2.6.2. Нормирование метрологических характеристик измерительных систем

Особенности систем автоматизации с метрологической точки зрения по сравнению с отдельными измерительными устройствами следующие:

1. пространственная распределенность технических средств, поэтому изделия системы находятся в различных условиях эксплуатация;

2. наличие каналов связи, подверженных воздействию помех;

3. многофункциональность и многоканальность, следовательно, наличие измерительных коммутаторов, промежуточных преобразователей, взаимное влияние каналов;

4. наличие возможности изменения или развития структуры системы в процессе эксплуатации – гибкость;

5. связь с органами управления, регулирования и вычислительной техникой;

6. работа преимущественно в динамическом режиме;

7. длительное непрерывное функционирование;

8. невозможность полного отключения системы и ее отдельных устройств для профилактических работ без остановки технологического процесса.

Вышеперечисленные особенности усложняют проблему нормирования метрологических характеристик систем.

На практике определение погрешности измерения АСУ ТП и информационно-измерительных систем осуществляется двумя способами:

1. по метрологическим характеристикам систем, являющихся составной частью более сложных систем;

2. по метрологическим характеристикам отдельных средств измерения, входящих в системы.

Системы автоматизации, в целях определения метрологических и точностных характеристик, подвергаются государственным, межведомственным, ведомственным и приемо-сдаточным испытаниям.

В структурных схемах измерительных систем можно выделить цепочки, состоящие из измерительных преобразователей, каналов связи и вторичных приборов. Если для каналов связи нормированы те же характеристики, что и для измерительных преобразователей и приборов, то можно представить систему как последовательное соединение нескольких преобразователей.

Функция преобразования измерительной системы через известные функции преобразования отдельных преобразователей может быть в общем случае записана в виде

. (2.42)

Если функции преобразования указанных преобразователей линейны, функция преобразования измерительной системы имеет вид

, (2.43)

где K_i – коэффициент преобразования i-го преобразователя.

Динамические свойства измерительной системы определяются динамическими свойствами входящих в ее состав преобразователей. С позиций теории автоматического регулирования измерительную систему можно рассматривать как последовательное соединение ряда динамических звеньев. Поэтому ее передаточную функцию можно представить произведением передаточных функций преобразователей:

. (2.44)

Для измерительных систем обычно нормируются те же метрологические характеристики, что и для измерительных устройств. В то же время следует подчеркнуть, что до сих пор не найдено теоретически обоснованное и практически целесообразное решение задачи нормирования метрологических характеристик измерительных систем.

При выполнении технических измерений имеется лишь информация о метрологических характеристиках измерительных устройств, входящих в измерительную систему. Обычно эта информация представляется в виде класса точности, что для измерительных устройств, используемых для технологических измерений, соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности. Поэтому для приближенной оценки приведенной погрешности измерительной системы из n включенных последовательно преобразователей с линейными функциями преобразования используют выражение

, (2.45)

где _i – приведенная погрешность i-го преобразователя.

Оценка погрешности измерительных систем, полученная с помощью выражения (2.45), является максимальной, так как предполагает одновременное появление максимальных погрешностей одного знака при любых значениях измеряемой физической величины у всех измерительных преобразователей, составляющих конкретную измерительную систему. Для получения более реальной погрешности измерительных систем суммирование приведенных погрешностей преобразователей осуществляется вероятностным методом

. (2.46)

При этом предполагается, что погрешности всех преобразователей независимы, закон распределения погрешностей для каждого из преобразователей является равномерным, значение предела допускаемой приведенной погрешности определяет границы этого распределения.