Раздел 1
Общие вопросы метрологии
Лекция 2
Средства измерений Погрешности
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
33 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерения
Средство измерения
техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики, то есть определенные численные значения величин и свойств, определяющих точность и достоверность результатов измерений.
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
34 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Метрологические характеристики
характеристики, которые влияют на результаты и точность измерений.
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
35 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Измерительный прибор – средство измерений,
предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной
для непосредственного восприятия наблюдателем.
измеряемая величина |
измерительный |
показания |
(входная) |
прибор |
(выходная величина) |
|
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
36 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
измерительные приборы
аналоговые
показания - непрерывная функция изменения измеряемой величины
цифровые
показания представляются в цифровой форме в результате дискретного преобразования
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
37 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
измерительные приборы
показывающие
значения считываются по шкале или цифровому табло
регистрирующие
предусмотрена запись показаний на различный носитель (диаграммная бумага, хранение в памяти в цифровом виде)
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
38 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Шкалы:
•односторонние
•двусторонние
•безнулевые
•Отсчетное устройство (шкала и указатель)
•Деление шкалы – промежуток между двумя отметками шкалы
•Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующая двум соседним отметкам
•Начальное значение – наименьшее
•Конечное значение – наибольшее
•Диапазон показаний - область шкалы, ограниченная начальным и конечным значениями
•Диапазон измерений – область значений, для которых нормированы допускаемые погрешности
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
39 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Измерительный преобразователь – средство
измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки или хранения,
но неудобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
измеряемая величина |
первичный |
измеряемый сигнал |
измерительный |
||
(входная величина) |
преобразователь |
(выходная величина) |
|
|
|
В дифференциально-трансформаторном преобразователе
изменению положения сердечника соответствует пропорциональное изменение амплитуды сигнала переменного тока на выходе вторичной обмотки преобразователя
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
40 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Первичный измерительный преобразователь – преобразователь, на вход которого воздействует непосредственно измеряемая величина.
Их часто называют датчиками, но это, строго говоря, неверно. Датчик, в соответствии с терминологией, это пороговое устройство.
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
41 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Чувствительный элемент – часть первичного измерительного преобразователя, находящегося под непосредственным воздействием измеряемой величины.
Сенсор – чувствительный элемент с минимальной группой преобразующих элементов.
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
42 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Измерительный комплекс – совокупность технических средств (первичных преобразователей, измерительных преобразователей и вторичных приборов), служащих для проведения измерений физической величины
t |
первичный |
R |
измерительный |
I |
|
Nt - показания |
вторичный |
|
|||||
|
преобразователь |
|
преобразователь |
|
|
|
|
|
|
прибор |
|
||
|
(преобразователь |
|
(измерительный |
|
|
|
|
|
|
(амперметр) |
|
||
|
сопротивления) |
|
мост) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
43 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Измерительная система – совокупность технических средств (первичных преобразователей, измерительных
преобразователей и вторичных приборов), служащих для
контроля параметров технологического объекта
технологический объект
ППр |
|
АЦП |
|
|
|
ППр 
ИПр 
мултиплексор
АЦП 
МПК 
Монитор
ППр |
|
Модем |
|
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
44 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Измерительный канал – совокупность технических средств (первичных преобразователей, измерительных
преобразователей и вторичных приборов), служащих для
контроля конкретного параметра технологического объекта. Измерительный канал является базовой частью
измерительной системы.
ППр 
ИПр 
мултиплексор
АЦП 
МПК 
Монитор
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
45 |
|
Общие вопросы метрологии |
|
||
Средства измерений |
|
|
|
|
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ |
|
|
ЭТАЛОНЫ |
ОБРАЗЦОВЫЕ СИ |
РАБОЧИЕ СИ |
|
средства хранения и |
меры и измер. приборы, |
измерительные приборы |
|
воспроизведения размера |
предназначенные для |
различной точности, |
|
единиц физических |
поверки и градуировки |
предназначенные для |
|
величин |
других си |
проведения измерений |
|
государственные |
образцовые СИ |
высокой точности |
|
первичные эталоны |
(меры) I порядка |
||
|
|||
вторичные эталоны |
образцовые СИ |
средней точности |
|
(меры) II порядка |
|||
|
|
||
рабочие эталоны |
образцовые СИ |
низкой точности |
|
(меры) III порядка |
|||
|
|
||
эталоны копии |
установки высшей точности |
||
|
|||
специальные |
исходные образцовые средства измерений |
||
эталоны |
|||
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
46 |
|
Общие вопросы метрологии Средства измерений
Поверочная схема -
метрологическая цепь передачи
размера единицы от эталона к
рабочим средствам измерения
рабочие приборы высокой точности
рабочие приборы средней точности
рабочие приборы низкой точности
государственные первичные эталоны
рабочие эталоны
образцовые СИ (меры) I порядка
образцовые СИ (меры) II порядка
образцовые СИ (меры) III порядка
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
47 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
Точность измерений характеризует качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины, то есть близость к нулю погрешности измерений.
Погрешность – это мера точности и важнейшая метрологическая характеристика средств измерений!
y |
1 |
2
x
1 – идеальная характеристика
2 – реальная характеристика, которая изменилась
под влиянием различных факторов
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
48 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
погрешность
абсолютная
X X Д
Х– показания СИ Хд – действительное значение
размерность совпадает с размерностью измеряемой величины
относительная
X
размерность
относительной погрешности - %
приведенная
Nx
Nx – нормирующая величина (как правило используют диапазон измерений)
размерность обычно выражается в %
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
49 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
погрешность
систематическая |
|
случайная |
|
грубая (промах) |
|
|
|
|
|
постоянная по величине |
|
изменяется случайным |
|
значительно |
или изменяющаяся по |
|
образом при повторных |
|
превышающая |
известному закону |
|
измерениях |
|
ожидаемое значение |
(устраняются |
|
(оцениваются на основе |
|
при данных условиях |
|
|
|
||
введением поправок) |
|
теории вероятности при |
|
(устраняется при |
|
|
многократных |
|
повторных измерениях) |
|
|
измерениях) |
|
|
|
|
|
|
|
инструментальная (зависит от прибора)
измеряя длину линейкой может оказаться, что действительная длина не
соответствует указанной на шкале
методологическая (обусловлена методом измерений)
измеряя длину кривой линейкой мы используем несовершенный метод, поскольку длина хорды не равна длине окружности
погрешность установки (обусловлена монтажом)
измеряя давление манометром мы не учитываем высоту на которой он |
|
установлен |
|
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
50 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
систематическая погрешность
аддитивная |
мультипликативная |
нелинейность |
обратный ход |
|
|
|
|
поступательное |
поворот статической |
нелинейные искажения |
несовпадение |
смещение статической |
характеристики |
статической |
статических |
характеристики |
величина погрешности |
характеристики |
характеристик прибора |
погрешность |
линейно зависит от |
|
при увеличении и |
неизменная в пределах |
значения измеряемой |
|
уменьшении |
диапазона измерений |
величины |
|
измеряемой величины |
|
|
|
|
|
(0,3 0,005 t) |
|
y |
y |
|
|
Электронный образовательныйx |
ресурс: «Метрология, стандартизацияx |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
51 |
|
|
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
Динамическая погрешность
погрешность средства измерений, возникающая дополнительно при измерении переменной физической величины и обусловленная несоответствием его реакции на скорость (частоту) изменения входного сигнала (инерционность средств измерения).
дин
80
30
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
52 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
Погрешность дискретизации и квантования цифровых СИ
Дискретизация или квантование величин производится любым экспериментатором при считывании результатов измерений со шкалы аналогового измерительного прибора.
В цифровых измерительных приборах и в аналого-цифровых преобразователях дискретизация непрерывных величин производится автоматически.
Квантование по уровню выполняется при численной регистрации любых экспериментальных данных.
xKB
xKB
x
xKB
x KB
x
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
53 |
|
Общие вопросы метрологии |
|
|
Погрешность |
|
|
Погрешность дискретизации и |
x |
D |
квантования цифровых СИ |
|
|
Квантование - округление значения |
|
t0 |
|
t |
|
непрерывной величины в соответствии с |
|
|
|
|
|
принятым правилом (например, отнесение |
|
|
к нижней, верхней границе интервала |
|
|
квантования или к его середине). |
|
|
Квантование по уровню приводит к
появлению методической погрешности, которую ввиду ее случайного характера иногда называют шумом квантования.
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
54 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
Дискретизация по времени – представление непрерывной функции в виде дискретного набора значений и, затем, ее восстановление.
x |
D |
|
|
|
t0 |
t
Способы временной дискретизации
выбор достаточно малого шага и соединение полученных точек прямыми
непрерывная функция заменяется конечным числом коэффициентов разложения, по выбранной системе базисных функций при этом по каналу связи передаются только коэффициенты разложения, а восстановление исходной непрерывной функции осуществляется путем вычисления суммы
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
55 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
Погрешность дискретизации и квантования цифровых СИ
Теорема Котельникова
аналоговый сигнал в обрасти рабочих частот 0 - ωгр может быть восстановлен если частота дискретизации вдвое превышает предельную частоту изменения измеряемого сигнала (частоту среза)
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
56 |
|
Общие вопросы метрологии Погрешность
В реальных условиях точное восстановление
непрерывной функции невозможно из-за того, что не могут быть выполнены условия теоремы Котельникова:
1.Реальные функции всегда существуют на конечных
интервалах времени, поэтому их спектры
неограниченны.
2.Выбор частоты среза ωгр и соответствующего шага дискретизации t приводит к потере высокочастотных
составляющих и появлению методической погрешности.
3.За счет конечного времени определения функции (длительности Т), ее спектр ограничен и снизу – частотой
ω=2π/Т.
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
57 |
|