Общие методы повышения точности средств измерений

Их можно разделить на две группы:

• методы предотвращения возникновения погрешностей

• методы снижения влияния погрешностей.

К первой группе относятся:

• конструктивно-технологические

• защитно-предохранительные методы

Конструктивно-технологические методы заключаются в использовании материалов, элементов и узлов со стабильными параметрами, применении предварительного старения, выборе стабильных режимов использования деталей.

Защитно-предохранительные методы предназначены для уменьшения влияния внешних влияющих величин и заключаются в уменьшении диапазона их изменения. Это достигается применением экранирования, стабилизации, фильтрации и т. п.

Методы снижения влияния погрешностей включают в себя методы коррекции и методы статистической минимизации.

Методы коррекции или методы функциональной минимизации погрешностей измерительных приборов заключаются в снижении их уровня в процессе аналитического или экспериментального определения погрешностей.

Статистическая минимизация заключается в снижении случайных погрешностей измерительных приборов и может осуществляться как в процессе, так и после измерения.

Коррекция погрешностей может осуществляться как вручную, так и автоматически.

Методы ручной коррекции делят на методы калибровки (регулировка прибора) и методы обработки результата измерения без воздействия оператора на прибор, путем введения поправки.

Методы автоматической коррекции основаны на использовании внешней влияющей величины или неинформативного параметра, или на использовании самой погрешности, выявленной с помощью дополнительных образцовых измерительных приборов, мер, измерительных преобразователей.

В методах коррекции суммарную погрешность разделяют на три составляющие: аддитивную (погрешность нуля), мультипликативную (погрешность чувствительности) и погрешность от нелинейности, которая зависит от измеряемой величины нелинейно. Коррекцию аддитивной погрешности называют установкой нуля, а коррекцию мультипликативной погрешности – калибровкой.

Погрешности можно скорректировать по результатам измерения без воздействия на измерительный прибор введением поправки.

Принцип структурного метода коррекции – выработка величины, которая может корректирующе воздействовать на прибор. Такой величиной может быть влияющая величина, неинформативный параметр входного сигнала или величина, пропорциональная погрешности.

Структурные методы коррекции по способу введения корректирующего воздействия разделяют на аддитивные и мультипликативные. При аддитивной коррекции величина, пропорциональная погрешности, обычно суммируется с выходной величиной. Мультипликативная коррекция осуществляется изменением коэффициента преобразования преобразователя корректирующей величиной, пропорциональной погрешности.

Классификация измерительных приборов

Рассмотрим только те, которые широко используются для измерения характеристик электрических сигналов и параметров радиотехнических цепей при контроле технического состояния различных радиотехнических устройств. Применяемые для этой цели средства измерений можно условно разделить на 2 группы:

• Электромеханические

• Электронные измерительные

Электромеханические приборы – состоят из относительно простой измерительной цепи и измерительного механизма.

Измерительная цепь – совокупность преобразовательных элементов, которая обеспечивает преобразование измеряемой величины в другую величину, воздействующую на измерительный механизм (например, преобразует переменный ток в постоянный ток).

Измерительный механизм состоит из механических элементов (пружин, катушек, магнитов), воздействие которых вызывает их взаимное перемещение.

Электронные измерительные приборы – это электронные устройства: усилители, счетчики, дешифраторы, электронные ключи, и т.д.

Каждый измерительный прибор имеет отсчетное устройство, которое позволяет производить отсчет измеряемой величины.

Измерительная информация может быть представлена в аналоговой или цифровой форме, отсюда в зависимости от способа обработки и представления измерительной информации приборы делят на аналоговые и цифровые электронные измерительные приборы по характеру измерений и виду измерений измерительных величин делят на 20 групп.

Назначение средства измерения оговаривается в полном его наименовании. Оно указывает, какую физическую величину измеряют или что производится с его помощью. Использование средства измерения не по прямому назначению может привести к получению ложных данных, повреждению ложных данных, повреждению самого средства измерения или участка схемы, к которому оно подключено. Значит, назначение средства измерения можно считать его метрологической характеристикой.

Область применения средства измерения – количественная характеристика. Она имеет вид системы неравенств, ограничивающей с одной или с обеих сторон диапазон измерения. Она включает в себя диапазоны возможного изменения измеряемых или воспроизводимых физических величин; диапазоны допустимого изменения невоспроизводимых физических величин (амплитуды, частоты, формы, стабильности питающих напряжений); диапазоны допустимого изменения внешних условий; требования к согласованию средств измерений с внешними цепями.

В зависимости от форм представления показаний средства измерения классифицируются следующим образом:

• Показывающие, т.е. допускающие только отсчет показаний

• Регистрирующие, т.е. допускающие не только отсчет, но и регистрацию показаний в форме диаграмм (самопишущие приборы) или распечатки в цифровой форме (печатающие приборы)

По условиям применения средства измерения классифицируются следующим образом:

• Приборы общего применения, предназначенные для использования в различных радиоэлектронных устройствах независимо от их назначений

• Приборы специальные (сервисные) предназначенные для измерения параметров сигналов в определенных устройствах

• Встроенные приборы, входящие в состав радиоэлектронных устройств.

Проведенные работы по стандартизации в последние годы позволили издать измерительные приборы, которые могут использоваться как для общего применения, так и в качестве сервисных и встроенных. Например, электронные вольтметры, частотомеры, генераторы и другие приборы конструктивно выполняются в виде блоков, которые могут переносить или вставлять в стойки и создавать из отдельных модулей (блоков) измерительные устройства.

Все измерительные приборы для электрических измерений условно делят:

• Приборы для измерения параметров и характеристик электрических сигналов (амперметры, вольтметры, ваттметры, частотомеры, осциллографы);

• Приборы для измерения параметров и характеристик электрических цепей (омметры, приборы для измерения емкости, индуктивности и др.);

• Источники измерительных сигналов (измерительные генераторы).

По принципу действия различают

• Приборы прямого действия (преобразования)

• Приборы сравнения (компенсационного преобразования)

Прибором прямого действия называется измерительный прибор, в котором происходит одно или несколько преобразований входного сигнала в одном направлении (т.е. без обратной связи). Тип индикаторного устройства определяется принадлежностью прибора к той или иной группе (аналоговые, цифровые, показывающие, регистрирующие). Измеряемая величина последовательно преобразуется в и затем отображается на индикаторном устройстве.

Прибором сравнения называется измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно (см. рис). Известная величина воспроизводится набором мер. Измеряемая величина подвергается прямому преобразованию в преобразователях и по цепи обратной связи сигнал через управляет значением меры.

В схеме сравнения измеряемый сигнал сравнивается со значением меры.

При полной компенсации в установившемся режиме

Изменением коэффициента преобразования цепи обратного преобразования добиваются нулевых показаний индикаторного устройства ИУ. Значение измеряемой величины будет . Так реализуется нулевой метод.

Если использовался дифференциальный метод, то добиваются показаний индикатора устройства . При этом индикаторное устройство фиксирует , а измеряемая величина .