§ 2.6. Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств

Все рассмотренные в § 2.3 — 2.1 характерне!икн измерительных устройств принято называть метрологическими, гак как они влия­ют на точность осуществляемых с помощью этих устройств изме­рений.

Средства измерений, в том числе и измерительные устройства, допускаются к применению только в том случае, если установлены нормы — нормированы их метрологические характеристики. Сведе­ния о последних приводятся в технической документации на сред­ства измерений.

Для удобства использования, анализа и нормирования метроло­гических характеристик средств измерений их удобно классифици­ровать на группы, приведенные в таб. 2.2.

Посредством нормирования метрологических характеристик обеспечивается взаимозаменяемость средств измерений и единство измерений в государственном масштабе. Реальные значения метро­логических характеристик средств измерений определяются при их изготовлении, а затем периодически проверяются в процессе экс­плуатации. При наличии отклонений хотя бы одной нормированной метрологической характеристики от нормы средство измерений ре­гулируется, подвергается ремонту или бракуется и изымается из обращения.

Выбор нормируемых метрологических характеристик из числа приведенных в табл. 2.2 зависит от вида средства измерений и осу­ществляется в процессе разработки, освоения производства и атте­стации средства измерений данного типоразмера (см. § 2.9).

Общий подход при нормировании метрологических характери­стик состоит в том, что для всех нормируемых функций и значений устанавливаются номинальные функции и номинальные значения и пределы допустимых отклонений (например, номинальная функ­ция преобразования, номинальная функция влияния, поминальное значение информативного параметра на выходе, номинальное зна­чение постоянной времени и т. п.). Для остальных характеристик

Таблица 2.2

Метрологические характеристики измерительных устройств

Группа метрологических характеристик	Метрологические характеристики
Характеристики, предназ­наченные для определения результата измерений	Функция преобразования, коэффициент преоб­разования, цена деления, чувствительность, диа­пазон измерений, верхний и нижний пределы из­мерений, диапазон показаний, конечное и началь­ное значения шкалы Характеристики погреш­ности
Характеристики погрешности	Систематическая погрешность, случайная по­грешность, основная погрешность, динамическая погрешность, порог чувствительности, мультипли­кативная погрешность, аддитивная погрешность, погрешности линейности, вариация, абсолютная, относительная и приведенная погрешности
Характеристики чувстви­тельности к влияющим ве­личинам	Функции влияния, дополнительная погрешность, изменение показаний, изменение коэффициент преобразований, значения неинформативного па­раметра выходного сигнала
Динамические характерис­тики	Дифференциальное уравнение, передаточная функция, комплексная частотная функция, пере­ходная характеристика, импульсная переходная характеристика, амплитудно-фазовая характерис­тика, постоянная времени, время реакции, ампли­тудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика, полоса пропускания и др.
Характеристики взаимо­действия с подключаемыми средствами измерения	Входной импеданс, выходной импеданс

устанавливаются пределы допустимых значений (например, пре­делы допускаемой основной погрешности, пределы допускаемой ва­риации и т. п.).

Определенную специфику имеет нормирование характеристик, определяющих точность измерений, выполняемых с помощью дан­ного средства измерений (основная и дополнительная погрешно­сти, размах, вариация).

Основная погрешность устройства для технологических измере­ний нормируется путем установления предела допускаемой абсо­лютной, относительной или приведенной погрешности:

, (2.32)

δ = ±1000Δ/Х= ± с, (2,33)

γ = ± l000Δ/X_N=± b, (2.34)

где X — входной сигнал измерительного устройства.

Нормирующее значение Х_N в выражении (2.34) принимают рав­ным диапазону измерений (для многих измерительных устройств, в том числе для большинства устройств, используемых для техно­логических измерений), конечному значению шкалы, длине шка­лы, если последняя имеет резко изменяющееся деление.

Способ задания пределов допускаемой основной погрешности для измерительных приборов и преобразователей определяется за­висимостью их погрешности от значения измеряемой величины и требованиями простоты. Если у измерительных устройств данного типоразмера после соответствующей их регулировки погрешность практически не зависит от значения измеряемой величины, т. е. яв­ляется аддитивной, то предел допускаемой основной погрешности нормируется абсолютной погрешностью, определяемой по форму­ле (2.32), либо приведенной погрешностью, определяемой но фор­муле (2.34).

Если погрешность измерительных устройств данного типоразме­ра является мультипликативной и пропорциональна значению из­меряемой величины (Δ= ± ) то предел допускаемой основной погрешности удобно нормировать через относительную погреш­ность, определяемую по формуле (2.33), так как норма опреде­ляется одним числом:

(2.35)

Значение предела относительной или приведенной погрешности определяется из ряда предпочтительных чисел:

[1; 1,5 (1,6); 2; 2,5 (3); 4; 5; 6] 10ⁿ. (2.36)

Числа 1,6 и 3 допускаются к применению, но не рекомендуются. Значение n принимается равным: +1, 0, —1, —2 и т. д. Причем при одном значении n допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой погрешности для измерительных устройств конкретного вида.

При нормировании основной погрешности учитывается тог факт, что положение реальной функции преобразования в преде­лах полосы, определяемой пределом допускаемой основной погреш­ности, изменяется (см. рис. 2.8, а) за счет действия влияющих ве­личин, что вызывает случайную погрешность, определяемую раз­махом R. Обычно допускаемое значение размаха принимается меньшим половины предела допускаемой погрешности:

R ≤ 0,5Δ. (2.37)

Для нормирования вариации измерительных устройств исполь­зуют формулы (2.28), (2.29), (2.30) или (2.31), т. е. выражают ее или приведенным значением. Значение же предела допускаемой вариации принимается в виде дольного (кратного) значения предела допускаемой основной погрешности обычно из следующих соотношений:

, (2.38)

. (2.39)

Так как значение вариации всегда меньше удвоенного значе­ния основной погрешности, то для некоторых измерительных уст­ройств вариация не нормируется.

Дополнительная погрешность нормируется в тех случаях, когда при измерении влияющих величин в рабочей области основная по­грешность превышает установленный для нее предел. Дополни­тельная погрешность нормируется: в виде постоянного значения Δ_доп для всей рабочей области влияющей величины или по отдель­ным интервалам этой области; путем указания отношения преде­ла допускаемой дополнительной погрешности, принятой для регла­ментируемого интервала влияющей величины, к значению этого ин­тервала, т. е. Δ_доп/Δξ (Δξ — регламентируемый интервал влияю­щей величины ξ); путем указания зависимости предела допускаeмой дополнительной погрешности от влияющей величины, т. е. Δ_доп =Е(ξ).

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, как прави­ло, устанавливают в виде дольного (кратного) значения предела допускаемой основной погрешности.

Измерительные устройства принято разделять на классы точ­ности.

В настоящее время класс точности Λ трактуется как обобщен­ная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.

Связь между пределами основной и дополнительной погреш­ностей, а также с другими свойствами средств измерений обычно регламентируется соответствующими стандартами на отдельные виды средств измерений.

Классы точности не устанавливаются только для тех средств измерений, для которых отдельно нормируется систематическая и случайная составляющие погрешности, а так же для средств измерений, для которых нормируется и имеет существенное значение динамическая погрешность.

О бозначение классов точности Λ производится в зависимости от способов задания пределов допускаемой основной погрешности. Если последняя выражается приведенной (2.34) или относитель­ной (2.33) погрешностью, применяются соответственно следующие обозначения: 1,5 и (обозначения приведены для класса точности 1,5). В рассмотренных

(наиболее распространенных) случаях обозначения класса точности дает информацию о пределе допускаемой основной погрешности. Числовые значения для классов точности выбирают из приведенного ряда (2.36).

Для измерительных приборов и преобразователей, применяе­мых для технологических измерений, как правило, нормальные ус­ловия эксплуатации выбирают такими, что в большинстве случаев исключается необходимость нормирования дополнительной по­грешности. Поэтому класс точности однозначно определяет точ­ность этих средств измерений.