8.2. Характеристики средств измерений

Различают метрологические и эксплуатационные харак­теристики средств измерения (СИ) и (или) измерительных преобразователей (ИП).

Метрологические харак­теристики определяют результаты и погрешности измерений.

Эксплуатационные харак­теристики определяют условия применения СИ и ИП.

Метрологические характеристики:

• порог чувствительности;

• разрешающая способность;

• вариация показаний;

• функция преобразования;

• характеристики погрешности СИ и ИП.

Эксплуатационные характеристики:

• предел измерений (преобразования);

• полный диапазон измерений (преобразования) (интервал значений измеряемой (преобразуемой) величины от порога чувствительности до верхнего предела измерений);

• рабочий диапазон измере­ний и частот.

Порогом чувствительности СИ (ИП) называют значение измеряемой (пре­образуемой) величины, для которой относительная погрешность составляет 100%.

Понятие разрешающей способности употребляется в разных значениях.

Если измеряемая величина медленно и непрерывно изменяется от любого, от­личного от нуля значения, то под разрешающей способностью понимают изме­нение входной величины, необходимое для начала изменения показаний.

Если показания изменяются дискретно, то разрешающей способностью называют шаг изменения показаний. Это определение совпадает с понятием разрешающей способности цифровых показывающих приборов.

Вариацией показаний называется разность показаний, получаемая при одном и том же значении измеряемой величины при медленном непрерывном или шаговом подходе к метке шкалы один раз с меньшего, а другой раз с большего значе­ния. Причины вариации показаний могут быть различными: люфт в механических пере­дающих элементах, сухое трение, гистерезисные явления в механических и электромагнитных системах.

Функция преобразования — функциональная зависи­мость между сигналом на входе X и сигналом на выходе y, задаваемая ана­литическим выражением или графиком.

Если X изменяется медленно или остается в процессе измерения постоянным, то функцию преобразования называют градуировочной характеристикой. Идеальная градуировочная характеристика линейна: у = КХ,

где К — коэффициент преобразования.

Реальные градуировочные характеристики могут быть нелинейными (рис. 8.1, а) или гистерезисными (рис. 8.1, б).

Рис. 8.1. – Градуировочные характеристики

Статической чувствительностью S(x) ИП (СИ) называют отношение при­ращения у к приращению X. Для линейной градуировочной характеристики чувствительность равна коэффициенту преобразования. У некоторых ИП ста­тическая чувствительность отсутствует (пьезоэлектрические и электродинами­ческие ИП, фильтры и др.).

Если входной сигнал X быстро или периодически изменяется во времени, то функция преобразования СИ (ИП) задается в виде дифференциального уравнения, импульсной характеристики, переходной характеристики, переда­точной функции или в виде амплитудно-частотной (АЧХ) и фазово-частотной (ФЧХ) характеристик. При этом СИ (ИП) рассматриваются как линейные стационарные системы непрерывного действия с сосредоточенными параметра­ми. Свойства линейной системы характеризуются ее реакцией (видом выход­ного сигнала) на определенный, типовой входной сигнал. Этот выходной сиг­нал можно определить расчетным путем в результате решения дифференциаль­ного уравнения или экспериментально.

Основными типовыми сигналами являются: единичная импульсная функ­ция, единичная функция, линейно нарастающая функция и гармоническая функ­ция (рис. 8.2).

Рис.8.2. – Типовые сигналы: а — единичная импульсная функция; б — единичная функция; в — линейная функ­ция; г — гармоническая функция.