8.3. Нормируемые метрологические характеристики си

Для каждого СИ вводятся и нормируются определенные метрологические характеристики (МХ), которые показывают степень соответствия информации об измеряемой величине, содержащейся в выходном сигнале, ее истинному значению. Метрологические характеристики СИ оказывают влияние на результат измерения и его погрешности. МХ, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными.

Метрологические характеристики СИ позволяют: определить результаты измерений и рассчитать инструментальную составляющую погрешности измерения; произвести оптимальный выбор СИ для обеспечения требуемого качества измерений; сравнить СИ различных типов с учетом условий применения. Выделяют шесть групп нормируемых метрологических характеристик СИ.

Первая группа регламентирует МХ, предназначенные для определения показаний средства измерений: функцию преобразования, значения мер, цену деления или единицу наименьшего разряда кода, в котором представляют результат измерения, вид выходного кода, число разрядов кода.

Функция преобразования Y=F(X) – зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала. При разработке СИ стремятся к тому, чтобы обеспечить линейную связь между входной и выходной величинами. Тогда функцию преобразования можно записать в виде Y=SX, где S - коэффициент преобразования (усиление или чувствительность). Функция преобразования (в виде формулы, таблицы, графика) используется для определения значений измеряемой величины с помощью СИ по известному информативному параметру выходного сигнала. Функция X=F^-1(), обратная функции преобразования, называется градуировочной характеристикой.

Одной из важнейших метрологических характеристик ИП является чувствительность S. Для линейной характеристики чувствительность рассчитывать как отношение величины Y выходного сигнала к величине X входного сигнала S=Y/X.

Величину, обратную чувствительности C=1/S, называют постоянной средства измерений или масштабным коэффициентом. Если функция преобразования F нелинейная, вводится понятие дифференциальной чувствительности S_d=dF(X)/X.

Размерности чувствительности S и дифференциальной чувствительности S_d совпадают; они безразмерны только в том случае, когда X и Y имеют одинаковую размерность. Другой мерой чувствительности нелинейного преобразователя служит безразмерный коэффициент чувствительности =Sd/S (для линейной системы =1).

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ.

Пределы измерения – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерения. Для мер – номинальное значение воспроизводимой величины (например, для кварцевого генератора – значение частоты его колебаний).

Цена деления шкалы – разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной – переменную. В этом случае нормируют минимальную цену деления.

В цифровых СИ используют нормированные характеристики цифрового кода – вид выходного кода, число его разрядов, цена единицы младшего разряда.

Вторая группа метрологических характеристик определяет основную погрешность без учета динамики процесса измерения, третья группа определяет дополнительную погрешность. Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности измерения делятся на основные и дополнительные.

Основная погрешность – это погрешность СИ при нормальных условиях эксплуатации:

- температура 205 ^оС;

- относительная влажность воздуха 6515% при 20 ^оС;

- атмосферное давление 97,4…104 кПа;

- напряжение питания 220 В 10% с частотой 50 Гц 1%;

- отсутствие электрических и магнитных полей.

Дополнительная погрешность нормируется, если рабочие условия измерения отличаются от нормальных более широким диапазоном влияющих величин. Обобщенной характеристикой точности средства измерений, определяемой пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей и другими свойствами, является класс точности СИ.

Четвертая группа метрологических характеристик используется для регламентации точности СИ, работающих в динамических условиях, или при динамических измерениях. Динамические характеристики проявляются в том, что на выходной сигнал СИ влияют не только значения входного сигнала, но и любые изменения этих значений во времени.

Пятая группа – импедансные характеристики. Они описывают свойства средства измерений обмениваться энергией с подключенными к нему через входные и выходные цепи объектами. Для электрических СИ – это входные и выходные сопротивления и емкости, для контактных линейных измерений - измерительное усилие.

Шестая группа метрологических характеристик регламентирует диапазоны тех параметров выходного сигнала, которые не содержат непосредственной информации о значении измеряемой величины, но могут влиять на точность измерений.

К неметрологическим характеристикам СИ относят показатели надежности, устойчивости к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима, напряжение питания, потребляемую мощность.