2.2 Основные характеристики контрольно-измерительных приборов.

Для оценки рационального использования приборов важно знать их характеристики и качественные показатели: погрешность (класс точности), вариацию, чувствительность, инерционность, надежность.

Любое измерение неизбежно сопровождается некоторыми ошибками. Ошибки, возникающие при измерениях, называются погрешностью. Они обусловлены несовершенством методов и средств измерения. Различают абсолютную, относительную и относительную приведенную погрешности.

Абсолютной погрешностью а измерительного прибора называется разность между показанием этого прибора и действительным значением, найденным по образцовым приборам: a = Q-Qo, где Q - отсчитанное значение измеряемой величины; Q0 - действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность Ъ - это отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины: b= (a: Q0) 100 %.

Относительной приведенной погрешностью Ь' называется отношение абсолютной погрешности к разности верхнего QMaKc и нижнего QMHH пределов шкалы прибора, выраженное в %: Ь' = [а: (QMaKC-Qmhh)] 100 %.

В зависимости от характера погрешности делятся на систематические, промахи и случайные.

Систематическими называются такие погрешности, которые изменяются по определенному закону. Появление систематических погрешностей вызывают свойство и состояние применяемого прибора, способы его установки, условия работы измерительного устройства, метод измерения, индивидуальные особенности наблюдателя.

Систематические погрешности выражаются в виде разности результатов измерения рабочим и образцовым прибором. Эти разности, взятые с обратным знаком, составляют таблицу поправок к показаниям прибора.

Промахами называются погрешности, резко искажающие Результат измерения. Они возникают при неправильном отсчете по шкале, неправильном включении прибора, неправильной записи показаний. Промахи устраняются при сопоставлении ряда измерений.

Случайными называются погрешности, которые не подчиняются известной закономерности. Они возникают в результате влияния на процесс измерения случайных причин. Влияние этих погрешностей на результат измерения можно оценить путем многократного измерения искомой величины. -

Погрешность, соответствующая нормальным условиям работы прибора, называется основной. За нормальные условия принимают температуру 293 К (20 °С), давление 101325 Па, относительную влажность до 80 %, отсутствие вибрации, электрических и магнитных полей. При нарушении нормальных условий возникает дополнительная погрешность прибора. Обобщенной характеристикой прибора является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

Раньше под классом точности приборов понималось отношение абсолютной погрешности к диапазону шкалы, выраженное в процентах. Например, манометр класса 2,5 с предельными значениями шкалы 100 кгс/см2 (10 МПа), имеет дополнительную погрешность 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа). Наиболее распространенные технические приборы имеют классы точности 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5. Этими цифрами обозначают класс точности на шкалах.

В настоящее время класс точности устанавливается по абсолютной погрешности (порядковые номера классов).

Наряду с классом точности существуют и другие качественные характеристики приборов: вариация, чувствительность, инерционность и надежность.

Вариацией показаний прибора называется наибольшая разность между повторными показаниями прибора и действительным значением измеряемой величины в одинаковых условиях. Вариацию обнаруживают при прямом и обратном ходе указателя шкалы до какого-либо определенного значения, когда указатель не доходит до этого значения с той или другой стороны. Это возникает вследствие трения в опорах подвижных частей, наличия зазоров, остаточной деформации измерительных пружин.

Вариация е выражается в процентах от диапазона шкалы прибора: e = A,Q : (QMaKc-Qmhh) ЮО %, где AQ - наибольшая разность повторных показаний; QMaKc-Qmhh - пределы показаний прибора.

Чувствительностью прибора называется отношение линейного или углового перемещения его указателя к изменению значения величины, вызвавшей это перемещение. Линейная чувствительность SN = AN:AQ, где AN - линейное перемещение; AQ - приращение измеряемой величины.

Угловая чувствительность 5ф = Аср : AQ, где Аср - угловое перемещение.

Величина, обратная чувствительности, является ценой деления шкалы прибора: C = AQ:AN или C = AQ:Acp. Практически чувствительность приборов часто определяют по цене деления шкалы.

Наименьшее значение измеряемой величины, способное вызвать заметное изменение показания измерительного прибора, называется порогом чувствительности.

Наибольшее изменение измеряемой величины, не вызывающее отклонения указателя прибора, называется зоной нечувствительности.

Инерционностью прибора называется отставание во времени его показаний от изменения измеряемой величины. Так, при измерении температуры манометрическим термометром требуется определенное время для нагрева газа в термобаллоне и передачи повышения давления на чувствительный элемент, перемещающий стрелку прибора. Инерционность приборов особенно важно учитывать при контроле быстропротекающих процессов, где запаздывание показаний может привести к значительным погрешностям.

Надежность прибора характеризует сохранение его качественных характеристик, обеспечивающих нормальную работу в течение заданного времени. Надежность прибора определяется его безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Свойство прибора непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени называется безотказностью. Вероятность безотказной работы в течение заданного времени, частота отказов, наработка на отказ (среднее время между двумя неисправностями) служат основными показателями надежности прибора и автоматических устройств.

Долговечностью называется свойство прибора длительно сохранять работоспособность в заданных режимах до значительного износа.

Под ремонтопригодностью понимается свойство прибора восстанавливать работоспособность путем предупреждения, обнаружения и устранения неисправностей. Для повышения ремонтопригодности современные приборы конструируют с учетом максимального удобства замены элементов, часто выходящих из строя (электронные лампы, переключатели, электромеханические реле).