1.8.2 Метрологические характеристики средств измерений.

Для сравнения и оценки разнообразных СИ пользуются рядом показателей, которые характеризуют их с метрологической точки зрения.

Метрологические характеристики СИ– это такие технические характеристики, которые влияют на результат и точность измерений.

В зависимости от назначения и особенностей, средства измерений могут характеризоваться разными метрологическими характеристиками. ГОСТ 8.009-84 устанавливает полный перечень метрологических характеристик. Можно выделить несколько групп характеристик:

1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений:

• Функция преобразованияизмерительного преобразователя – зависимость выходного сигнала от входного;

• Градуировочная характеристика– зависимость между значениями входной и выходной величины СИ, полученная в результате градуировки. Градуировочная характеристика может быть представлена в виде формулы, таблицы или графика;

• Цена деления шкалы– разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

• Длина деления шкалы– расстояние между центрами (или осями) двух соседних отметок шкалы;

• Диапазон измерений– область значений величины , в пределах которой нормированы допускаемые погрешности СИ;

• Пределы измерений– наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений;

• Чувствительность– отношение изменения сигнала на входе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Обычно чувствительность определяют по формуле:, где Δy– изменение выходного сигнала; Δx– изменение входного сигнала. Если чувствительность постоянная (функция преобразования линейна), то шкала у прибора равномерная, в противном случае шкала будет неравномерной. Если нелинейность функции преобразования незначительная, то шкалу делают равномерной, допуская при этом определенную погрешность (ее называют методической инструментальной погрешностью);

• Порог чувствительности – это изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение выходного сигнала, которое может быть обнаружено при обычном для данного прибора способе отсчета;

• Значение однозначной или многозначной меры;

• Вид и параметры цифрового кода– для СИ, представляющих результаты в цифровом коде.

2. Характеристики чувствительностиСИ к влияющим факторам:функция влияния– зависимость изменения метрологических характеристик СИ от изменения влияющего фактора или от изменения совокупности влияющих факторов.

3. Динамические характеристики, отражающие инерционные свойства СИ при воздействии на них изменяющихся во времени величин (параметров входного сигнала, внешних влияющих факторов, параметров объекта измерений – нагрузки). По степени полноты описания инерционных свойств СИ динамические характеристики делятся наполныеичастные. Каждая из полных характеристик дает исчерпывающую информацию об инерционных свойствах СИ. К ним относятся:

• Дифференциальное уравнение, описывающее работы СИ;

• Передаточная функция СИ;

• Переходная характеристика;

• Импульсная характеристика;

• Совокупность амплитудно- и фазочастотной характеристик (АЧХ и ФЧХ) – годограф;

Любая полная динамическая характеристика может быть получена из любой другой полной динамической характеристики. Например, передаточная функция получается из дифференциального уравнения.

Более подробно динамические характеристики будут рассмотрены в дисциплинах «Физические основы получения информации» и «Основы автоматического управления»

К частным динамическим характеристикамотносятся отдельные параметры полных характеристик или характеристики, не отражающие полностью инерционных свойств СИ, но необходимые для выполнения измерений с заданной точностью.Пример– время установления показаний.

4. Характеристики погрешностей СИявляются одними из важнейших характеристик, определяющих точность измерений. В качестве характеристик используют различные составляющие погрешностей СИ.

Номенклатура метрологических характеристик, необходимых для описания СИ, и полнота, с которой эти характеристики должны описывать свойства СИ, зависят от назначения СИ, условий их эксплуатации, режима работы и многих других факторов.

Для СИ, используемых при высокоточных метрологических измерениях, определяются десятки метрологических характеристик. Учет многих МХ – это сложная, трудоемкая и потому дорогостоящая процедура. Поэтому на производстве, при проведении технических измерений, применяют обобщенные показатели точности СИ. Рассмотрим их более подробно.

Погрешность средства измерения– это разность между показаниями СИ и значением измеряемой величины.

По способу выражения числового значения погрешности делят на: абсолютную,относительнуюиприведенную.

Абсолютная погрешность определяется как: , гдеX_П– показания прибора;X– значение измеряемой величины.

Относительная погрешность:

Приведенная погрешность: , гдеX_Н– нормирующее значение.

Нормирующее значение определяется различным образом в зависимости от характера шкалы прибора.

При равномерной или степенной шкале:

1. Если нулевое значение находится на краю шкалы или вне диапазона измерений, X_Нравно верхнему пределу измерения.

2. Если нулевое значение находится внутри диапазона измерения, X_Нравно большему из модулей пределов измерения.

3. Для электроизмерительных приборов X_Нравно сумме модулей пределов измерений.

4. Для шкалы с условным нулем, X_Нравно модулю разности пределов измерений.

5. Если для СИ нормируется номинальное значение измеряемой величины, то X_Нравно номинальному значению.

В случае неравномерных шкал X_Нустанавливают равнымвсей длине шкалыили ее части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае абсолютную погрешность выражают в единицах длины.

По условиям окружающей среды различают:

1. основную погрешность– погрешность СИ, используемого в нормальных условиях;

2. дополнительную погрешность– погрешность СИ, возникающая при отклонении одного из внешних факторов за пределы своего значения в нормальных условиях.

В зависимости от режима работы СИ различают:

1. статическую погрешность– погрешность СИ при измерении установившегося во времени значения измеряемой величины.

2. динамическая погрешность– разность между погрешностью, СИ в динамическом режиме работы и его статической погрешностью, соответствующей значению измеряемой величины в данный момент времени.