7.4. Нормирование метрологических характеристик средств измерений.

Некорректная оценка погрешности измерений чревата большими экономическими потерями, а иногда и техническими последствиями. Заниженная оценка погрешности измерений (применение СИ низкой точности) ведет к увеличению брака продукции, неэкономичному или неправильному расходованию материалов, неправильным выводам при научных исследованиях. Завышенная оценка погрешности измерений, следствием чего, как правило, является ошибочный вывод о необходимости применения более точных СИ, вызывает непроизводительные затраты на разработку, промышленный выпуск и эксплуатацию СИ и приводит к неоправданному увеличению цены на более точные СИ, применяемые для данной задачи. Стремление максимально приблизить оценку погрешности измерений к ее действительному значению, но так чтобы она при этом оставалась в вероятностном смысле «оценкой сверху» – одна из характерных тенденций современной практической метрологии.

При выпуске измерительных приборов невозможно для каждого экземпляра СИ экспериментально или теоретически установить его метрологические характеристики. Поэтому для технических измерений (т.е. в рамках практической метрологии) сложилась практика устанавливать метрологические характеристики не для каждого экземпляра СИ, а для данного типа СИ в целом. При этом важно определить комплекс этих характеристик так, чтобы они отражали все метрологические свойства СИ. Эту задачу в метрологической практике решает ГОСТ 8.009-84. В соответствии со своим назначением он регламентирует номенклатуру метрологических характеристик СИ, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для конкретных типов СИ и способы их нормирования в НД.

Для чего же необходимо нормирование метрологических характеристик СИ, т.е. установление ограничений на их номенклатуру и виды? На основе комплекса метрологических характеристик СИ решаются следующие задачи при технических измерениях:

 оценка инструментальной составляющей погрешности измерений до проведения измерений на стадии проектирования СИ;

 выбор СИ, метрологические характеристики которых обеспечили бы требуемое качество измерений при известных условиях применения СИ;

 сравнение СИ различных типов по их метрологическим характеристикам;

 разработка сложных измерительных систем, выбор метрологических характеристик отдельных блоков и приборов этих систем;

 оценка погрешности измерительных установок и систем. Экспериментальная оценка погрешности измерительной системы в целом часто не представляется возможной, поэтому такую оценку проводят расчетным путем, используя комплекс нормируемых метрологических характеристик.

В соответствии с ГОСТ 8.009-84 нормированию подлежит следующий комплекс метрологических характеристик СИ:

1) характеристики, предназначенные для определения результатов измерения, в том числе функция преобразования, цена деления, вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода;

2) характеристики погрешности СИ, в том числе характеристики систематической и случайной составляющих погрешности, значение основной и дополнительной погрешностей СИ, статистические характеристики погрешности СИ;

3) характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам, в том числе функции влияния и изменениязначений метрологических характеристик СИ, вызванные изменениями влияющих величинв установленных пределах;

4) динамические характеристики СИ, в том числе полные и частные ДХ.

5) характеристики СИ, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия СИ с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов.

6) неинформативные параметры выходного сигнала СИ.

В качестве примера рассмотрим некоторые нормируемые характеристики погрешностей СИ.

А. Характеристики систематической составляющей погрешности СИ выбирают из числа следующих:

значение систематической составляющей или значение систематической составляющей, математическое ожиданиеи среднее квадратическое отклонениесистематической составляющей погрешности.

Следует заметить, что систематическая составляющая погрешности СИ рассматривается как случайная величина на множестве СИ данного типа.

Б. Характеристики случайной составляющей погрешности СИ выбирают из числа следующих: среднее квадратическое отклонениеслучайной составляющей погрешности или среднее квадратическое отклонениеслучайной составляющей погрешности, нормализованная автокорреляционная функция или функция спектральной плотности случайной составляющей погрешности.

В. Характеристику погрешности СИ нормируют в виде пределов допускаемой погрешности как для нормальных условий, так и для интервала влияющей величины.

Примечание. Предел допускаемой погрешности СИ представляет собой наибольшее значение погрешности СИ, устанавливаемое НД для данного типа СИ, при котором оно ещё признается годным к применению. Задание допустимой погрешности в нормальных условиях имеет смысл «класса точности» СИ. Следует заметить, что допускаемые пределы изменения любой из метрологических характеристик представляют собой границы интервала, в котором значение характеристики любого экземпляра СИ данного типа должно находиться с вероятностью близкой к единице.

Г. Функция влияния  нормируют путем установления номинальной функции  и пределов допускаемых отклонений от нее или с помощью граничных функций влияния. Задание (нормирование) функции влияния позволяет определить дополнительные погрешности СИ в реальных условиях, а также установить влияние отдельных влияющих величин на результат измерения. ГОСТ 8.009-84 допускает также нормирование пределов допускаемой дополнительной погрешности.

Д. ДХ СИ нормируют в виде полных и частных ДХ. Полную ДХ выбирают из числа следующих: переходная характеристика, импульсная переходная характеристика, амплитудно-фазовая характеристика, амплитудно-частотная характеристика, совокупность амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик, передаточная характеристика. К частным ДХ относят любые функционалы или параметры полных ДХ.