7. Метрологические характеристики приборов.

Основные метрологические характеристики измерительных приборов

Результаты измерения физической величины дают лишь приближенное ее значение. Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называют пог­решностью измерения. Возможная погрешность измерения является основным показателем измерений. Чем меньше пог­решность измерений, тем выше точность измерений, а следо­вательно, тем меньше разность между истинным значением измеряемой величины и фактическим.

В зависимости от формы числового выражения погреш­ности подразделяют на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность измерения Δ равна разности между фактическим результатом измерения А и истинным значением измеряемой величины Х_ист:

Δ = А-Х_ист. (42)

Так как истинное значение измеряемой величины неиз­вестно, вместо него используют так называемое действитель­ное значение, под которым понимают значение измеряемой величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что может быть ис­пользовано вместо последнего.

Допустимая предельная абсолютная погрешность при измерениях является наибольшей погрешностью, допускае­мой нормами. Предел допускаемой погрешности средства из­мерения — это наибольшая, без учета знака, погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Допустимая предельная абсолютная погрешность для большинства приборов Δ = С, где С - цена деления шкалы прибора.

Делением шкалы прибора называют расстояние между смежными штрихами шкалы, а ценой деления — его величина, выраженная в единицах измерения.

Относительная погрешность δ меры или измерительно­го прибора — это выраженное в процентах отношение абсо­лютной погрешности измерительного прибора к истинному значению воспроизводимой или измеряемой величины:

Приведенная погрешность δ_пр измерительного прибора — это отношение погрешности измерительного прибора к нор­мирующему значению. Нормирующее значение — это условно принятое значение, равное или верхнему пределу измерения, или диапазону измерений, или длине шкалы.

где Х_пр = Z— диапазон шкалы.

Погрешности измерений, в зависимости от характера проявления возможностей устранения и причин возникнове­ния, можно подразделить на три основные группы: грубые (промахи), систематические, случайные.

Грубыми называются погрешности, существенно превы­шающие ожидаемую при данных условиях погрешность. Их иногда называют субъективными, т.к. они чаще всего возни­кают вследствие невнимательности человека или недостаточ­ной его квалификации и опыта. Они возникают из-за ошибок или невнимательных действий оператора (его психофизиоло­гического состояния, неверного отсчета, ошибок в записях и вычислениях, неправильного включения приборов и т.п.). Если грубые погрешности и промахи обнаруживают в процес­се измерений, то результаты, содержащие их, отбрасывают. Однако чаще всего их выявляют только при окончательной обработке результатов измерений с помощью специальных критериев оценки грубых погрешностей.

Систематическими называют погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повтор­ных измерениях одной и той же величины. Например: пог­решность градуировки прибора, т.е. ошибки в положении де­лений, нанесенных на шкалу прибора. Такую погрешность не­возможно выявить ни путем многократных повторений изме­рения, ни путем вычисления среднего арифметического, в том и заключается особая опасность систематических погрешнос­тей. Обнаружить их можно только поверкой нуля средства из­мерений или чувствительности при его повторной аттестации.

Случайными называют погрешности, изменяющиеся слу­чайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности нельзя исключить опыт­ным путем, они являются статистическими величинами. При­чинами появления случайных погрешностей могут быть тре­ние и зазоры в кинематических парах, субъективные ошибки отсчета, влияние внешних полей. Случайные погрешности возникают при одновременном воздействии многих источни­ков, каждый из которых сам по себе оказывает незаметное влияние на результат измерений, но суммарное воздействие всех источников может оказаться достаточно сильным.

В зависимости от измерения во времени измеряемой ве­личины различают следующие погрешности средств измере­ний:

— статическая погрешность — погрешность при измере­нии постоянной во времени величины;

— динамическая погрешность — разность между погреш­ностью в динамическом режиме (т.е. при изменении измеряе­мой величины во времени) и статической погрешностью, со­ответствующей значению измеряемой величины в данный мо­мент времени.

В зависимости от условий возникновения погрешности подразделяются на:

— основную — погрешность средств измерений, исполь­зуемых в нормальных условиях, т.е. при нормальном положе­нии, температуре окружающей среды, отсутствии внешнего электрического и магнитного полей.

— дополнительную — погрешность средств измерений, возникающую в результате отклонения значения одной из влияющих величин от нормального значения. Иными сло­вами, это погрешность, возникающая при отклонении усло­вий эксплуатации от нормальных.

Погрешности прибора могут быть результатом несовер­шенства как самого метода измерений, так и прибора.

Точность — это качество измерений, отражающее бли­зость их результатов к истинному значению измеряемой вели­чины.

Высокая точность измерений соответствует малым пог­решностям как систематическим, так и случайным.

Точность количественно оценивают величиной, обрат­ной модулю относительной погрешности:

Достоверность измерений характеризует степень дове­рия к результатам измерений. Достоверность оценки погреш­ностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это дает возможность для каж­дого конкретного случая выбирать средства и методы измере­ний, обеспечивающие получение результата, погрешности ко­торого не превышают заданных границ с необходимой досто­верностью.

Чувствительностью измерительного прибора называет­ся отношение линейного ΔY (мм/ед. изм.) или углового Δα (град./ед. изм.) перемещения указателя к приращению изме­ряемой величины ΔХ, вызвавшему это перемещение:

Наиболее часто для определения чувствительности (S) используется следующая формула:

где D — длина деления шкалы; С — цена деления шкалы.

Порог чувствительности — наименьшее значение изме­ряемой величины, способное вызвать малейшее изменение показания измерительного прибора. На практике чаще ис­пользуют порог нечувствительности — максимальное значе­ние величины, не вызывающее отклонение стрелки.

Вариация показаний прибора (R) — это наибольшая раз­ность показаний прибора при одном и том же значении изме­ряемой величины. В технических приборах вариация допуска­ется до 0,5 °С прибора.

R=X_max-X_min.