Л5. Метрологические характеристики

Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости средств измерений характеристики их метрологических свойств (метрологические характеристики) нормируются и регламентируются стандартами. Номенклатура метрологических характеристик и полнота, с которой они должны описывать те или иные свойства средств измерений, зависят от назначения средств измерений, условий эксплуатации, режима работы и многих других факторов.

В полном перечне метрологических характеристик можно выделить следующие группы:

1. градуировочные характеристики, определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средства измерений в статическом режиме. К ним относятся, например, номинальная статическая характеристика преобразования (градуировочная характеристика) прибора, номинальное значение меры, пределы измерения, цена деления шкалы, вид и параметры цифрового кода в цифровом приборе;

2. показатели точности средства измерений, позволяющие оценить инструментальную составляющую погрешности результата измерений;

3. динамические характеристики, отражающие инерционные свойства средств измерений и необходимые для оценивания динамических погрешностей измерений.

5.1. Статические характеристики

Статические характеристики дают представление о поведении средства измерений в установившемся (статическом) режиме работы.

Основной характеристикой средства измерений в статическом режиме является функция (уравнение) преобразования – зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала

Y(t)=F[x(t)]. (5.1.)

При разработке средств измерений стремятся к тому, чтобы обеспечить линейную связь между входной и выходной величинами, т.е.

Y(t)=КХ(t), (5.2.)

где К – коэффициент преобразования.

С огласно ГОСТ 8.009-72 эта характеристика может задаваться в аналитической, графической или табличной форме.

Y

Y_max

Y_В

X_min X_Н Х_В X_max X

Y_Н

Y_min

Рис.5.1. Функция преобразования

1. Диапазоны изменения

входной величины D_{изм Х}=|X_max-X_min| (5.3.)

и выходной величины D_{изм Y}=|Y_max-Y_min|. (5.4.)

Диапазоны характеризуют в каких пределах может находиться входная и выходная величина и измерительное устройство не выйдет из строя.

2. Область значений величины (часть диапазона изменения или весь диапазон), в пределах которых гарантированы допускаемые погрешности средства измерений, называют диапазоном измерений. Значения величины, ограничивающие диапазон сверху и снизу, называют соответственно нижним и верхним пределами измерений. Разность между ними и представляет собой диапазон измерений (преобразований).

D_{пр Х}=|X_В-X_Н| (5.5.)

D_{пр Y}=|Y_В-Y_Н|. (5.6.)

Многие измерительные приборы имеют несколько диапазонов измерений (поддиапазонов). Их называют многопредельными. Область значений от нижнего предела минимального диапазона до верхнего предела наибольшего из диапазонов измерений представляет собой полный (общий) диапазон измерений.

3. Важной характеристикой средства измерений является его чувствительность S – свойство, определяемое отношением изменения ΔY сигнала Y к вызывающему его изменению ΔХ входного сигнала

S= ΔY /ΔХ (5.7.)

4. От чувствительности следует отличать порог чувствительности, представляющий собой такое воздействие на входе средства измерений, которое вызывает на выходе минимальный уверенно обнаруживаемый эффект.

5. Минимальная величина изменения входного сигнала, которая может быть обнаружена по изменению выходного сигнала во всем диапазоне преобразования называется разрешающей способностью.

6. Некоторые средства измерений обладают вариацией показаний, под которой понимается разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при подходе к ней со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Учет всех нормируемых метрологических характеристик средства измерений при оценивании результата измерений – сложная и трудоемкая процедура, оправданная при измерениях повышенной точности. При измерениях на производстве такая точность не всегда нужна, хотя информация о возможной инструментальной погрешности необходима. Такая информация дается указанием класса точности средства измерений.

Под классом точности понимают обобщенную характеристику точности средства измерений данного типа. Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке на основании исследований и испытаний представительной партии средств измерений данного типа. При этом пределы допускаемых погрешностей нормируют и выражают в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений.