10 Измерительные приборы
Погрешности контрольно-измерительных приборов
Основные метрологические определения [4,5].
Автоматизация - это процесс замены труда человека по управлению производством работой специальных устройств. Функционирование этих устройств происходит на основании информации о значениях технологических величин (температуры, давления и т.д.), поступающей от измерительных приборов и преобразователей. С помощью измерительных приборов и преобразователей осуществляется процесс измерения, т.е. нахождения значения физической величины опытным путем. По способу получения числового значения искомой величины измерения могут быть прямыми и косвенными. При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений служат измерения температуры термометром и длины с помощью линейки.
При косвенном измерении искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Примером косвенного измерения является нахождение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам.
Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения.
Погрешности измерений подразделяются на систематические, случайные и грубые.
Систематическая погрешность измерения - это составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.
Случайная погрешность измерения - это составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Примером случайной погрешности измерения может служить погрешность округления при отсчитывании показаний измерительного прибора.
Под грубой погрешностью измерения понимается погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях. Причинами возникновений грубых погрешностей измерения чаще всего являются ошибки наблюдателя или неисправности измерительной аппаратуры.
Различают основную погрешность, т.е. погрешность измерительного прибора, используемого в нормальных условиях, и дополнительную погрешность, возникающую при работе прибора в условиях, отличных от нормальных. К дополнительным погрешностям относятся температурная погрешность, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной; установочная погрешность, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения и т.п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20 °С, а за нормальное атмосферное давление 101 325 Па (760 мм рт.ст.).
При оценке качества измерительных приборов также применяют абсолютную, относительную и приведенную погрешности.
Абсолютная погрешность измерительного прибора - это разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.
Однако в связи с тем, что истинное значение величины остается неизвестным, на практике в место него пользуются действительным значением величины, под которым понимают значение, найденное экспериментальным путем (например, с помощью образцового прибору и настолько приближающееся к истинному значению, что может быть использовано вместо него.
Если
Δ - абсолютная погрешность, X - показание
прибора,
- действительное значение измеряемой
величины, то
(10.1)
Класс точности прибора — это величина основной (определенной при нормальных условиях работы прибора) наибольшей допустимой его приведенной погрешности {в %). Например, манометр класса 2,5 с предельным значением шкалы 100 бар может иметь наибольшее значение погрешности ±2,5 % от 100 бар, что составляет ±2,5 бара. Существуют приборы следующих классов: 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5. Приборы класса 0,2 служат для поверки и градуировки рабочих приборов.
Приведенная погрешность прибора — это погрешность, выраженная в процентах от его предела измерения. Ее вычисляют или от суммы верхнего и нижнего пределов измерения, если прибор имеет двустороннюю шкалу измерения с нулевой отметкой в середине шкалы), или от разности пределов, если шкала односторонняя.
Чувствительностью измерительного прибора называется отношение изменения сигнала на выходе прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Под порогом чувствительности измерительного прибора понимают наименьшее изменение значения измеряемой величины, способное вызвать малейшее изменение показания измерительного прибора.
Определение погрешностей измерительного прибора и установление
его пригодности к применению называется поверкой.
Определение погрешностей выполняется путем сличения показаний поверяемого прибора с показаниями образцового прибора, имеющего более высокий класс точности.
Относительной
погрешностью измерительного прибора
называется отношение абсолютной
погрешности измерительного прибора Δ
к действительному значению
измеряемой величины.
Обычно относительная погрешность выражается в процентах, т.е.
(10.2)
Приведенная погрешность измерительного прибора определяется формулой
,
(10.3)
где γ - приведенная погрешность в процентах;
-
нормирующее значение (диапазон шкалы
прибора), выраженное в единицах измеряемой
величины;
Δ - абсолютная погрешность измерительного прибора.
Чаще
всего в качестве нормирующего значения
принимают разность конечного
начального
значений шкалы прибора
-
,
т.е. диапазон измерений.
Абсолютная вариация прибора определяется по формуле
,
(10.4)
где b - абсолютная вариация;
X1, Х2 - показания прибора при прямом и обратном ходе, соответствующие одному и тому же значению измеряемой величины.
Приведенную вариацию рассчитывают по формуле
(10.5)
Поправкой показания прибора называют величину погрешности измерения со знаком, обратным знаку этой погрешности. Например, при погрешности измерения +0,1 поправка будет минус 0,1.
Поверка измерительного прибора — процесс сравнения показаний измерительного прибора с показаниями лабораторных измерительных приборов для определения их погрешностей.
Градуировка измерительного прибора — процесс, с помощью которого деления шкалы обозначают в установленных единицах измерения.