Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений имеют общие свойства, позволяющие сопоставлять их между собой: метрологические, эксплуатационные, информационные и др. Отдельные виды и типы СИ обладают своими специфическими свойствами, которые отражаются всоответствующих нормативно-технических документах. Поэтому важно уметь выделять и оценивать составляющую погрешности, вносимую используемыми средствами измерений по их метрологическим характеристикам.

Метрологическая характеристика средства измерений — характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат и погрешность его измерений. Для каждого типа СИ устанавливают свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально — действительными метрологическими характеристиками.

К метрологическим характеристикам относятся функция преобразования, погрешность средства измерений, чувствительность, цена деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерений, вариация показаний и др. От того, насколько они точно будут выдержаны при изготовлении и стабильны при эксплуатации, зависит точность результатов, получаемая с помощью СИ.

Функция преобразования (статическая характеристика преобразования) — функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов средства измерений. Функцию преобразования, принимаемую для средства измерения (типа) и устанавливаемую в научно-технической документации на данное средство (тип), называют номинальной функцией преобразования средства (типа). Номинальная статическая характеристика преобразования позволяет рассчитать значение входной величины по значению выходной. Она может задаваться аналитически, таблично или графически.

Погрешность СИ — важнейшая метрологическая характеристика, определяемая как разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Для меры показанием является ее номинальное значение.

Чувствительность СИ — свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины. Различают абсолютную и относительную чувствительность. Абсолютную чувствительность определяют по формуле:

S = ΔY / ΔX,

относительную чувствительность — по формуле:

S_oтн = ΔY/(ΔX/X),

где ΔY — изменение сигнала на выходе; ΔX — изменение измеряемой величины, X — измеряемая величина.

При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от X, при линейной характеристике она постоянна.

У измерительных приборов при постоянной чувствительности шкала равномерная, т.е. расстояние между соседними делениями шкалы одинаковое.

Цена деления шкалы (постоянная прибора) — разность значения величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы СИ. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления. В приборах с неравномерной шкалой цена деления может быть разной на разных участках шкалы, и в этом случае нормируется минимальная цена деления. Цена деления шкалы равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы прибора, и может быть также определена через абсолютную чувствительность:

С = 1/S.

Порог чувствительности — наименьшее значение изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством. Порог чувствительности выражают в единицах входной величины.

Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним и верхним пределом измерений. С целью повышения точности измерений диапазон измерений СИ можно разбить на несколько поддиапазонов. При переходе с одного поддиапазона на другой некоторые составляющие основной погрешности уменьшаются, что приводит к повышению точности измерений. При нормировании погрешности допускают для каждого поддиапазона свои предельные значения погрешности. Область значений шкалы прибора, ограниченную начальными и конечными значениями шкалы, называют диапазоном показаний.

Для средства измерений, выдающих результаты измерений в цифровом коде, указывают цену единицы младшего разряда (единицы младшего разряда цифрового отсчетного устройства), вид выходного кода (двоичный, двоично-десятичный) и число разрядов кода.

Для оценки влияния средства измерений на режим работы объекта исследования указывают входное полное сопротивление Z_вх. Это сопротивление влияет на мощность, потребляемую от объекта исследования средством измерения.

Допустимая нагрузка на средство измерений зависит от выходного полного сопротивления Z_вых. Чем меньше выходное сопротивление, тем больше допустимая нагрузка на средство измерений.

Вариация показаний — наибольшая вариация выходного сигнала прибора при неизменных внешних условиях. Она является следствием трения и люфтов в узлах приборов, механического и магнитного гистерезиса элементов и др.

Вариация выходного сигнала — это разность между значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же действительному значению входной величины при медленном подходе слева и справа к выбранному значению входной величины.

Динамические характеристики, т.е. характеристики инерционных свойств (элементов) измерительного устройства, определяющие зависимость выходного сигнала СИ от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. К ним относят дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений; переходную и импульсную переходную функции, амплитудные и фазовые характеристики, передаточную функцию.

Динамические свойства средства измерений определяют динамическую погрешность. Динамическая погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины.

Нормируемые метрологические характеристики — совокупность метрологических характеристик данного типа средств измерений, устанавливаемая нормативными документами на средства измерений. Нормируемые метрологические характеристики, включаемые в этот комплекс, должны отражать реальные свойства СИ, и их номенклатура должна быть достаточной для оценки инструментальной составляющей погрешности измерений в рабочих условиях применения СИ с той степенью достоверности, которая требуется для решения поставленной измерительной задачи. Общий перечень нормируемых метрологических характеристик СИ, формы их представления и способы нормирования устанавливаются ГОСТом. В него могут входить:

• пределы измерений, пределы шкалы;

• цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или многозначной меры, при неравномерной шкале — минимальная цена деления;

• выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда цифровых СИ;

• номинальное значение однозначной меры, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя;

• погрешность СИ;

• вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразователя;

• полное входное сопротивление измерительного устройства, полное выходное сопротивление измерительного преобразователя или меры;

• неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя или меры;

• динамические характеристики СИ; функции влияния.

Кроме метрологических характеристик при эксплуатации средств измерений важны и неметрологические характеристики: показатели надежности, электрическая прочность, сопротивление изоляции, устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима и др.

Надежность средства измерений — это способность СИ сохранять нормированные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Основными критериями надежности приборов являются вероятность и средняя продолжительность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы определяется вероятностью отсутствия отказов прибора в течение определенного промежутка времени.

Средняя продолжительность — отношение времени работы прибора к числу отказов за это время.

Дата добавления: 2015-10-24