2.3 Метрологічні властивості та експлуатаційна характеристика

вимірювальних приладів

Технічні характеристики (метрологічні та неметрологічні) відображають властивості та функціонування засобів вимірювальної техніки.

Нормованими метрологічними характеристиками вимірювальних приладів є: діапазон вимірювань, клас точності, чутливість та поріг чутливості, стала та ціна поділки шкали, швидкодія, умови застосування – для аналогових вимірювальних приладів, та кількість розрядів і значення одиниці найменшого розряду – для цифрових вимірювальних приладів.

Метрологічними є ті характеристики засобів вимірювальної техніки, які впливають на результат та точність вимірювання. Точність результату вимірювання залежить від точності метрологічних характеристик при виготовленні ЗВТ і від стабільності їх під час експлуатації ЗВТ.

В табл. 2.1 наведені розподіл усієї сукупності метрологічних характеристик ЗВТ на шість груп. Метрологічні характеристики ЗВТ регламентуються Державними стандартними та нормативно-технічними документами на певний ЗВТ. Характеристики ЗВТ поділяються на характеристики мір фізичних величин, характеристики вимірювальних приладів та характеристики вимірювальних перетворювачів. Основними характеристиками мір фізичних величин є номінальне значення міри, істинне та дійсне значення міри та похибка міри.

Розглянемо кожну характеристику міри фізичних величин більш детально:

- номінальне значення міри – значення величини, яке присвоєне мірі для відтворення цієї величини, так як істинне значення фізичної величини не можливо визначити через неминучість похибки вимірювання;

- дійсне значення міри – це значення міри, яке знайдене вимірюванням з точністю, яка дозволяє використовувати його замість істинного значення фізичної величини;

- похибка міри – це різниця між номінальним значенням міри й істинним Х (дійсним Х_д) значенням величини, яку міра відтворює, а саме

, (2.5)

Таблиця 2.1

Найменування групи	Складові сукупності метрологічних характеристик
Характеристики, за якими визначають результат вимірювання	- функція перетворення ЗВТ; - номінальне значення однозначної або номінальні значення багатозначної міри; - ціна поділки шкали вимірювального приладу або багатозначної міри; - вид вихідного коду, кількість розрядів коду, одиниця молодшого розряду коду цифрових засобів вимірювань.
Характеристики, за якими оцінюють точність ЗВТ	- характеристики систематичної складової похибки; - характеристики випадкової складової похибки.
Характеристики чутливості ЗВТ до величин впливу	- функція або коефіцієнт впливу; - зміни значень метрологічних характеристик ЗТ, які спричинені змінами величин впливу у встановлених межах.
Динамічні характеристики ЗВТ
Характеристики взаємодії ЗВТ з об’єктами дослідження та навантаження
Неінформативні параметри вихідного сигналу ЗВТ

Основними характеристиками вимірювальних приладів є діапазон показів, діапазон вимірювань, поріг чутливості, ціна поділки шкали та стала приладу – для аналогових вимірювальних приладів та кількість розрядів і значення одиниці найменшого розряду – для цифрових вимірювальних приладів.

Шкала аналогового вимірювального приладу – це частина пристрою відліку у вигляді впорядкованої сукупності позначок разом з пов’язаною з нею певною послідовністю чисел. Слід відзначити, що позначкою на шкалі є риска, що відповідає одному або декільком значенням вимірюваної величини.

Діапазон показань – це інтервал значень вимірюваної величини, який обмежений найменшим у діапазоні показів та найбільшим (кінцевим) її значенням.

Показ вимірювального приладу (х) – це значення вимірюваної величини, яке відтворене шкалою вимірювального приладу і подане сигналом вимірювальної інформації. Найбільше число, яке можна зчитати з пристрою відліку, має назву максимальний показ. Відлік (N_в) є неіменоване абстрактне число, яке відраховане за пристроєм відліку або одержане підрахунком послідовних позначок чи сигналів. Найбільше число, яке можна зчитати з пристрою відліку, має назву максимальний відлік (N_В.max).

Ціна поділки шкали (С_под) – це різниця значень вимірюваної величини, що відповідає відстані між двома найближчими позначками шкали.

Стала приладу (С) – це відношення границі вимірювання приладу (х_к) або максимального значення багатозначної міри до максимального показу і є іменованим числом в одиницях величини х. Сталу приладу визначають за виразом

(2.6)

Показ х, відлік N_в, стала приладу С і ціна поділки шкали С_П пов’язані між собою співвідношенням

(2.7)

Діапазон вимірювань – це частина діапазону показів, для якого про нормовані характеристики точності. Найменше і найбільше значення діапазону вимірювань має назву нижня та верхня границі вимірювань відповідно.

Діапазон показів – це інтервал значень вимірюваної величини, який обмежений початковим і кінцевим значеннями шкали приладу.

Чутливість до вимірювальної величини – це похідна від переміщення покажчика α по значенню вимірюваної величини х

(2.8)

Чутливість приладу має розмірність, яка залежить від характеру вимірюваної величини, наприклад, чутливість вольтметра до напруги дорівнює 10 под/В. Чутливість приладу та ціна поділки шкали зв’язані між собою виразом

(2.9)

Точність засобу вимірювання – це характеристика засобу вимірювань, яка визначає близькість його показів до істинного значення вимірюваної величини. Показником точності є клас точності засобу вимірювань – це узагальнена характеристика, яка визначається границями допустимих основної та додаткових похибок, а також іншими характеристиками засобу вимірювань, які впливають на його точність, значення яких регламентується.

Час встановлення показів – це проміжок часу від моменту стрибкоподібної зміни вхідного сигналу до моменту встановлення показі пристрою відліку із заданою точністю. Для більшості типів приладів, що показують, час встановлення не перевищує 4 секунди.

Для цифрових приладів вказується час вимірювання – це час від початку зміни вимірюваної величини до встановлення показу на табло відліку з нормованою точністю. Слід відзначити, що при конструюванні вимірювальних приладів необхідно зробити час встановлення показів і час вимірювання якомога меншим.

Потужність, яку споживає засіб вимірювальної техніки, характеризує ступінь взаємодії засобу вимірювальної техніки та об’єкту дослідження та залежить від вхідного опору ЗВТ.

Крім метрологічних характеристик ЗВТ існують також й не метрологічні характеристики, означення яких наведені в табл.2.2.

Таблиця 2.2

Неметрологічна характеристика	Означення
Надійність	Здатність ЗВТ зберігати свої характеристики у заданих межах за певних умов експлуатації упродовж заданого часу.
Роботоздатність	Це такий стан ЗВТ, при якому він здатний виконувати свої функції згідно з вимогами нормативно-технічної та конструкторсько-технологічної документації.
Відмова	Це стан ЗВТ, при якому здійснюється порушення його роботоздатності. Відмова поділяється на раптову відмову та на поступову відмову. Раптова відмова – стан ЗВТ, при якому він повністю втрачає свою робочу здатність. Поступова відмова – стан ЗВТ, при якому метрологічні характеристики виходять за допустимі межі із-за старіння.
Безвідмовність	Властивість ЗВТ зберігати робото здатність упродовж певного інтервалу часу у певних умовах експлуатації.
Ймовірність безвідмовної роботи	Це ймовірність того, що протягом певного часу безперервної роботи не відбудеться жодної відмови.
Напрацювання	Це тривалість роботи ЗВТ в годинах, циклах або обсяг роботи, а напрацювання на відмову – це відношення напрацювання ЗВТ після ремонту до кількості відмов протягом цього напрацювання.
Довговічність	Це властивість ЗВТ зберігати робото здатність і задану ефективність в часі. Показниками довговічності є ресурс та термін служби. Ресурс – це напрацювання до граничного стану, за якого подальша експлуатації ЗВТ повинна бути припинена повністю. Термін служби – це календарна тривалість експлуатації ЗВТ.
Економічність -	це простота конструкції ЗВТ та виправлена економічна вартість.

Розглянемо класифікацію вимірювальних приладів:

- за функціональними особливостями можна зазначити дві групи: для отримання, обробки та подавання вимірювальної інформації та для атестації та повірки вимірювальних засобів:

- за способом подавання результатів вимірювальні прилади поділяються на показувальні та реєструвальні прилади;

- за методом вимірювань – на прилади безпосередньої оцінки (прямого перетворення) та порівняння;

- за способом застосування та за конструкцією – на щитові, переносні та стаціонарні;

- за точністю прилади поділяються на прилади з нормованими похибками, індикатори та покажчики, у яких похибки не нормуються;

- за принципом дії або за фізичними явищами, які є основою принципу дії, прилади можна поділити на електромеханічні, електронні, цифрові;

- за призначенням – на прилади для вимірювання електричних, магнітних та неелектричних величин;

- за ступенем захисту від впливу зовнішніх факторів прилади бувають звичайні, волого- газо- пило захищені, герметичні та вибухобезпечні.

Загальні технічні вимоги до усіх електровимірювальних приладів нормовані ГОСТ 22261-94. Умовні позначення, які наносяться на шкали електровимірювальних приладів, визначені в ГОСТ 23217-78 (див. табл.2.3).

Маркування електровимірювальних приладів призначене для надання найбільш важливих відомостей про прилад, тому то воно повинне бути нанесені на сам прилад, щоб надавати довідки про прилад у будь-який час. На лицевій панелі приладу (на шкалі) позначаються: марка приладу, заводський номер приладу, скорочене позначення одиниць вимірюваної величини, клас точності приладу, умовне позначення роду струму, умовне позначення системи приладу, умовне позначення напруги випробування ізоляції, нормальне положення приладу, для приладів змінного струму не стандартної частоти позначення частоти або її меж, при яких гарантується точність показань приладу, ступень захищеності від впливу магнітних та електричних полів, умовне позначення типу приладу.

Крім перелічених, деякі прилади та допоміжні частини мають такі позначення: схема підключення приладу або допоміжної частини, коефіцієнти трансформації вимірювальних трансформаторів, опори та номінальні струми додаткових резисторів, номінальні значення струму та падіння напруги шунтів, коефіцієнт потужності.

Допускається у відповідності з технічними умовами ряд позначень наводити в експлуатаційній документації, в такому випадку на приладі повинен бути наведений на шкалі символ (Увага! Прилад без інструкції не вмикати).

Літера, з якої починається тип приладу, показує спосіб створення обертального моменту електромеханічного вимірювального приладу, визначає його назву: М – магнітоелектричний; Э – електромагнітний; Д – електро – та феродинамічний; И – індукційний; С – електростатичний; В – випрямний; Т – термоелектричний, Н - самописець, Р – міри та вимірювальні перетворювачі.

Таблиця 2.3

Умовні позначення на шкалах вимірювальних приладів

Найменування		Умовні позначення		Найменування		Умовні позначення
Магнітоелектричний прилад				Постійний струм
Магнітоелектричний логометр				Однофазний змінний струм
Електромагнітний прилад				Трифазний змінний струм
Електромагнітний логометр				Струм змінний та постійний
Електродинамічний прилад				Горизонтальне положення шкали
Феродинамічний прилад				Вертикальне положення шкали
Феродинамічний логометр				Положення шкали під кутом
Індукційний прилад				Оріентація приладу в земному магнітному полі
Магнітоелектричний прилад з випрямлячем				Напруга випробування, 2 кВ		2
Найменування		Умовні позначення		Найменування		Умовні позначення
Магнітоелектричний прилад з електронним перетворювачем				Напруга випробування, 0,5 кВ
Електростатичний прилад				Прилад випробуванню міцності ізоляції не підлягає		0
Захист від зовнішніх магнітних полів				Захист від зовнішніх електричних полів
Клас точності приладу		1,0 0,5		Увага! Прилад без інструкції не вмикати
Номінальна частота та розширений діапазон частот					35 – 55 – 1500 Hz
Умови експлуатації приладу	А		робота в сухих приміщеннях, що обігріваються
	Б		робота в закритих приміщеннях при температурі повітря від мінус 20 ˚С до плюс 50 ˚С та при вологості до 80 %
	В		робота в закритих приміщеннях при температурі повітря від мінус 40 ˚С до плюс 60 ˚С та при вологості до 98 %, морські та польові умови

НАВЧАЛЬНО-КОНТРОЛЮЮЧІ ЗАВДАННЯ

за темою 2 «Вибір приладів за метрологічними та якісними характеристиками»

Завдання інформаційно-репродуктивного рівня