1. Основные понятия метрологии.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Единство измерений – состояние измерений, при котором:

их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а

показатели точности измерений не выходят за установленные границы.

Эти требования установлены законом РФ «Об обеспечении единства измерений» [2]

1. Величина (физическая величина) – одно из свойств объекта, общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Примечание. В законе [2] прилагательное «физическая» в этом определении опущено.

2. Единица величины – фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин. В РФ применяются единицы величин Международной системы единиц СИ (SI – System International), принятые Генеральной конференцией по мерам и весам и рекомендованные к применению Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ). Единица величины обычно определена свойствами реального объекта – эталона.

3. Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины.

Размерность — соотношение, связывающее единицу данной величины с основными единицами системы, при этом коэффициент пропорциональности принят за 1в данном уравнении.

4. Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений [2]. Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. [9]. Например, измерительный трансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что имеет нормируемые метрологические характеристики и периодически подвергается операциям поверки или калибровки.

5. Методика (метод) измерений – совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.

6. Результат измерения (РИ) – значение величины, полученное путем ее измерения. Результат измерения Х можно представить в виде произведения некоторого числа n на единицу величины [х]: Х = n[х]. Это выражение называют «уравнением измерения». Например, U = 25,3 В, f = 1,2345 кГц.

Истинное значение величины практически недостижимо.

7. Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Истинное значение величины найти нельзя принципиально – это некоторая абстракция. На практике при определении погрешности вместо истинного значения используют так называемое действительное значе

8. Действительное значение — значение величины, полученное экспериментальным путём и настолько близкое значение к истинному, что в поставленной измерительной задаче может быть поставлено вместо него.

Поверка (средств измерений) — совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям .

По результатам поверки выдаётся свидетельство.

Поверке подвергаются те СР (Средства Измерений) и только они, которые относятся к сфере гос. регулирования обеспечения единства измерений

2. Единицы физических величин, используемых в технике связи.

3. Классификация измерений. Методы измерений.

4. Классификация погрешностей. Абсолютная, относительная и приведенная погрешности.

5. Систематические погрешности. Методы исключения.

6. Случайные погрешности. Описание случайных погрешностей.

7. Методы нормирования погрешностей средств измерений.

8. Классификация средств измерений.

9. Основные нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

Метрологические характеристики (МХ) – это характеристики (свойства) СИ, от которых зависит результат и погрешность измерения. Несмотря на специфику нормирования свойств различных СИ, можно сформулировать некоторый общий перечень МХ, который фирмы-изготовители обязательно приводят в технической документации.

1. Диапазон (поддиапазоны) измерения.

2. Разрешающая способность, которую задают несколькими различными способами:

•ценой деления шкалы – для аналоговых приборов. Важно иметь в виду, что цена деления шкалы – это не погрешность СИ. Обычно при отсчете показаний аналогового прибора последнюю значащую цифру результата получают путем интерполяции положения указателя («стрелки») в пределах одного деления шкалы;

•ценой единицы младшего разряда (е. м. р.) – для цифровых СИ. При переключении поддиапазона цена е. м. р. соответственно изменяется; 16

•количеством (k) десятичных разрядов цифрового индикатора – для цифровых СИ. В технических описаниях СИ зарубежных фирм часто используют жаргонный термин, «вольтметр на 4,5 десятичных разряда». Это означает, что старший разряд – неполный, в нем могут отображаться не все цифры от 0 до 9, а только 0 или 1, или только от 0 до 4;

•количеством (n) двоичных разрядов кода. Например, «АЦП на 10 двоичных разрядов» имеет значение n = 10.

По значениям k или n можно определить количество уровней квантования измеряемой величины: N = 2 n = 10k .

3. Погрешность СИ задают предельно допускаемым значением (интервалом со знаком ±) в виде числа или выражения в форме: •абсолютной погрешности (достаточно редко):

∆ = ± a – если абсолютная погрешность имеет чисто аддитивный характер,

∆ =± b·Ax (где Ax – результат измерения) – если абсолютная погрешность имеет чисто мультипликативный характер,

∆ = ± (a+b Ax) – если абсолютная погрешность имеет и аддитивную и мультипликативную составляющие;

•относительной погрешности:

δ = ± b , δ = ± (b + a / Ax), δ= ± {c + d [(Uk / Ux) – 1])}.

Последняя формула (где Uk – диапазон измерения, Ux – результат измерения, c и d – некоторые коэффициенты, %) широко использовалась ранее при нормировании погрешностей отечественных цифровых вольтметров;

•приведенной погрешности: δпр= ± γ % (как правило, в %).

Зарубежные фирмы обычно нормируют погрешности средств измерений как сумму двух составляющих в форме:

• ± (% of reading + % of range), т. е. ± (% от показаний + % от установленного поддиапазона). Например, предельно допускаемая погрешность 6,5 разрядного вольтметра на поддиапазоне измерения 1,0 В может быть указана таким образом: ± (0,0030% от показаний + 0,0007% от диапазона).

4. Условия применения (температура, давление, влажность, допустимые пределы изменения напряжения питающей сети, интервал времени от момента поверки или калибровки прибора, другие влияющие параметры.) Условия применения делят на две группы:

• нормальные, для которых нормируют основную погрешность,

•рабочие (более широкие, чем нормальные), для которых нормируют дополнительную погрешность (или допускаемое изменение показаний). Для сложных СИ фирмы-изготовители обычно приводят таблицу значений или формул для нормируемых погрешностей при определенных условиях эксплуатации. 17

5. Быстродействие – количество измерения в секунду – для цифровых СИ (для аналоговых СИ нормируют время установления показаний). Чем выше быстродействие СИ, тем, как правило, больше нормируемая погрешность.

Примечание. «Рекордное» значение быстродействия современных (2010 г.) серийно выпускаемых АЦП для цифровых осциллографов порядка·1011 изм./с.

6. Входной импеданс – полное входное сопротивление. Эквивалентная схема входной цепи СИ, как правило, может быть представлена в виде параллельного соединения резистора и конденсатора (рис. 2.2).

Нормирование изготовителем параметров R_вх и С_вх позволяет оценить влияние СИ на измеряемую цепь и ввести поправку на соответствующую погрешность, если она носит систематический характер. Разумеется, при этом надо знать и выходное сопротивление источника измеряемого сигнала