11.2. Статические характеристики и параметры средств измерений
Основной характеристикой СИ в статическом режиме является функция (уравнение) преобразования — зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала. В общем виде она может быть записана в виде
где F — некоторый функционал, описывающий ряд определенных математических операций, производимых над входной величиной X.
При разработке СИ стремятся к тому, чтобы обеспечить линейную связь между входной и выходной величинами:
или в упрощенной форме записи Y(t) = KX(t), где К — коэффициент преобразования. Например, для электромеханического амперметра магнитоэлектрической системы функцией преобразования является линейная зависимость (11.1).
Функция преобразования, представленная в виде формулы, таблицы или графика, используется в рабочих условиях для определения значений измеряемой с помощью СИ величины по известному информативному параметру его входного сигнала. Линейные функции преобразования, проходящие через начало координат, могут задаваться путем определения коэффициента преобразования К.
Различают три вида функций преобразования:
• номинальную F, которая указывается в нормативно-технической документации на данный тип СИ. Она устанавливается для стандартизованных средств измерений массового производства;
• индивидуальную Fи, которая принимается для конкретного экземпляра СИ и устанавливается путем экспериментальных исследований (индивидуальной градуировки) этого экземпляра при определенных значениях влияющих величин;
• действительную Fд, которая совершенным образом (без погрешностей) отражает зависимость информативного параметра выходного сигнала конкретного экземпляра СИ от информативного параметра его входного сигнала в тех условиях и в тот момент времени, когда эта зависимость определяется.
Под типом средств измерений понимается совокупность СИ, имеющих одинаковые назначение, схему и конструкцию и удовлетворяющих одним и тем же техническим требованиям.
Полная суммарная погрешность СИ, для которых нормируется номинальная функция преобразования
Она называется погрешностью по выходу CИ, поскольку приведена к его выходу. Кроме этого используется погрешность по входу (рис. 11.3)
вx = F-1(Yд) - Хд , где Хд — действительное значение информативного параметра измеряемой (входной) величины; F-1(Уд) — функция, обратная номинальной функции пре образования СИ, называемая его градуированной характеристикой.
Рис. 11.3. Номинальная и действительная функции преобразования
Некоторые СИ обладают вариацией показаний, под которой понимается разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к ней со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.
Важной характеристикой СИ является его чувствительность S — свойство, определяемое отношением изменения Y выходного сигнала Y к вызы вающему его изменению Х входного сигнала X. Различают абсолютную S = Y/Х и относительную S = Y/(X/X) чувствительности.
Наименьшее значение изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение, называется порогом чувствительности данного средства измерений.
Существует ряд характеристик и параметров СИ, которые описывают некоторые их свойства безотносительно к режиму работы. К таким относятся импедансные характеристики — характеристики, описывающие свойства СИ отбирать или отдавать энергию через свои входные или выходные цепи. Для электрических СИ это прежде всего входные и выходные сопротивления и емкости.
Воздействие влияющих величин на метрологические характеристики СИ описывается функцией влияния () — зависимостью изменения характеристик и параметров от изменения влияющей величины , или совокупности влияющих величин 1, ..., n.
Все рассмотренные выше характеристики являются метрологическими. Кроме них существует большая группа характеристик, называемых неметрологическими. К ним относятся показатели надежности, устойчивости к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима, напряжение питания, потребляемая мощность и др.