Глава 4 Метрологические характеристики средств измерений МХ СИ

Глава 4. Метрологические характеристики средств измерений (МХ СИ) Эйлер: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе как, приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится к ней» .

Глава 4. Метрологические характеристики СИ Характеристики средств измерений Метрологические, Неметрологические Статические, Динамические Индивидуальные, Типовые

4. 1 Метрологические характеристики СИ – n n это характеристики свойств СИ, которые влияют на результат измерений, его точность и обеспечивающие их единство. Единство измерений – такое состояние измерений, при которых их результаты выражены в указанных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Неметрологические характеристики СИ – это характеристики СИ, которые не оказывают заметного влияния на результат измерений и его точность. В основном это характеристики надежности, безотказности СИ. МИ 2247 -93 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.

Типовые статические метрологические характеристики СИ I. ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИ это функциональная зависимость между входным и выходным сигналом СИ. X СИ Различают: 1. Теоретическая ФПр СИ: 2. Градуировочная ФПр СИ: 3. Номинальная ФПр СИ: 4. Реальная ФПр СИ: Y

Основные требования к ФПр СИ: линейность; минимальное число влияющих величин и нестабильных внутренних параметров; инвариантность информативного параметра выходного сигнала к изменениям влияющих величин и других параметров. 1. 2. 3. Линейная ФПр f Нелинейная ФПр f (1) (2) (3) 0 x x

При незначительной нелинейности нелинейную ФПр СИ аппроксимируют линейной. f f(x) касат. f(x) секущая хорда 0 xн x

II. ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЯ СИ – расстояние от максимального до минимального значений входной величины, при нормированном значении погрешности измерения. ( это область значений измеряемой величины, внутри которой нормированы допускаемые погрешности). Максимальное и минимальное значения диапазона измерения называются пределами измерения. Диапазоном показаний – называют область значений шкалы, ограниченную конечным – xкон, и начальным – xнач, значениями ФВ.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СИ – III. это отношение приращения выходного сигнала y средства измерения к вызвавшему это изменение приращению входного сигнала x. y+ y y y x x x+ x

Для линейной ФПр СИ Для нелинейной ФПр СИ y = kx, y = f (x), чувствительность СИ: S(x) = k = const! f S(x) = var! f f(x) S(x) x Чувствительность СИ постоянна в диапазоне измерения! x Чувствительность СИ зависит от того, в какой точке диапазона измерения ее определяют!

ПОРОГ РЕАГИРОВАНИЯ IV. – (порог чувствительности) – это наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала СИ. Имеем целую полосу неоднозначности y Ho – погрешность от гистерезиза, нормируем: B = Ho / 2. y 2 y y 1 B Ho x 1 x За счет порога реагирования при измерении можем получить любые значения в полосе неоднозначности.

ВАРИАЦИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА - V. ( y) это разность между значениями y y 2 y y 1 x 1 B Ho x выходного сигнала, соответствующего одному и тому же значению входной величины при двух направлениях медленного изменения входной величины в процессе подхода к выбранному значению выходной.

VI. ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ШКАЛЫ – это разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Для средств измерений, выдающих результаты в цифровом коде, указывают цену единицы младшего разряда отсчетного устройства.

VII. ПОТРЕБЛЯЕМАЯ И ПЕРЕДАВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ n n n Мощность определяется внутренним сопротивлением СИ (входным и выходным сопротивлением СИ). Входное и выходное сопротивления СИ подбираются из условия, что средство измерения НЕ ДОЛЖНО ВНОСИТЬ ИСКАЖЕНИЯ в исследуемый сигнал (процесс). Например: для сигнала напряжения Rвх должно быть большим( в идеале – бесконечность), а для токового сигнала Rвх – малым (в идеале – ноль). Входное (Rвх) и выходное (Rвых) сопротивления средства измерения это метрологическая характеристика СИ, отражающая его способность ограничивать интенсивность явлений – носителей входных/выходных измерительных сигналов.

VIII. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ Полные ДХ СИ Функция динамического преобразования (функция связи между входом и выходом СИ), которая нормируется видом передаточной функции, импульсной весовой функции, переходной характеристики, номинальными значениями и допустимыми отклонениями коэффициентов этих функций. Номинальные амплитудо- и фазочастотные характеристики которые нормируются функциями или наибольшими допустимыми отклонениями от номинальных характеристик Частные ДХ СИ время установления время переходного процесса коэффициент демпфирования постоянная времени резонансная частота

IX. НЕИНФОРМАТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА Для определения МХ СИ в рабочих условиях эксплуатации для каждой влияющей величины (ВВ) отдельно устанавливаются:

X. ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины: ПОГРЕШНОСТЬЮ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ – называется разность между показаниями прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины.

Для описания погрешности СИ используются: n кривые плотности распределения p( ): полная информативная характеристика погрешности, n n квантили распределения: предназначены для определения интервальных оценок погрешности. статистические параметры распределения: математическое ожидание (используются для внесения поправок) и СКО (предназначено для суммирования погрешностей, особенно при независимых погрешностях и для определения интервальных оценок при наличии информации о характере p( ).

Причины появления погрешности СИ СИ y, y

В нормальных условиях измерений (условия измерений, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие их малости. МИ 2247 -93) любое СИ обладает индивидуальной номинальной Функцией Преобразования: Но группе однотипных приборов приписывается единая градуировочная функция преобразования:

y fреал(x) fном(x) yраб fград(x) y. Д xосн x. Д xдоп xизм xраб x Основная погрешность средства измерения: возникает в нормальных условиях измерения из -за несовпадения номинальной и градуировочной ФПр СИ.

В рабочих условиях измерения (температура, влажность, поля, излучения) у СИ возникают дополнительные паразитные входы: и изменяются внутренние параметры: это приводит к изменению ФПр данного СИ: в реальных условиях эксплуатации СИ обладает реальной функцией преобразования: Дополнительная погрешность СИ: возникает в рабочих условиях измерений из-за несовпадения номинальной и реальной ФПр СИ.

Полная погрешность средства измерения:

Замечание 1. Функция преобразования Чувствительность Погрешность

Замечание 2. n n n Тип средств измерений – это совокупность СИ имеющих одинаковое устройство, функциональное назначение и нормируемые метрологические характеристики. Погрешность конкретного СИ характеризует только данный экземпляр. Такая погрешность известна только для СИ, изготовленных в единичном экземпляре и малой партией, или для специально поверенных СИ. Погрешность типа СИ характеризует всю совокупность экземпляров данного типа. Погрешность любого экземпляра не превышает погрешности данного типа. Для массового производства указывается погрешность типа СИ.

4. 2 Неметрологические характеристики СИ Надежность СИ Безотказность Наработка на отказ Долговечность Срок службы и ресурс