10. Метрологические характеристики средств измерений. Нормирование мх. Испытание си

Метрологические характеристики - это характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности.

Истинное значение физической величины – значение, идеальным образом отражающие свойство данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении. Действительное значение физической величины – значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.

Метрологические характеристики, предназначенные для определения результатов измерений. Функция преобразования F(X) – зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала.

Диапазон измерений – область значений физической величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности систем измерений.

Значения величины, ограничивающие диапазон снизу и сверху, называется нижним и верхним пределами измерений.

Цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы систем измерения.

Чувствительность – свойство, определяемое отношением измерения выходного сигнала к вызывающему его измерению входного сигнала.

Характеристики погрешностей средств измерений. Эта группа характеристик описывает погрешности, обусловленные собственными свойствами СИ в нормальных условиях эксплуатации. Суммарное их значение образует основную погрешность СИ.

Абсолютная погрешность-разница между результатом измерения и истинным (или действительным) значением измеряемой величины.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же ФВ.

Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одного и того же размера ФВ, проведённых с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях.

Аддитивная – погрешность, которая остаётся постоянной при любых значениях измеряемой величины (погрешность нуля). Причинами возникновения этой погрешности являются трение в опорах, контактное сопротивление, дрейф нуля, шум и помехи электронных элементов и др.

Мультипликативная - погрешность, которая увеличивается или уменьшается с изменением измеряемой величины.

Погрешность гистерезиса, выражается в том, что статическая характеристика при увеличении измеряемой величины не совпадает со статической характеристикой при уменьшении. Погрешность гистерезиса возникает из-за люфта в механических узлах, гистерезиса в ферромагнитных материалах, явления поляризации в электрохимических процессах и т.д. Эта характеристика называется вариацией выходного сигнала СИ. Она представляет собой основание закона распределения случайной составляющей погрешности от гистерезиса.

где - показания прибора при прямом и обратном ходу, - диапазон измерений.

Нелинейные погрешности, имеющие нелинейную зависимость от измеряемой величины.

Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. Влияние, оказываемое внешними факторами, описывается при помощи следующей характеристики.

Функция влияния – это зависимость изменения МХ средства измерений от изменения влияющей величины или их совокупности в рабочих условиях применения СИ.

Динамические характеристики средств измерений.В состав любого средства измерения входят элементы обладающие инерцией: подвижные механические части, ёмкости и т.д., поэтому форма выходного сигнала отличается от формы входного сигнала и зависит как от самой формы входного сигнала, так и от времени. Для описания динамической погрешности используются следующие характеристики:

• Дифференциальные уравнения, наиболее полно описывают динамические свойства СИ:

• Переходная характеристика ( h - это временная характеристика СИ, полученная в результате подачи на его вход сигнала в виде единичной функции заданной амплитуды . Она описывает инерционность СИ, обуславливающую запаздывание и искажение выходного сигнала относительно входного.

• Импульсная переходная характеристика – это временная характеристика СИ, полученная в результате приложения к его входу сигнала в виде дельта функции . Переходная и импульсная характеристики связаны между собой

Частотные динамические характеристики.

Частотный метод анализа основан на исследовании прохождения гармонических колебаний различных частот через СИ.

• Амплитуда- фазовой характеристикой называют отношение:

Она описывает изменение показаний СИ при изменении частоты входного сигнала и характеризует только установившейся режим его работы.

• Амплитуда- частотная характеристика (АЧХ)

Представляет собой зависящее от круговой частоты отношение амплитуды входного сигнала линейного СИ в установившемся режиме к амплитуде входного синусоидального сигнала.

• Фазочастотная характеристика (ФЧХ) – зависящая от частоты разность фаз между выходным сигналам и выходным синусоидальным сигналом линейного СИ в установившемся режиме.

• Полоса пропускания – частотная динамическая характеристика, здесь АЧХ СИ измеряется не более чем на наперёд заданную величину.

• Передаточная функция (W(p)) – отношение преобразования по Лапласу выходного сигнала к преобразованию Лапласа входного сигнала при нулевых начальных условиях

Метрологические характеристики влияния на инструментальную составляющую погрешности измерения.К указанным характеристикам относятся характеристики СИ, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую вследствие взаимодействия СИ с любым из подключенных к его входу или выходу компонентов. Потребление энергии средством измерений от объекта измерения или от предвключенного прибора приводит к изменению значения измеряемой величины и, следовательно, к появлению соответствующей составляющей погрешности. Для СИ, работа которых характеризуется обменом энергией между ними и подключенными к их входу или выходу объектами, необходимо нормировать некоторые характеристики, описывающие свойства этих приборов отбирать или отдавать энергию через свои входные или выходные цепи. Такие характеристики часто называют импедансными, или просто импедансами.

Рассматриваемые характеристики нормируются путем установления номинальных значений импедансных характеристик и пределов допускаемых отклонений от них.

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Общий подход к нормированию хар-тик заключается в том, что для ф-ций значений и пределов , устанавливают их номинальное значение. При нормировании погрешности учитывают хар-тики и пределы измерения прибора, если преобладающей явл. аддитивная погрешность, то погрешность прибора нормируется в виде абсолютной или приведенной погрешности. Если преобладает мультипликативная, то погрешность в виде – относительной.

Часто точность прибора оценивают классом точности. Класс точности - максимальная приведенная погрешность выраженная в %.

Испытания СИ.

Все средства измерений, предназначенные для серийного производства, ввоза из-за границы, подвергаются со стороны органов Государственной метрологической службы обязательным государственным испытаниям, под которыми понимается экспертиза технической документации на средства измерений и их экспериментальные исследования для определения степени соответствия установленным нормам, потребностям народного хозяйства и современному уровню развития приборостроения, а также целесообразности их производства.

Установлены два вида государственных испытаний:

• приемочные испытания опытных образцов средств измерений новых типов, намеченных к серийному производству или импорту (государственные приемочные испытания);

• контрольные испытания образцов из установочной серии и серийно выпускаемых средств измерений (государственные контрольные испытания).

• Государственные приемо-сдаточные испытания (поврка) проводятся метрологическими органами Госстандарта или специальными государственными комиссиями, состоящими из представителей метрологических институтов, организаций-разработчиков, изготовителей и заказчиков.

В процессе государственных приемочных испытаний опытных образцов средств измерений проверяется соответствие средства измерений современному техническому уровню, а также требованиям технического задания, проекта технических условий и государственных стандартов. Проверке подлежат также нормированные метрологические характеристики и возможность их контроля при производстве, после ремонта и при эксплуатации, возможность проведения поверки и ремонтопригодность испытуемых средств измерений.

Государственная приемочная комиссия на основании изучения и анализа представленных на испытание образцов средств измерений и технической документации принимает рекомендацию о целесообразности (или нецелесообразности) выпуска средства измерения данного типа.

Госстандарт рассматривает материалы государственных испытаний и принимает решение об утверждении типа средств измерения к выпуску в обращение в стране. После утверждения тип средств измерения вносится в Государственный реестр средств измерений.

Государственные контрольные испытания проводятся территориальными организациями Госстандарта. Их цель – проверка соответствия выпускаемых из производства или ввозимых из-за границы средств измерений требованиям стандартов и технических условий.

Контрольные испытания средств измерений серийного производства проводятся: при выпуске установочной серии, при наличии сведений об ухудшении качества средств измерений, выпускаемых предприятием-изготовителем; при внесении изменений в конструкцию и технологию изготовления средств измерений, влияющих на их нормируемые метрологические характеристики, а также в порядке государственного надзора за качеством выпускаемых средств измерений в сроки, устанавливаемые Госстандартом.

Контрольные испытания проводятся периодически в течение всего времени производства (или импорта) средств измерений данного типа на испытательной базе предприятия-изготовителя. По окончании испытаний составляется акт о контрольных испытаниях, содержащий результаты испытаний, замечания, предложения и выводы. На основании акта контрольных испытаний организация, проводившая их, принимает решение о разрешении продолжения выпуска в обращение данных средств измерений, или об устранении недостатков, обнаруженных при контрольных испытаниях, или о запрещении их выпуска в обращение.

Приёмо-сдаточные испытания или поверка. Поверка – установленная органами государственной метрологической службы или другими официально уполномоченными лицами или организациями, пригодности средства измерений, на основе экспериментально определённых метрологических хар-тик и подтверждение их соответствия установленным требованиям. Поверку проходят все средства измерения. Первичная поверка – при выпуске из производства, далее проводится периодическая поверка, через определённый интервал времени.