Вопрос 4. Mетрологические характеристики средств измерений

Метрологическая характеристика средств измерений – характеристика свойства средства измерений, которая оказывает влияние на результаты и, следовательно, погрешности измерений. Метрологические характеристики, регламентированные в ТНПА, называют нормированными, а определяемые экспериментально – действительными.

Номенклатура метрологических характеристик, правила выбора комплексов нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования регламентирует ГОСТ 8.009–84.

Требования к метрологическим характеристикам определяются, прежде всего, теми задачами, которые должны решаться с их помощью. Такими задачами являются:

– оценка результата измерений и расчет оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений в реальных условиях применения СИ;

– выбор СИ по заданным характеристикам погрешности измерений или показателям качества испытаний и контроля;

– расчет погрешностей измерительных каналов систем, представляющих собой совокупность соединенных между собой СИ (измерительных преобразователей, измерительных приборов и т. п.) по их метрологическим характеристикам.

Нормируемые метрологические характеристики должны обеспечить возможность нахождения инструментальной погрешности средства измерений путем суммирования ее составляющих.

Типичными для общего случая являются четыре составляющие погрешности измерений, обусловленные свойствами СИ, т. е. четыре составляющие инструментальной составляющей погрешности измерений:

– погрешность, обусловленная неидеальностью собственных свойств СИ. Эта составляющая называется основной погрешностью СИ;

– погрешность, обусловленная реакцией СИ на изменения внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала относительно их нормальных значений. Эта составляющая зависит как от свойств СИ, так и от изменений влияющих величин, она называется дополнительной погрешностью СИ;

– погрешность, обусловленная реакцией СИ на скорость (частоту) изменения входного сигнала. Эта составляющая определяет динамическую погрешность СИ;

– погрешность, обусловленная взаимодействием СИ и объекта измерений. Эта составляющая зависит от свойств как СИ, так и объекта измерений.

Первые две составляющие представляют статическую погрешность СИ. Третья составляющая – динамическую. Из них только основная погрешность определяется свойствами СИ. Дополнительная и динамическая зависят как от свойств самого СИ, так и от некоторых других причин (внешних условий, параметров измерительного сигнала и др.).

Модель инструментальной составляющей погрешности измерений может быть представлена в виде

где – символ объединения (суммирования) составляющих погрешности СИ; – основная погрешность СИ; – объединение дополнительных погрешностей СИ, обусловленных действием влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала; – динамическая погрешность СИ, обусловленная влиянием скорости (частоты) изменения входного сигнала; – погрешность обусловленная взаимодействием СИ с объектом измерений.

В зависимости от свойств СИ и реальных условий его применения некоторые или все составляющие и (или) могут отсутствовать.

ГОСТ 8.009 предусматривает возможность нормирования метрологических характеристик. Отдельно могут быть нормированы следующие группы метрологических характеристик:

– характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки). Такие метрологические характеристики можно назвать номинальными.

– характеристики погрешностей СИ;

– характеристики чувствительности средств измерений к влия-ющим величинам и неинформативные параметры выходного сигнала;

– динамические характеристики СИ;

– метрологические характеристики влияния на инструментальную составляющую погрешности измерения.

К характеристикам, предназначенным для определения результатов измерений, относят функцию преобразования измерительного преобразователя, значение однозначной или многозначной меры, цену деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры, вид выходного кода, число разрядов кода, цену единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде и др.

К метрологическим характеристикам погрешности СИ (основная погрешность СИ) относятся характеристики систематической составляющей погрешности, характеристики случайной составляющей погрешности, характеристики случайной составляющей погрешности от гистерезиса, обусловленной отличием показаний данного экземпляра СИ от информативного параметра входного сигнала при различных скоростях и направлении его измерения.

К характеристикам чувствительности средств измерений к влияющим величинам и неинформативным параметрам выходного сигнала относятся функция влияния, устанавливающая зависимость изменения метрологических характеристик средства измерений от изменения влияющей величины или их совокупности в рабочих условиях применения СИ. Неинформативные параметры выходного сигнала являются одним из видов влияющих величин и определяют допустимую область значений тех параметров выходного сигнала, которые не содержат непосредственной информации о значении измеряемой величины. Неинформативные параметры выходного сигнала СИ нормируют путем установления номинальных значений и пределов допускаемых отклонений от них.

Для описания динамических характеристик используют следующие характеристики: полную динамическую характеристику аналоговых СИ, частные динамические характеристики аналоговых СИ, динамические характеристики аналогово-цифровых СИ и др.

К последней группе метрологических характеристик относятся характеристики СИ, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую вследствие взаимодействия СИ с любым подключенным к его входу или выходу компонентом, например, объектом измерения и др.

Номенклатура нормируемых метрологических характеристик зависит от назначения, условий эксплуатации, режима работы и многих других факторов.

Так, для однозначной меры набор метрологических характеристик включает значение меры Y и характеристики ее погрешностей, а для многозначной штриховой меры, измерительного преобразователя или прибора состав комплекса метрологических характеристик значительно расширен, а сами комплексы могут существенно различаться между собой.