3.10 Оцінка невизначеності результатів вимірювання барографу

3.10.1 Опис вимірюваної величини і складання її моделі

Об'єктом вимірювання є атмосферний тиск. Вимірюваний параметр безперервно реєструється у відповідності до встановленого завдання (час початку вимірювань, періодичність, час завершення вимірювання). Прилад призначений для використання на метеорологічних станціях, а також з метою прогнозування погодних явищ наприклад для сільського господарства.

Особливістю вимірювання є те що атмосферний тиск перетворюється на сильфоні приладу в пропорційне переміщення сильфону, положення якого визначається за допомогою індуктивного датчику механічних переміщень, від якого сигнал перетворюється у значення постійної напруги на перетворювачі змінної напруги в постійну та надходить на аналогово-цифровий перетворювач та контролер, в якому масштабується та результат вимірювання зберігається і відображається на рідкокристалічному індикаторі.

Нормальними умовами роботи барографа є:

- температура довкілля(20±5) °С,

- відносна вологість повітря 45-80%,

- напруга живлення мережі(220±4,4) В, 50 Гц.

Процес виміру атмосферного тиску є прямим вимірюванням. Аналізуючи статичні характеристики перетворювачів електронної частини барографа, що проектується, було встановлено, що результуюча статична характеристика приладу являє собою пропорційну залежність розміру вимірюваної величини від опору котушки індуктивності датчика переміщення:

,

де

К – масштабуючий коефіцієнт;

х – значення опору котушки індуктивності після зміни положення верхньої точки сильфону;

х₀ - значення опору котушки індуктивності при відсутності зовнішніх збурень.

Тоді модель вимірюваної величини має вигляд:

,

де

- похибка перетворення атмосферного тиску в опір;

- похибка масштабуючого коефіцієнту.

Однак оцінку невизначеності в дипломному проекті прийнято рішення провести лише для електронної частини барографу, так як саме ця частина приладу є принциповою відмінністю від аналогів даного засобу вимірювання. Тоді модель вимірюваної величини матиме вигляд:

,

де

k – масштабуючий коефіцієнт;

U_z – сигнал з АЦП.

3.10.2 Аналіз джерел невизначеності

Джерела складових факторів що впливають на невизначеності вимірювання відображено на діаграмі Ісікави (Рис. 3.10 … 3.14).

Рис. 3.10 - Діаграма Ісікави

Рис. 3.11 - Вплив обладнання на невизначеність вимірів

Рис. 3.12 - Вплив зовнішніх умов на невизначеність вимірів

Рис. 3.13 - Вплив дій обслуговуючого персоналу на невизначеність вимірів

Рис. 3.14 - Вплив обраної методики на невизначеність вимірів

Можливі джерела невизначеності барографа:

1. похибка АЦП пов’язана з квантуванням сигналу за рівнем напруги;

2. похибка АЦП пов’язана з нестабільністю напруги живлення:

3. похибка АЦП пов’язана з швидкодією та нестабільністю кварцового генератору ;

4. старіння елементів приладу;

5. забруднення мембрани;

6. тертя та люфт в механічних частинах приладу;

7. електромагнітні поля;

8. конвекція повітря;

9. вплив температури, вологості, атмосферного тиску навколишнього середовища;

10. вібрації;

11. неякісно проведена калібровка барографу;

12. неправильна настройка приладу;

13. якість установки барографу;

14. невизначеність закладена в прийнятій методиці вимірювання (точність визначення висоти над рівнем моря, апроксимація статичної характеристики барографу, округлення результатів розрахунку, представлення результату вамірювання, прийняті розрахункові формули).

3.10.3 Визначення оцінок вхідних величин.

Отримані результати були визначені за наступних умов:

1. температура довкілля 20 ˚С;

2. атмосферний тиск 750 мм рт. ст.;

3. відносна вологість 75%.

У табл. 6.3.1 приведені результати моделювання електронної частини барографу (моделювання проводилось за допомогою моделі розробленої в відповідному розділі дипломного проекту) при вимірюванні атмосферного тиску претвореного в зміну індуктивності котушок індуктивного датчику механічних переміщень.

Таблиця 6.3.1 – Результати моделювання електронної частини барографу

№ досліду	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Виміряне значення	200	202	200	199	203	200	198	200	201

3.10.4 Оцінка вхідної величини за результатами моделювання електронної частини барографу:

де - результати вимірювання по моделі;

n - кількість вимірів.

3.10.5 Оцінка вихідної величини:

мм.рт.ст

3.10.6 Оцінювання стандартних невизначеностей вхідних величин за типом А:

3.10.7 Аналіз кореляції

Жодна з вхідних величин не є корельованою, оскільки процес виміру являється прямим і усі виміри проводяться на одному і тому ж приладі.

3.10.8 Розрахунок коефіцієнта чутливості

Визначимо часткову похідну по:

;

мм.рт.ст;

3.10.9 Визначимо сумарну стандартну невизначеність:

3.10.10 Розширена невизначеність.

Так як відомості про закон розподілу результатів вимірювання відсутні, а кількість проведених вимірювань недостатньо для обґрунтованого твердження про належність вибірки до одного з законів розподілу випадкових величин, то приймаємо закон розподілу виміряних значень фізичної величини рівномірним. Тоді коефіцієнт охоплення k для ймовірності Р=0,95 становить k=1,65, а розширена невизначеність рівна:

,