10.7. Метрологические характеристики средств измерений.

Каждое средство измерений обладает совокупностью значений своих параметров, т.е. характеристик. Метрологические характеристики (MX) являются характеристиками тех свойств СИ, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений и предназначены для оценки технического уровня и качества средства измерений. Обычно сведения о MX содержатся в нормативно-технических документах на СИ. MX, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально действительными.

Метрологические характеристики СИ позволяют оценить инстру­ментальную составляющую погрешности измерения, произвести опти­мальный выбор СИ для обеспечения требуемого качества измерений, сравнить средства измерений различных типов с учетом условий их применения, оценить характеристики измерительной системы, в состав которой входят отдельные СИ. ГОСТ 8.009-84 “ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений” устанавливает следующую номенклатуру MX (рис.10.2).

Характеристики, предназначенные для определения показаний средства измерений (без введения поправки). В эту группу MX вклю­чены: функция преобразования, значения меры, цепа деления или еди­ница наименьшего разряда кода, в котором представляют результат измерения, вид выходного кода, число разрядов кода и другие.

Функция преобразования - зависимость инфор­мативного параметра выходного сигнала СИ от информативного параметра его входного сигнала. При разработке СИ стремятся к тому, чтобы обеспечить линейную связь между входным и выходным сигналами. Тогда функцию преобразования можно записать в виде , где S - коэффициент преобразования (усиление или чувствительность). Функция преобразования (в вине формулы, таблицы, графика) используется для определения значений измеряемой величины с помощью СИ по известному информативному параметру выходного сигнала. Функция , обратная функции преобразования, называется градуировочной характеристикой.

Одной из важнейших метрологических характеристик ИП является чувствительность S. Для линейной характеристики чувствительность рассчитывается как отношение величины Y выходного сигнала к величине X входного сигнала: . Величину, обратную чувствитель­ности , называют постоянной средства измерений, или мас­штабным коэффициентом. Если функция преобразования F нелинейна, вводится понятие дифференциальной чувствительности .

Размерности чувствительности S и дифференциальной чувстви­тельности совпадают; обе они безразмерны, когда X и Y имеют оди­наковую размерность. Другой мерой чувствительности нелинейного преобразователя служит безразмерный коэффициент чувствительности (для линейной системы ).

Порогом чувствительности называют минимальный уровень входного сигнала, которого необходимо достигнуть для появления раз­личимых изменений в показаниях прибора.

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

Пределы измерения - наибольшее и наименьшее значения диапа­зона измерений; для однозначной меры - это 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 последнем случае нормируют минимальную цену деления.

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

Характеристики погрешностей средства измерений, обусловленные свойствами СИ. Сюда отнесена погрешность средства измерений, которая является инструментальной составляющей погрешности измерения, а также характеристики систематической и случайной со­ставляющих погрешности СИ. Чаще всего эти характеристики норми­руют для нормальных условий измерения: температура относительная влажность воздуха при 20 °С, напряжение питания с частотой , атмосферное давление , отсутствие электрических и магнитных полей. Погрешность средства измерений, установленную для нормальных условий, называют основной.

Характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам нормируются, поскольку рабочие условия измерений могут отличаться от нормальных, что в свою очередь вызывает появление дополнительной погрешности СИ. Здесь в первую очередь выявляют функцию влияния, т.е. функцию зависимости погрешности средства измерений от изменения влияющей величины (совокупности влияющих величин).

Динамические характеристики регламентируют для средств из­мерений, работающих в динамических условиях, или при динамических измерениях. Динамическая погрешность СИ возникает в результате того, что на выходной сигнал СИ влияют не только значения входного сигнала, но и любые изменения этих значений во времени.

Характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на погрешность СИ вследствие его взаимодействия с любым компонентом, подключенным к его входу или выходу. Часть этих характеристик, названных импедансными, отражают свойство СИ отбирать или отдавать энергию через свои входные и выходные цепи (для СИ электрических величин - это входные и выходные сопротивления и емкости). Примером может также служить тепловой обмен энергией между объектом, температура которого измеряется, и термопреобразователем. Примерами неэнергетического взаимодействия могут быть: изменения параметров электромагнитных колебаний в линиях при радиотехнических измерениях на сверхвысоких частотах, вызывае­мые волновыми и коаксиальными соединениями; деформация поверх­ности объекта измерения под воздействием измерительного усилия СИ при контактных линейных измерениях.

Вообще говоря, характеристики подобных взаимодействий нельзя считать характеристиками средства измерений, поскольку они зависят от свойств не только данного СИ, но и тех компонентов (объект изме­рения, другое СИ), которые подключены к его входу или выходу.

Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений. Неинформативным называют такой параметр сигнала, ко­торый не используют для передачи информации об измеряемой вели­чине. Строго говоря, такие параметры не являются метрологическими характеристиками СИ. Однако их значения должны нормироваться. Одни неинформативные параметры являются разновидностью влияю­щих величин, другие обеспечивают согласование характеристик сосед­них средств измерений в измерительной системе. Например, если к вы­ходу данного средства измерений подключен частотомер, то форма и амплитуда импульсов выходного сигнала СИ должны удовлетворять определенным требованиям.

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

Нормированные метрологические характеристики могут быть представлены в виде числа, формулы, таблицы, графика; возможна комбинированная форма представления. Обобщенной характеристикой точности средства измерений, определяемой пределами основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами СИ, является класс точности средства измерений.