1.5.3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам

Влияние, оказываемое внешними факторами, может быть описано, если известны следующие характеристики:

• Функция влияния () – это зависимость изменения метрологической характеристики средства измерений от изменения влияющей величины или их совокупности в рабочих условиях применения СИ.

• Изменения значений метрологических характеристик средств измерений, вызванные изменениями влияющих величин в установленных пределах, () – это разность (без учета знака) между метрологическими характеристиками, соответствующей некоторому заданному значению влияющей величиныв пределах рабочих условий применения средств измерений, и этой же метрологической характеристики, соответствующей нормальному значению влияющей величины.

Неинформативные параметры выходного сигнала являются одним из видов влияющих величин и определяют допустимую область значений тех параметров выходного сигнала, которые не содержат непосредственной информации о значении измеряемой величины. Однако они определяют возможность нормальной работы средств измерений.

Дополнительная погрешность средств измерений вызывается изменениями влияющих величин относительно своих нормальных значений и, следовательно, является их функцией.

Функции влияния могут нормироваться как отдельно для каждой влияющей величины, так и для определенной их совокупности. Нормирование совместных функций целесообразно и необходимо в тех случаях, когда существенны эффекты взаимовлияния величины на характеристики погрешностей.

Влияющие величины могут вызывать изменения не только погрешности, но и других метрологических средств измерений. Поэтому для таких случаев целесообразно предусмотреть нормирование соответствующих функций влияния.

Функция () устанавливает связь между статистическими характеристиками дополнительной погрешности Δ_с средства измерения и изменением влияющей величины: Δ= -₀, где и₀ – текущее значение влияющей величины в реальных условиях применения средств измерений и ее нормированное значение соответственно. Математическое ожидание (систематическая составляющая) и среднеквадратическое отклоне- ние (СКО) дополнительной погрешности имеют вид: М[Δ_с]=_Δs(); [Δ_с]= _σ(), где_Δs() и() – функции влияния величинына систематическую погрешность и СКО случайной погрешности средств измерений. При необходимости функция влияния на вариацию нормируется отдельно. В этом случае характеристики погрешности конкретного средства измерений выражаются следующим образом (для простоты считается, что вариация равна нулю):

М[Δ] = Δ_0S + _Δs();[Δ] = [] + (). (1.37)

Указанные формулы справедливы в том случае, когда изменения влияющих величин Δ являются известными детерминированными функциями. Если же Δучитываются как случайные величины или функции, обладающие своими математическими ожиданиями и дисперсиями, то:

М[Δ] = Δ_0S + _Δs(); [Δ] =.(1.38)

Это особенно важно для функции _Δs(), поскольку влияющие величины обычно вызывают значительные изменения именно систематической погрешности. В данном случае функция влияния_Δs () характеризуется своим математическим ожиданиемМ [_Δs()] и дисперсиейD [_Δs()].

Учет влияния случайного разброса величин Δна дисперсию или СКО путем введения соответствующих функций_D() и() привел бы к тому, что их необходимо было бы учитывать как случайные величины. И поэтому сама случайная погрешность средств измерений должна была бы рассматриваться как случайная функция с очень сложным видом нестационарности. Все это привело бы к практически непреодолимым трудностям при оценке погрешностей. В то же время значения Δвлияют на характеристики случайной погрешности значительно меньше, чем на систематическую погрешность. Это дает основание пренебречь влиянием разброса величин Δна дисперсию случайной погрешности и рассматривать функции влияния_D() и() как детерминированные. При проведении расчетов рекомендуется учитывать только те значения аргументовΔ, при которых указанные функции влияния имеют максимальные значения –_D()_max.

Для функции влияния нормируются ее вид и параметры. Характеристики аргумента Δпри расчетах определяются исходя из реальных условий эксплуатации средств измерений. При этом знания только предельных значений Δнедостаточно, нужно иметь информацию как о центре группирования, так и о степени ее разброса.

Наиболее просто дополнительные погрешности рассчитываются для средств измерений, у которых функции влияния различных внешних величин взаимно независимы.

Каждое средство измерений имеет свой класс точности.

Класс точности – это обобщенная метрологическая характеристика, определяющая различные свойства средств измерений. Класс точности средств измерений уже включает систематическую и случайную погрешности. Однако он не является непосредственной характеристикой точности измерений, выполняемых с помощью этих средств измерений, поскольку точность измерения зависит и от метода измерения, взаимодействия средств измерений с объектом, условий измерения и т.д.

В связи с большим разнообразием как самих средств измерений, так и их метрологических характеристик устанавливается несколько способов назначения классов точности. При этом в основу заложены следующие положения:

• в качестве норм служат пределы допускаемых погрешностей, включающие систематические и случайные составляющие;

• основная _осн и все виды дополнительных погрешностей _доп нормируются порознь.

Первое положение свидетельствует о необходимости разрабатывать средства измерений с учетом однократного отсчета показаний по величине общей погрешности. Второе положение направлено на обеспечение максимальной однородности однотипных средств измерений.

Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке по результатам государственных приемочных испытаний. Если средства измерений предназначены для измерения одной и той же физической величины, но в разных диапазонах, или – для измерения разных физических величин, то этим средствам измерений могут присваиваться разные классы точности как по диапазонам, так и по измеряемым физическим величинам.

Определяя класс точности, нормируют, прежде всего, пределы допускаемой основной погрешности _осн. Пределы допускаемой дополнитель-ной погрешности устанавливают в виде дольного (кратного) значения [_осн].

В эксплуатации средства измерений должны соответствовать этим классам точности. Однако при наличии соответствующих эксплуатационных требований класс точности, присвоенный на производстве, в эксплуатации может понижаться.

Пределы допускаемых основной и относительной погрешностей выражают в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей.

Устанавливается три вида классов точности средств измерений:

• для пределов допускаемой абсолютной погрешности в единицах измеряемой величины или делениях шкалы;

• для пределов допускаемой относительной погрешности в виде ряда чисел:

= ±А·10ⁿ, (1.39)

где А = 1; 1,5; (1,6); 2; 2,5; (3); 4; 5 и 6; значения 1, 6 и 3 – допускаемые, но не рекомендуемые; n = 1; 0; -1; -2; ...;

• для пределов допускаемой приведенной погрешности с тем же рядом 4.25: = ± А·10ⁿ.

Абсолютная погрешность может выражаться одним числом Δ = ±а при неизменных границах, двучленом Δ=±(а+bх) – при линейном изменении границ абсолютной погрешности, т.е. при совместном проявлении аддитивной и мультипликативной составляющих, или в виде таблицы, графика функции при нелинейном изменении границ.

Обозначения классов точности в документах и на приборах приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1