемые через основные, называ­ются производными. Совокупность основных и производных величин называ­ется системой физических величин.

В общем виде связь между производной величиной Z и основными величинами мо­жет быть представлена следующим уравнением:

Z = L^aM^bT^gI^eQ^hJ^l,

где L, М, Т, I, Q, J — основные величины; a, b, g, e, h, l— показатели раз­мерности. Система физических величин используется для построения системы единиц физиче­ских величин.

Единица физической величины представляет собой значение этой вели­чины, принятое за основание. Ей по определению присвоено числовое зна­чение, равное 1.

Единицы основных и производных величин называются соответственно ос­новными и производными единицами, а их совокупность называется системой единиц.

Впервые совокупность основных и производных единиц, образующих систему, предложил в 1832 г. К.Ф. Гаусс. В качестве основных единиц в этой системе были приняты три произвольные еди­ницы - длина, масса и время, соответственно равные милли­метру, миллиграмму и секунде. Позднее были предложены и дру­гие системы единиц физических величин, базирующихся на мет­рической системе мер и различающихся основными единицами. Существовало много различных систем единиц, но все они, удовлетворяя одних специалистов и вызывали возра­жения других. Это требовало создания новой системы единиц.

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была предложена Международная система единиц, названная сокращенно СИ (SI). В России она была принята в 1961 г. и введена в ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы фи­зических величин» как обязательная во всех областях науки, техники, а также во всех учебных заведениях.

В качестве основных в Международной системе единиц (СИ) выбраны семь следующих единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела, моль.

Международная система единиц включает в себя две дополни­тельные единицы - для измерения плоского и телесного углов.

Радиан (рад) - угол между двумя радиусами окружнос­ти, дуга между которыми по длине равна радиусу.

Стерадиан (ср) - телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.

 

Мера физической величины

Мера физической величины - средство измерений, предназначенное для воспроизве­дения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Некоторые меры являются телами определенной формы, изго­товленными с необходимой тщательностью. Например, концевые меры длины, гири, измерительные колбы. Другие меры представ­ляют совокупность многих деталей с определенной взаимосвязью (нормальный элемент, измерительный конденсатор, генератор стандартных сигналов).

Мера воспроизводит величины, значения которых связаны с принятой единицей этой величины определен­ным, известным соотношением.

Точность измерений

 

Под точностью измерения понимают близость к нулю погрешности результата измерения.

Термин «точность» применим лишь для сравнения результатов или относительной характеристики методов измерений, например, точность измерения длины с помощью микрометра больше, чем при измерении с помощью штангенциркуля.

Считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность.

 

Погрешность измерений

Погрешность результата измерения – это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Погрешность результата измерения может быть выражена в единицах измеряемой величины или в долях (или в процентах) ее значения.

Погрешности измерения, выраженные в долях или в про­центах от значения измеряемой величины, называют относитель­ными.

Погрешности, выраженные в единицах измеряемой величины, называют абсолютными.

 

Поверка средств измерений

Поверка – установление органом государственной метрологической службы (или другим официально установленным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

Неправильно поверку средств измерений называть ²проверкой², так как слово ²проверка² имеет иной смысл. Например, можно проверять выполнение различных требований.

Следует всегда помнить, что поверке могут подвергаться только средства измерений с точки зрения точности.

Сличение средств измерений - разновидность поверки, при выполнении которой проводится сравнение средства измерений того же вида с эталонным или рабочими эталонами для определения погрешности (меры с мерой, измерительного при­бора с измерительным прибором).

Калибровка средств измерений – совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений.

Градуировка средств измерений - это определение градуировочной характеристики средства измерений.

 

 

ЛЕКЦИЯ 3

 

Виды и методы измерений

Прежде чем разбираться в сущности каких-либо явлений, удобно их сначала упорядочить, т.е. классифицировать

Измерения можно классифицировать по различным признакам:

а) в зависимости от способа получения измерительной информации измерения разделяются на виды;

б) в зависимости от различия приемов использования принципов и средств измерений измерения производятся различными методами.

ЛЕКЦИЯ 4

 

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Метод противопоставления

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Примером этого метода является взвешивание груза на равнопле­чих весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих её гирь на двух чашках весов и с полным уравновешиванием весов. При этом измеряемая масса определяется как сумма мас­сы гирь, её уравновешивающих, и показания по шкале весов.

Метод противопоставления позволяет значительно уменьшить воздействие на результат измерений влияющих величин, поскольку последние более или менее одинаково искажают сигналы, как в цепи преобразования измеряемой величины, так и в цепи преобразования величины, воспроизводимой мерой. Отсчетное устройство прибора сравнения реагирует на разность сигналов, вследствие чего эти искажения в некоторой степени компенсируют друг друга. Этот метод также применяют при измерении ЭДС, напряжения, тока и сопротивления.

 

Нулевой метод

 

Нулевой метод измерения является разновидностью мето­да противопоставления, в котором результирующий эффект воз­действия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. Функциональная схема нулевого метода измерения приведена на рис. 3.3.

 

 

Здесь измеряемая величина X и мера X₀ воздействуют на два входа измерительного прибора сравнения. Результирующий эффект воздействия определяется разностью этих величин, т.е.

e = X – X₀ .

Изменяя величину, воспроизводимую мерой можно довести величину e до 0. Это обстоятельство отмечается индикатором нуля. Если e = 0, то Х = Хо, результат измерения Y есть полученное значение меры, т.е. Y = X₀.

Поскольку на индикатор нуля воздействует разность вели­чин, то его предел измерения может быть выбран меньшим, а чувствительность большей, чем у прибора для измерения X методом непосредственной оценки. Точность индикации равенства двух величин может быть весьма большой. А это ведет к повышению точности измерения. Погрешность измерения нулевым методом определяется погрешностью меры и погрешностью индикации нуля.

Нулевой метод измерения требует обязательного применения многозначных мер. Точность таких мер всегда хуже однозначных мер.

 

Дифференциальный метод

 

Дифференциальный метод представляет собой метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. На рис. 3.4. показана функциональная схема дифференциального метода.

Здесь мера имеет постоянное значение Х₀, разность измеряемой величины Х и меры Х₀, т.е. e = Х - Х₀, не равна ну­лю и измеряется измерительным прибором. Результат измерения на­ходятся как

Y = X₀ + e.

То обстоятельство, что здесь измерительный прибор измеряет не всю величину Х, а только её часть e позволяет уменьшить влияние на результат измерения погрешности измерительного прибора, причем влияние погрешности измерительного прибора тем меньше, чем меньше разность e.

 

Действительно, при измерении напряжения U=97 В вольтметром непосредственной оценки с пределом измерения 100 В и допущенной относительной погрешности измерения этого напряжения 1 % мы получаем абсолютную погрешность измерения D₁= 97×0,01=0,97»1 В. Если же мы будем измерять это напряжение дифференциальным методом с использованием образцового источника напряжения U₀ = 100 В, то разность напряжений U-U₀=(97-100) В = -3 В мы можем измерить вольтметром с пределом измерения всего 3 В. Пусть относительная погрешность измерения этого напряжения будет также равна 1 %. Это даёт абсолютную погрешность измерения напряжения 3 В, равную D₂=3×0,01=0.03 В. Если эту погрешность при-вести к измеряемому напряжению U, мы получим относительную погрешность измерения напряжения, равную D₂/U=0,03/97»0,0003 (0,03 %), т.е. приблизительно в 30 раз меньше, чем при измерении напряжения U методом непосредственной оценки. Это увеличение точности измерения произошло потому, что в первом случае прибором была измерена почти вся величина с относительной погрешностью в 1 %, а во втором случае измеряется не вся величина, а только её 1/30 часть.

В этих расчетах не учитывалась погрешность меры, кото­рая полностью входит в результат измерения. Следовательно, при малых разностных величинах e точность измерения дифферен­циальным методом приближается к точности измерения нулевым ме­тодом и определяется лишь погрешностью меры. Кроме того, диф­ференциальный метод не требует меры переменной величины.

В приведенном примере измерения напряжения дифферен­циальным методом использовалось непосредственное сравнение.

 

Метод совпадений

 

Метод совпадений (или метод ²нониуса²) представляет собой метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величи­ной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Этот метод применяется в тех случаях, когда измеряемая величина меньше цены деления заданной меры. При этом применяются две меры с разными ценами деления, которые отлича­ются на размер оцениваемого разряда отсчетов.

Пусть имеем одну калиброванную меру с ценой деления Dx_k1 и изме­ряемую величину Dx, которая меньше цены деления. В этом случае исполь­зуют вторую меру с ценой деления Dx_k2. Таким образом, если чувствитель­ность необходимо увеличить в п раз, то соотношение между ними будет иметь вид

Dx_k2 = Dx_k1× (1 - 1 /n).

В частности, при n = 10 Dx_k2 =0,9 ×Dx_k1.

Измеряемую величину Dx устанавливают между нулевыми отметками мер и находят число N_x, равное номеру совпавших делений мер (рис. 3.5).

В этом случае справедливо соотношение N_x×Dx_k1 = Dx + N_x×Dx_k2, откуда Dx = N_x×(Dx_k1-Dx_k2) = N_x×(Dx_k1-0,9×Dx_k1) = N_x×0,1×Dx_k1.

Примером измерения методом совпадения может служить измерение длины детали с помощью штанген-циркуля с нониусом. Другим приме-ром может служить - измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа: наблюдая положение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы, по частоте вспышек и смещению метки определяют частоту вращения детали.

 

4.5. Метод замещения

 

Метод замещения есть метод сравнения с ме­рой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величи­ны.

Функциональная схема метода замещения изображена на рис. 3.6.

В нем используется измерительный прибор непосредственной оцен­ки.

Техника измерения состоит в следующем. Сначала на вход из­мерительного прибора подают измеряемую величину Х и отмечают показания прибора (отсчет) Y₁. После этого вместо измеряемой величины на тот же самый вход (это очень существенно) прибора подают величину Х₀, воспроизводимую мерой. В этом случае показание прибора становится равным Y₂. Изменяя величину, воспроизводимую мерой, добиваются равенства показаний, т.е. Y₁= Y₂. При этом можно утверждать, что Х=Х₀ независимо от погрешности измерительного прибора. Действительно, в первом случае получаем Y₁= X + D₁, где D₁ - погрешность измерительного прибора при получении счета Y₁.

При воздействии на прибор меры

Y₂= X + D₂.

Здесь D₂ - погрешность измерительного прибора при получении счета Y_2.

Поскольку мы добиваемся одинаковых показаний (Y₁=Y₂), а интервал времени между двумя измерениями невелик, то на одной и той же отметке шкалы прибора погрешность одинакова, т.е. D₁=D₂. Следовательно, из равенства Y₁=Y₂ или X+D₁=X+D₂ вытекает, что Х=Х_0.

Исключение погрешности измерительного прибора из результата измерений является новым достоинством метода замещения.

Таким образом, методом замещения можно осуществить точное измерение, имея прибор с большой погрешностью. Нетрудно сообразить, что точность измерения методом замещения определяется погрешностью меры. Правда, при более строгом подходе к методу замещения следует учитывать два обстоятельства.

Во-первых, здесь сравнение разновременное, а за время между двумя измерениями погрешность измерительного прибора может несколько измениться, так что равенство D₁=D₂ несколько нарушится. Теперь становится ясно, почему измеряемая величина и мера должны подаваться на один и тот же вход прибора. Это, прежде всего, связано с тем, что погрешность измерительного прибора на разных входах даже при одинаковых показаниях может быть разной!

Во-вторых, метод замещения сводится к получению одинаковых показаний прибора. Само равенство показаний может быть ус­тановлено с конечной точностью. А это также ведет к погрешности измерения. Точность установления равенства показаний будет больше в приборе, обладающем большей чувствительностью.

Следовательно, при измерении методом замещения можно использовать пусть не точный, но зато чувствительный и быстродействующий прибор. Тогда остаточная погрешность, обусловленная измерительным прибором, будет невелика.

Метод замещения является самым точным из всех известных методов и обычно используется для проведения наиболее точных (прецизионных) измерений.

 

Обобщение методов измерения

Рассмотренная классификация методов измерений изображена на рис. 3.7.

Рассмотренные методы определяют принципы постро­ения измерительных приборов. Их не следует путать с методикой измерения и алгоритмом измерения.

Методика выполнения измерений – установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

Измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками. Порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений определяется Госстандартом России.

Алгоритм измерения - точное предписание о выпол­нении в определенном порядке совокупности операций, обеспечивающих измерение значения физической вели­чины.

 

ЛЕКЦИЯ 5

 

Классификация погрешностей

 

Качество средств измерений и результатов измерений принято характеризовать указанием их погрешностей. Так как характер проявления и причины возникновения погрешностей как средств, так и результатов измерений весьма разнообразны, то в практике установилось деление погрешностей на ряд разновидностей. За каждой такой разновидностью погрешности закреплено определенное наименование. Этих наименований около 30. Далее будем рассматривать основные из этих погрешностей.

Под погрешностью измерения понимают отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Истинным считают значение величины идеальным образом отражающее количественную сторону данного свойства объекта. В связи с тем, что истинное значение неизвестно, на практике пользуются действительным значением величины.

Действительное значение величины находят экспериментальным путем с помощью рабочих эталонов (образцовых средств измерений), и оно настолько близко к истинному значению, что может быть использовано вместо него.

В качестве общих классификационных признаков погрешностей могут выступать способ выражения, характер проявления, место возникновения, зависимость от значений измеряемой величины, условия возникновения, режим работы средства измерения и др.

И, так

- по способу выражения погрешности делятся на абсолютные, относительные и приведенные;

- по характеру проявления погрешности делятся на систематические, прогрессирующие ислучайные;

- по месту возникновения погрешности делятся на инструментальные и методические;

- по зависимости абсолютной погрешности от значения измеряемойвеличины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные;

- по условиям возникновения погрешности делятся на основные и дополнительные;

- в зависимости от режима работы средства измерений погрешности делятся на статические и динамические.

 

Любое средство измерений обладает статической характеристикой, т.е. характеристикой, функционально связывающей выходную величину Y c входной величиной X. Обычно статическая характеристика является линейной. При отсутствии погрешностей для нее справедливо соотношение

,

где Y _н – номинальная статическая характеристика средства измерения; S _н – номинальная чувствительность средства измерения.

Наличие погрешности средства измерения вызывает изменение чувствительности (S _н+D S), а также смещение результата измерения на величину D_а, т.е.

Y =(S _н+D S)× X +D_а.

Погрешность D Y результата измерений при этом определится как

D Y = Y - Y _н=D S × X+ D_а.

Первая составляющая погрешности является мультипликативной (D_м=D S × X), а вторая аддитивной (D_а=D_а).

Дадим определение аддитивной и мультипликативной погрешностям.

Аддитивной называется погрешность абсолютное значение которой неизменно во всем диапазоне измеряемой величины.

Систематическая аддитивная погрешность смещает номинальную характеристику параллельно вверх или вниз на величину ±D_а (рис.5.2).

Примером систематической аддитивной погрешности может служить погрешность от неточной установки прибора на нуль, от контактной э.д.с. в цепи постоянного тока. Аддитивную погрешность еще называют погрешностью нуля.

Мультипликативной называют погрешность абсолютное значение которой изменяется пропорционально измеряемой величине.

При систематической мульти-пликативной погрешности реальная характеристика отклоняется от номинальной вверх или вниз (рис.5.3).

Примерами систематических мультипликативных погрешностей являются погрешности из-за изменения коэффициента деления делителя напряжения, из-за изменения жесткости пружины измерительного механизма и т.п. Мультипликативную погрешность еще называют погрешностью чувствительности.

В средствах измерения аддитивные и мультипликативные погрешности, как правило, присутствуют одновременно. В этом случае результирующая погрешность определяется суммой аддитивной и мультипликативной погрешностей D=D_а+D_м=D_а+d_м× Х, где d_м – относительная мультипликативная погрешность. В зависимости от соотношений аддитивной (D_а) и мультипликативной (D_м) погрешностей классы точности средств измерений обозначаются по-разному. Можно выделить три характерных случая соотношения этих погрешностей 1) D_а=0, D_м¹0; 2) D_а¹0, D_м=0; 3) D_а@D_м.

 

Мера физической величины

 

Мера физической величины - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Различают следующие разновидности мер:

однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг);

многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины);

набор мер - комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике, как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);

магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Пример -Мерой является резистор, воспроизводящий сопротивление определенного размера с известной погрешностью.

Измерительный прибор

 

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Измерительный прибор вырабатывает сигналы измерительной информации в форме доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, в виде отсчета на аналоговом или цифровом отсчетном устройстве.

По способу индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие.

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие.

Интегрирующие приборы – приборы, показания которых определяются интегралом по времени или по другой независимой переменной от измеряемой величины.

Суммирующие приборы – приборы, дающие показания мгновенных значений измеряемой величины.

Различают также приборы прямого действия и приборы сравнения, аналоговые и цифровые приборы, самопишущие и печатающие приборы.

Приборами прямого действия называют приборы, которые осуществляют одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении.

Приборами сравнения называют приборы, в которых наряду с цепью прямого преобразования имеется цепь обратного преобразования сигнала измерительной информации.

Измерительные системы

Измерительные системы -совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные управляющие системы и др.

Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС).

Примеры.

1. Измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов.

2. Радионавигационная система для определения местоположения различных объектов, состоящая из ряда измерительно-вычислительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние друг от друга.

В последние годы получили распространение измерительно-вычислительные комплексы (ИВК).

Измерительно-вычислительный комплекс это функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

ИВК является разновидностью измерительно-информационных систем.

 

Измерительная установка

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Измерительную установку, применяемую для поверки, называют поверочной установкой. Измерительную установку, входящую в состав эталона, называют эталонной установкой.

Некоторые большие измерительные установки называют измерительными машинами.

Примеры - 1. Установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов. 2. Установка для испытаний магнитных материалов.

Измерительная машина -измерительная установка крупных размеров, предназначенная для точных измерений физических величин, характеризующих изделие.

Примеры. 1. Силоизмерительная машина. 2. Машина для измерения больших длин в промышленном производстве. 3. Делительная машина. 4. Координатно-измерительная машина.

Все средства измерений по выполняемым метрологическим функциям делят на рабочие эталоны и рабочие средства измерений.

Рабочий эталон - эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений, что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной.

При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й,..., n-й). В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.

Рабочее средство измерений - средство измерений, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

 

В общем случае

.

При линейной функции преобразования

.

При нелинейной функции преобразования чувствительность зависит от измеряемой величины x.

У средств измерения при постоянной чувствительности шкала равномерная, т.е. длина всех делений шкалы одинакова.

Величина равная обратной величине чувствительности является постоянной прибора с = 1/S.

Порог чувствительности средства измерений -характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.

Если самое незначительное изменение массы, которое вызывает перемещение стрелки весов, составляет 10 мг, то порог чувствительности весов равен 10 мг.

Порог чувствительности не следует путать с чувствительностью средства измерения. Он выражается в единицах входной величины.

Диапазон измерений средства измерений - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений x_нили верхним пределом измерений х_к.

Различают полный и рабочий диапазон измерений (рис.7.1).

Полный диапазон – диапазон, в котором относительная погрешность средства измерений не превышает 100 %. Он ограничен снизу порогом чувствительности D₀, а сверху – верхним пределом измерений x_к.

Рабочий диапазон – диапазон, в котором относительная погрешность не превышает заранее заданного значения d_зад.

Диапазон измерений может состоять из нескольких поддиапазонов с разными погрешностями.

Диапазон измерений следует отличать от диапазона показаний.

Диапазон показаний средства измерений - область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Показание средства измерений -значение величины или число на показывающем устройстве 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.

Вариация показаний измерительного прибора приближенно равна удвоенной погрешности от трения в опорах.

Область рабочих частот – полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, вызванная изменением частоты, не превышает допустимого предела.

Характеристики, влияющие на собственную мощность потребления – это характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности вследствие взаимодействия средства измерений с любым из подключенных к его входу или выходу компонентов, например объектом измерений и др.

Потребление энергии средством измерений от объекта измерения или от предвключенного прибора приводит к изменению значения измеряемой величины, и, следовательно, к появлению соответствующей составляющей погрешности.

Для оценки влияния средства измерения на режим работы объекта измерений указывают входное полное сопротивление или входной импеданс Z_вх.. Входное сопротивление влияет на мощность, потребляемую от объекта измерения средством измерения.

Для оценки допустимой нагрузки на средство измерения указывают выходное полное сопротивление или выходной импеданс Z_вых.. Чем меньше Z_вых., тем больше допускаемая нагрузка на средство измерения.

 

ЛЕКЦИЯ 8

 

Нормирование метрологических характеристик. КЛАССЫ точности средств измерений

 

Допускаемых погрешностей

В настоящее время для большинства средств измерений, используемых в статическом режиме, нормируют пределы допускаемых погрешностей. Вопросы нормирования таких погрешностей средств измерений рассмотрены в ГОСТ 8.401-80 ²Классы точности средств измерений. Общие требования².

Согласно этого стандарта, пределы допускаемых основной и допол-нительной погрешностей выражают в форме приведенных, относительных и абсолютных погрешностей. Выбор формы представления зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средства измерений.

Рассмотрим, как устанавливаются пределы допускаемых погрешностей средств измерений в разных случаях.

1. Пределы допускаемой абсолютной погрешности, выраженные в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы, устанавливают по формулам:

D х = ± а или D х = ±(а + в х),

где х – значение измеряемой величины на входе (выходе) средства измерений или число делений, отсчитываемых по шкале; а и в – положительные числа, независящие от х.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности могут устанавливаться также по более сложной формуле, или в виде графика, или в виде таблицы.

2. Пределы допускаемой приведенной основной погрешности (в процентах) устанавливают по формуле

,

где D х – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности; х _n – нормирующее значение (условно принятое значение измеряемой величины) выраженное в тех же единицах, что иD х; p – отвлеченное положительное число.

3. Пределы допускаемой относительной основной погрешности (в процентах) устанавливают по формуле

, если D х = ± а

или по формуле

, если D х = ±(а + в х),

где q – отвлеченное положительное число; х _к – больший (по модулю) из пределов измерений; c и d – положительные числа, причем

; .

В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают по более сложной формуле, или в виде графика, или таблицы.

Значения p, q, c, d – выбирают из ряда 1×10ⁿ; 1,5×10ⁿ; (1,6×10ⁿ); 2×10ⁿ; 2,5×10ⁿ; (3×10ⁿ); (4×10ⁿ); 5×10ⁿ; 6×10ⁿ, где n=1, 0, -1, -2 и т.д. Значения, указанные в скобках устанавливают для вновь разрабатываемых средств измерений.

4. Пределы допускаемых дополнительных погрешностей устанавливают в виде:

а) постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины;

б) отношения предела допускаемой погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

в) другими способами.

 

Таблица