2.7.3.4. Неметрологические характеристики средств измерений

При эксплуатации измерительных приборов и других средств измерений важно знать и неметрологические характеристики: показатели надежности, электрической прочности, сопротивления изоляции и др.

Одной из основных характеристик является метрологическая надежность средства измерений.

Метрологическая надежность средства измерений (метрологическая надежность) – надежность средства измерений в части сохранения его метрологической исправности.

Метрологическая исправность средства измерений (метрологическая исправность) – состояние средства измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.

Выход одной или более метрологических характеристик средства измерения за пределы нормы приводит к метрологическому отказу.

Метрологический отказ средства измерений (метрологический отказ) – выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы.

Например, если погрешность средства измерений класса точности 0,01 стала превышать 0,01%, то это значит, что произошел метрологический отказ и средство измерений уже не соответствует установленному ранее классу точности. Если не установлены технические неполадки, то средству измерений может быть присвоен другой, более низкий класс точности.

Для оценки метрологической надежности используют показатели: наработка на отказ, срок службы и ресурс, среднее время восстановления средства.

2.8. Исключение погрешностей

Погрешность измерения в общем случае содержит систематическую (детерминированную) и случайную (индетерминированную) составляющие:

.

Это две составляющие резко отличаются своими свойствами и поэтому способы их оценки совершенно различны. Различны и способы их устранения и уменьшения. Поэтому необходимо уметь выявить эти погрешности для их предотвращения, уменьшения или коррекции.

2.8.1. Исключение систематических погрешностей

По характеру проявления систематические погрешности разделяют на постоянные и закономерно изменяющиеся. Для систематических погрешностей типичны и поэтому наиболее существенны постоянные погрешности.

Универсального метода обнаружения систематических погрешностей нет. Это объясняется большим разнообразием методов, средств и условий измерений и присутствием субъекта измерений.

Под исключением систематической погрешности подразумевают их уменьшение до уровня незначительных погрешностей.

Систематическая погрешность считается исключенной, если

при n = 1

или

при n = 2,

где n – число значащих цифр, которыми выражается предел абсолютной погрешности результата измерения.

Наиболее простой метод обнаружения и определения систематической погрешности заключается в поверке конкретного рабочего измерительного прибора. В результате поверки определяется поправка

,

где и х₀ – соответственно показания поверяемого и образцового приборов при измерении ими одного и того же значения измеряемой величины. Введение поправок позволяет в значительной степени исключить систематическую погрешность.

Наряду с общим методом применяют и специальные методы исключения систематических погрешностей.

Метод замещения. В этом случае на вход измерительного прибора подают измеряемую величину неизвестного размера, а затем заменяют её величиной такого известного размера, при котором в состоянии и действии измерительного прибора не происходит никаких изменений. Примером использования метода замещения является измерение сопротивления при помощи моста постоянного тока и мер сопротивлений. Погрешность измерения при этом будет зависеть от погрешности меры и случайной составляющей погрешности измерительного прибора, выключенного в выходную диагональ моста, постоянные же систематические погрешности при этом исключаются.

Метод компенсации погрешности по знаку. В этом случае неизвестную величину измеряют дважды, меняя условия измерения так, чтобы надлежащая исключению систематическая погрешность (с неизвестным размером) вошла в результаты измерений с противоположным знаком. При этом в качестве окончательного результата измерения, свободного от систематической погрешности, принимают среднее арифметическое из результатов двух измерений.

Этот метод применяют для исключения погрешностей от влияния постоянных магнитных полей, паразитных э.д.с. и т.п.

Метод противопоставления. В этом случае измеряемая величина неизвестного размера дважды сравнивается с величиной известного размера, причем при втором измерении (сравнении) величины взаимно меняются местами в измерительной цепи.

Примером данного метода может служить измерение сопротивления при помощи моста постоянного тока. Сначала измеряемое сопротивление R_х уравновешивается известным сопротивлением R₃, включенным в плечо сравнения моста. В результате

,

где R₂ и R₄ – сопротивление плеч отношений моста;

R₃ – сопротивление плеча сравнения.

Затем меняют местами размеры R_х и R₃ и вновь уравновешивают мост, регулируя сопротивление резистора R₃. В этом случае

,

где из –за наличия систематической погрешности.

Перемножив, для исключения R₃ и R₄ левые и правые части двух равенств, находим, что

.

Погрешность измерения при этом будет зависеть от погрешности переменного сопротивления R₃ и случайной составляющей погрешности измерительного прибора, включенного в выходную диагональ моста, постоянные же систематические погрешности при этом исключаются.

Сравнительно редко для исключения систематических погрешностей используют метод симметричных наблюдений и метод периодических наблюдений. Эти методы применяются, соответственно, для исключения погрешностей, изменяющихся по линейному закону, и погрешностей, изменяющихся по периодическому закону.

Однако при любых измерениях полностью исключить систематическую составляющую погрешности не удается. Всегда остается некоторая часть неисключенной погрешности, которая переводится в разряд случайной и оценка её проводится с использованием методов теории вероятности.