3.2. Метрологические характеристики средств измерений

Метрологическая характеристика средства измерения — это характеристика одного из свойств средства измерения, влияющая на результат измерения и на его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики, которые подразделяются на нормируемые и действительные.

Нормируемые метрологические характеристики устанавливаются нормативно-техническими документами.

Действительные метрологическиехарактеристики определяются в ходе эксперимента.

Перечень метрологических характеристик, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».

В зависимости от функций измерений устанавливаются соответствующие метрологические характеристики.

1. МХ для определения результатов измерений:

- функция преобразования;

- значения меры;

- цена деления;

- кодовые характеристики.

2. Мх погрешностей средств измерений:

- систематическая составляющая;

- случайная составляющая;

- вариация выходного сигнала;

- погрешности средств измерения;

- функции распределения погрешности.

3. Мх чувствительности средств измерений к влияющим факторам:

- функции влияния;

- изменение МХ при изменении влияющих величин.

4. Динамические характеристики средств измерений.

4.1. Полные:

- переходная;

- импульсная-переходная;

- амплитудно-фазовая;

- амплитудно-частотная;

- амплитудно- и фазочастотная;

- передаточная функция.

4.2. Частотные:

- время реакции;

- постоянная времени и др.

5. МХ влияния на погрешность:

- входной импульс;

- выходной импульс и др.

Статической характеристикойприбора (рис. 1.2) называется зависимость выходной величины y от входной величины xв установившемся режиме работы (т.е. когда xиyне меняются во времени: x=const, y=const), выраженная таблично, графически или аналитически.

Статическую характеристику получают следующим образом (см. рис. 1.2, таблицу 1.3):

1) подают на вход прибора постоянное

значение входного сигнала x=х₀=const;

2) дожидаются установившегося режима работы прибора, когда его выходной сигнал y станет постоянным, т.е. когда x=const, y=const;

3) измеряют значение входного сигнала х=х₀ и выходного сигнала y=y₀, а результаты измерения записывают в таблицу (см. таблицу 1.3);

4) повторяют необходимое количество раз пункты 1–3, подавая на вход различные значение входного сигнала х=x_i=const, i=.

В результате получают таблицу значений x и y (табличное выражение статической характеристики прибора). Используя данные таблицы, строят статическую характеристику в виде графической зависимости (см. рис. 1.3, в) y=f(x) (графическое выражение статической характеристики прибора). Функция f(x) представляет собой аналитическое выражение статической характеристики.

а) изменение входного сигнала x в ходе экспериментального определения статической характеристики;

б) изменение выходного сигнала y в ходе экспериментального определения статической характеристики;

в) полученная статическая характеристика y=f(x) (выраженная графически)

Для приборов наилучшей является линейная статическая характеристика y=kx+a, где а – постоянная, k – передаточный коэффициент, причем среди линейных статических характеристик более предпочтительны характеристики, для которых a=0, т.е. y=kx.

Самой желательной статической характеристикой прибора является y=x, которая получается при коэффициенте передачи k=1. В этом случае искомое значение физической величины отсчитывают непосредственно по шкале прибора.

Примеры линейных и нелинейных статических характеристик приборов представлены на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Примеры статических характеристик приборов:

а) нелинейная статическая характеристика;

б) линейная статическая характеристика y=kx+a;

в) линейная статическая характеристика y=kx.

ЧувствительностьS прибора представляет собой предел отношения приращения выходного сигнала к приращению входного сигнала,т.е.

.

Чувствительность прибора численно равна тангенсу угла наклона касательной к графику, представляющему статическую характеристику, т. е.: (рис. 1.3). В случае линейной статической характеристики чувствительность прибора постоянна и численно равна передаточному коэффициенту k:

.

Чувствительность является мерой, при помощи которой сравнивают приборы для измерения одинаковых физических величин (чем выше чувствительность, тем прибор лучше).

Порог чувствительностиприборах – это минимальное изменение входного сигнала, которое может быть зарегистрировано (обнаружено, замечено) с помощью прибора без применения дополнительных технических средств.

Для приборов часто характерен гистерезис – (магнитный, электрический, механический), когда значения выходного сигнала y при одних и тех же значениях входного сигнала x не совпадают при прямом и обратном ходе. В этом случае статическая характеристика прибора имеет вид так называемой петли гистерезиса.

Причинами гистерезиса обычно являются: наличие трения в деталях прибора; наличие люфтов (зазоров) между деталями прибора.

Гистерезис является причиной существования порога чувствительности прибора и, как следствие, возникновения вариации показаний прибора. Гистерезис понижает точность измерений, поэтому желательно свести его к минимуму.

Цена деленияприбора С – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы

Перегрузочная способность – способность прибора в определенное время выдерживать нагрузки, превышающие допустимые.

Быстродействие прибора В–время, затрачиваемое на одно измерение. Для аналоговых приборов – время установления показания, для цифровых – отношение числа измерений n к промежутку времени t, за которое эти измерения произведены; . Для цифровых приборов В=1…10⁴изм/сек.

Время установления показаний (время успокоения) – время, за которое амплитуда колебания подвижной части прибора станет меньше абсолютной погрешности прибора.

Надежность – способность прибора сохранять эксплуатационные параметры в течение заданного времени.