3.3. Классы точности средств измерений

Класс точности — это обобщенная MX, определяющая раз­личные свойства СИ. Например, у показывающих электроизмери­тельных приборов класс точности помимо основной погрешнос­ти включает также вариацию показаний, а у мер электрических величин — величину нестабильности (процентное изменение зна­чения меры в течение года). Класс точности СИ уже включает систематическую и случайную погрешности. Однако он не являет­ся непосредственной характеристикой точности измерений, вы­полняемых с помощью этих СИ, поскольку точность измерения зависит и от метода измерения, взаимодействия СИ с объектом, условий измерения и т.д.

В связи с большим разнообразием как самих СИ, так и их MX, ГОСТ 8.401—80 устанавливает несколько способов назначения классов точности. При этом в основу заложены следующие поло­жения:

• в качестве норм служат пределы допускаемых погрешностей, включающие систематические и случайные составляющие;

• основная δ_осн и все виды дополнительных погрешностей δ_доп нормируются порознь.

Определяя класс точности, нормируют прежде всего пределы допускаемой основной погрешности δ_осн. Пределы допускаемой до­полнительной погрешности устанавливают в виде дольного (крат­ного) значения |δ_осн|.

ГОСТ 8.401—80 в качестве основных устанавливает три вида классов точности СИ:

• для пределов допускаемой абсолютной погрешности в еди­ницах измеряемой величины или делениях шкалы;

• для пределов допускаемой относительной погрешности в виде ряда чисел;

• для пределов допускаемой приведенной погрешности в виде ряда чисел.

3.4. Расчет погрешности измерительной системы

Измерительная система предназначена для восприятия, переработки и хранения измери­тельной информации в общем случае разнородных физических ве­личин по различным измерительным каналам (ИК). Поэтому расчет погрешности измерительной сис гемы сводится к оценке погрешно­стей ее отдельных ИК.

3.5. Метрологические характеристики цифровых средств измерений

3.5.1. Общие положения

Под цифровыми СИ (ЦСИ) будем понимать приборы, предус­матривающие либо цифровой отсчет показаний, либо цифровое преобразование измерительной информации: ЦИУ (ЦИП) — циф­ровые измерительные устройства (приборы); ИВК — информаци­онные вычислительные комплексы; АЦП — аналого-цифровые из­мерительные преобразователи; ЦАИ — цифроаналоговые измери­тельные преобразователи. Комплекс нормируемых метрологических

характеристик (НМХ) ЦСИ устанавливается исходя из их назначе­ния.

Для большинства ЦСИ характерно линейное преобразование измеряемой величины, т. е. показание ЦСИ пропорционально чис­ловому значению измеряемой величины или ее отклонению от за­данного (например) значения. Различают однопредельные, много­предельные и комбинированные ЦСИ для прямых, косвенных или совокупных измерений.

Обобщенная структурная схема ЦСИ (рис. 3.11) включает ана­логовый преобразователь (АП) входной величины, квантователь (KB), преобразователь (ПК) и отсчетное устройство (ОУ).

П ринцип действия ЦСИ определяется принципом действия его квантователя: время-импульсное ЦСИ имеет квантователь интерва­ла времени; частотно-импульсное ЦСИ имеет квантователь часто­ты; кодо-импульсное (или поразрядного уравновешивателя) ЦСИ содержит квантователь постоянного тока или напряжения. Встреча­ются и комбинации квантователей.

При анализе погрешностей измерения ЦСИ рассматривают два режима — статический и динамический.

Погрешность измерения в динамическом режиме зависит не толь­ко от свойств ЦСИ, но и от свойств измеряемого сигнала, напри­мер частотного спектра измененийх_вх, подаваемого на ЦСИ. Поэто­му для описания влияния динамических свойств ЦСИ на погреш­ность измерения в динамическом режиме понятие динамической погрешности не используют, а рассматривают только динамические характеристики самого ЦСИ, в частности его переходную характе­ристику.

3.5.2. Статические погрешности цифровых средств измерений

Основная метрологическая характеристика линейного ЦСИ — номинальная функция преобразования

y=k_sx

Как и для аналоговых СИ, в случае ЦСИ основная статическая погрешность ∆ есть сумма систематической и случайной составляю­щих (∆ = ∆_с + ∆). Для раскрытия их структуры рассмотрим две составляющие погрешности ЦСИ: методическую, обусловленную принципом аналого-цифрового преобразования, и инструменталь­ную, обусловленную конструкцией и свойствами реальных элемен­тов схемы ЦСИ. В литературе встречаются еще понятия по­грешности нелинейности или дифференциальной линейности. Од­нако величина этой погрешности в условиях эксплуатации ЦСИ весьма мала и представляет интерес лишь для разработки ЦСИ.

В аналоговых СИ числовое значение результата измерения опре­деляет оператор (снимает показания, производит округление и за­писывает результат полученных чисел значащих цифр). При этом возникает субъективная ошибка определения.

В ЦСИ операция округления производится самим СИ, и ошибке этой операции относится к методической погрешности. Одновремен­но с округлением ЦСИ осуществляет квантование сигнала путем сравнения его с определенным уровнем.

Погрешность квантования является аддитивной погрешностью, так как абсолютное ее значение не зависит от того, в какой части диапазона находится х. Погрешность квантования контролю не под­лежит.