Расчет погрешностей средств измерений по нормированным метрологическим характеристикам.

Метрологические характеристики — это характеристики свойств средства измерения, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности.

Для каждого СИ вводятся и нормируются определенные метрологические характеристики (МХ). Характеристики, устанавливаемые нормативно—техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально—действительными.

Класс точности – это обобщенная характеристика СИ, выражаемая пределами допускаемых значений его основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Важнейшей метрологической характеристикой средства измерения (СИ) является его класс точности.

Класс точности может выражаться в форме:

1) абсолютной погрешности Х:

(1) или (2), где--значение измеряемой величины;

a и b--положительные числа.

Пример: генератор импульсов Г5-54:

; , где К-коэффициент

ступенчатого ослабления.

2) относительной погрешности :

(3) или (4), где--положительные

числа, выбираемые из ряда (1;1.5;2;2.5;4;5;6), n=1;0;-1;-2 и т.д.

Условное обозначение : для формулы (3) - например 1.5

К = с /d

для формулы (4) -

Вторую формулу (4) иногда преобразуют к виду:

, (5) где , а.

(пример: мультиметр В7-35 ).

Пример: Измеряем с помощью мультиметра В7-35 напряжение, равное 8 В.

Из таблицы 1 (раздел 2) получаем:

=( 0.3+0.3)%=0.68%--ожидаемая предельная погрешность измерения напряжения ( в этой формуле 10В это нормирующее значение ).

3) приведенной погрешности :

, (6) где выбирается также из приведенного выше ряда.

Условное обозначение для формулы (6) -

В формулах (4), (5) и (6) --нормирующее значение.

При расчетах при планировании эксперимента нас интересует ожидаемая предельная погрешность результата измерения, которая прямо определяется в виде абсолютной (формулы 1,2) или относительной (формулы 3,4) погрешности.

Если класс точности прибора выражается через приведенную погрешность , то ожидаемая предельная погрешность измерения вычисляется по формуле:

.

Пример: класс точности вольтметра генератора Г3-109 , тогда ожидаемая предельная погрешность измерения напряжениябудет равна

, здесь --конечное (нормирующее) значение шкалы.

Раздел 2 средства измерений

2.1 Классификация си.

• меры;

• измерительные преобразователи;

• измерительные приборы;

• измерительные установки;

• измерительно-информационные системы;

1. Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Мера выступает в качестве носителя единицы физической величины и служит основой для измерений. Примеры мер: нормальный элемент – мера Э.Д.С. с номинальным напряжением 1В; кварцевый резонатор – мера частоты электрических колебаний.

Меры с наивысшей достижимой точностью называются ЭТАЛОНОМ.

Парадоксы:

* Мерой массы до сих пор является обычная гиря, правда из необычного сплава (Нобелевская премия за изобретение сплава с очень высокой температурной стабильностью).

* Мерой длины до 1960г был платиновый концевой метр, изобретенный Архимедом в 1809г. и слегка улучшенный (сплав платины и иридия) в 1889г. В 1960 г. в качестве эталона принят метр длины, равной 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р₁₀ и 5d₅ атома криптона-86 (криптоновый метр).

2. Измерительный преобразователь – средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному наблюдению человеком (оператором).

Назначение и основные типы

Назначение:

– изменение размера измеряемой величины;

– преобразование измеряемой электрической величины в другую.

Основные типы:

• шунты;

• добавочные сопротивления;

• делители напряжения;

• измерительные выпрямители (преобразователи переменного тока в постоянный ток или напряжение)..

• измерительные усилители.

*Шунты

Шунт – резистор, параллельно к которому подключается измерительный прибор.

для расширения предела измерения прибора по току

Выбор шунта для расширения предела измерения:

Сопротивление шунта:

Пример : Имеется прибор с конечным значением измеряемого тока 1 мА и сопротивлением

прибора 10 Ом. Рассчитать сопротивление шунта, чтобы предельное значение

измеряемого тока было равно 10 мА.

Расчет:

Многопредельный шунт:

* Добавочные сопротивления

Применяют для расширения предела измерения по напряжению.

Многопредельное добавочное сопротивление:

Задача.

*Делители напряжения

ДН предназначен для масштабного (в n раз) преобразования напряжения сигнала.

Применяются во входных устройствах практически всех электронных приборов. Основное требование - точность преобразования.

В реальных схемах к выходу ДН подключается входное сопротивление измерительного преобразователя (усилителя, детектора). Если это сопротивление не очень большое, возникает погрешность коэффициента деления ДН.

Рассмотрим принцип работы ДН.

а). пусть =, идеальный делитель напряжения.

Тогда

б). - конечное значение

В этом случае , где

Таким образом, коэффициент деления ДН зависит от входного сопротивления устройства, к которому он подключен.

Было разработано специальное устройство на базе операционного усилителя, обладающего практически бесконечным входным сопротивлением. В настоящее время оно применяется практически во всех средствах измерения, где желательно иметь преобразователь с очень большим входным сопротивлением.

Такое устройство называется ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ на базе операционного усилителя.

Свойства :

* коэффициент передачи равен точно 1 (К=1);

*входное сопротивление ;

* выходное сопротивление близко к нулю.

Практически такое устройство является идеальным согласующим

функциональным блоком.

В частности, оно применяется в комплексе с делителями напряжения.

Рассмотрим схему реального делителя напряжения современного электронного прибора.

Зададим входное сопротивление ДН равным 10 МОМ (). Это подходит для большинства современных приборов.

Тогда ;;;

Примеры: Если П2 подключен к , то, если к, то

Измерительные выпрямители (преобразователи переменного тока в "постоянный").

При измерении переменных токов и напряжений (часто синусоидальной формы) в большинстве аналоговых и цифровых приборах эти сигналы предварительно преобразуются в постоянный ток или напряжение. При этом носителем информации выступает один из параметров переменного сигнала: амплитуда, средневыпрямленное значение или среднеквадратичное значение.

Рассмотрим синусоидальный сигнал.

или

В этих формулах:

- амплитуда сигнала; -средневыпрямленное значение сигнала

- среднеквадратичное значение сигнала;

Чтобы преобразовать переменный сигнал в постоянный, равный одному из перечисленных параметров сигнала, применяются специальные устройства: выпрямители (детекторы) соответствующего названия.

* Детектор амплитудного значения (ДАЗ) -

* Детектор средневыпрямленного значения (ДСВЗ) -

* Детектор среднеквадратичного значения (ДСКЗ) -

Детектор амплитудного значения (пиковый детектор)

Рис.1 Конденсатор заряжается быстро! Рис.2 Конденсатор разряжается медленно!

(мало) (велико)

Детектор средневыпрямленного значения:

а) преобразование переменного тока в

в "положительный" ток (модуль)

ВЫВОД 1:Диодный мостик выполняет математическую

операцию " МОДУЛЬ" .

б) преобразование "положительного" тока в постоянный ток, равный средневыпрямленному значению.

ВЫВОД 2: Операцию "интегрирование"

выполняет прибор магнитоэлектрической

системы (его показания пропорциональны

средневыпрямленному значению

переменного тока!).