Метрологические характеристики цифровых измерительных приборов
Цифровые измерительные приборы, как правило, электронные, выполняют измерения в дискретные моменты времени по сигналу запуска, который может периодически вырабатываться в самом приборе, подаваться тем или иным способом вручную или от внешних устройств, например, от компьютера. Индикация результата выполняется в цифровом виде. Обычно цифровые приборы имеют возможность обмена информацией с компьютером и тогда результат измерения передается в память компьютера также в цифровом виде. В связи с этим неизбежно округление результатов. Абсолютная погрешность, возникающая от округления, является аддитивной и не превышает цены единицы младшего разряда выходного кода или цифрового табло прибора.
В большинстве случаев при нормировании характеристик погрешности цифровых приборов учитываются обе составляющие погрешности: мультипликативная и аддитивная. Поэтому для цифровых приборов основная относительная погрешность нормируется линейной функцией от измеряемой величины. Поскольку нормирующая функция линейна, для ее представления достаточно двух чисел, которые являются коэффициентами нормирующей двучленной формулы. Эта формула выводится из общего выражения для абсолютной инструментальной погрешности (13). Коэффициенты двучленной формулы выражаются в процентах.
С целью получения выражения для относительной погрешности разделим обе части равенства (13) на x:
=
=
.
Таким образом, если будут установлены такие значения с > 0 и d > 0, что
,
,
то пределы допускаемой основной относительной погрешности могут быть нормированы в соответствии с ГОСТ 8.401 двучленной формулой:
, (27)
в которой значения коэффициентов c и d выбираются из ряда чисел, приведенного в предыдущем пункте (см. также п. 3.1.3.).
Обратимся снова к абсолютной инструментальной погрешности:
.
Из последних двух
выражений следует, что допускаемые
значения абсолютной инструментальной
погрешности цифрового прибора, как и
предельные значения погрешностей
результатов измерений (см. п. 3.1.3, рис.12),
могут быть ограничены двумя прямыми
линиями, показанными на рис.12, 21. В начале
диапазона измерения при x
= 0 погрешность
определяется только аддитивной
составляющей
,
аd
есть не что иное, как предел допускаемой
приведенной аддитивной погрешности. В
конце диапазона при
,
как это следует из двучленной формулы,
пределом допускаемой приведенной
погрешности является коэффициентc.
Метрологические характеристики, нормируемые для цифровых приборов:
- диапазон измерения,
- пределы допускаемой основной относительной погрешности, нормируются двучленной формулой (27) путем задания коэффициентов с и d,
- входное сопротивление (импеданс), нормируется только для электроизмерительных приборов,
- количество разрядов, представляемых на индикацию,
- вид, число разрядов и цена единицы младшего разряда выходного кода, нормируется в случаях наличия связи с компьютером или печатающим устройством,
- пределы допускаемой дополнительной погрешности,
- максимальная частота измерений (представляется в 1/с) или длительность цикла одного преобразования (представляется в с),
- погрешность датирования отсчетов,
- максимальная скорость обмена информацией с внешними устройствами, нормируется в случаях, когда такая связь предусмотрена.
Класс точности цифровых приборов в соответствии с ГОСТ 8.401 обозначается двумя цифрами, равными коэффициентам двучленной формулы, разделенными косой чертой: с/d.
Если цифровой прибор предназначен для выполнения измерений в динамическом режиме с записью результатов в устройство памяти или компьютер, а на его входе включен аналоговый инерционный преобразователь (например, фильтр), как это показано на рис. 13, то нормируются динамические характеристики этого преобразователя.
Точно так же нормируются метрологические характеристики измерительных каналов ИИС, которые содержат аналоговые инерционные преобразователи и заканчиваются аналого-цифровым преобразованием (см. метрологическую структурную схему рис. 16). Для них нормирование динамических характеристик аналоговой части является обязательным. Для цифровых приборов и измерительных каналов ИИС обычно достаточно нормировать частные динамические характеристики, такие, как время реакции или границы частотной полосы.
Нормы на максимальную частоту измерений, длительность цикла преобразования и на погрешность датирования отсчетов в измерительном канале ИИС должны устанавливаться с учетом быстродействия системы обмена информации в ИИС и дисциплины этого обмена.
Производитель цифровых приборов и ИИС вправе нормировать погрешности выпускаемых средств измерений не двучленной формулой, а пределом допускаемой основной приведенной погрешности.