Метрологические характеристики измерительных преобразователей

Каждый измерительный преобразователь и вся измерительная цепь должны обладать заданными метрологическими характеристиками.

Погрешность измерения — основная метрологическая характеристика измерительных преобразователей и измерительной цепи. Различают случайные, грубые и систематические погрешности.

Грубые погрешности возникают вследствие неправильной организации процесса измерения.

Точность измерительных преобразователей оценивают по приведенной погрешности γ, которая определяется как отношение абсолютной погрешности Δх к некоторой постоянной нормирующей величине х_N. В качестве нормирующей величины чаще всего принимают диапазон возможного изменения входного сигнала преобразователя, так называемый диапазон измерения.

Любой измерительный преобразователь подвержен возмущающим воздействиям, искажающим его выходной сигнал. Для каждого измерительного преобразователя регламентируют нормальные условия эксплуатации (температуру и влажность в помещении, напряжение питания и т. п.).

Погрешность измерительного преобразователя при его эксплуатации в нормальных условиях является основной. Изменение основной погрешности, возникающее при отклонении условий эксплуатации от нормальных,— дополнительная погрешность преобразователя.

Обобщенной характеристикой измерительного преобразователя является класс точности, под которым понимают его максимальную приведенную погрешность (в процентах) при нормальных условиях эксплуатации.

Установлены стандартные классы точности измерительных преобразователей.

При выборе измерительного преобразователя для измерения конкретного технологического параметра необходимо обращать внимание не только на его класс точности, но и на диапазон измерения.

Измерительный преобразователь может находиться в установившемся или неустановившемся состоянии. Все рассмотренные погрешности характеризуют: измерительные преобразователи в состоянии равновесия. Если же измеряемый параметр изменяется во времени, то преобразователь находится в неустановившемся состоянии. Дополнительная погрешность измерительного преобразователя называется динамической.

Чувствительность измерительного преобразователя характеризует его способность измерять малые сигналы. С ростом чувствительности увеличивается и погрешность преобразователя. Чем выше чувствительность измерительного преобразователя, тем труднее обеспечить требуемую приведенную погрешность.

Для каждой конкретной конструкции измерительного преобразователя существует порог чувствительности — минимально возможный диапазон измерения, при котором абсолютная погрешность становится равной величине этого диапазона.

Для измерительного преобразователя важным метрологическим показателем является зависимость его выходного сигнала от входного в установившемся состоянии - статическая характеристика.

Обычно стремятся к линейной статической характеристике (рис. 3), которая определяется двумя величинами: начальным значением выходного сигнала у_н, соответствующим начальному значению входного сигнала х_н и углом ее наклона α.

(1)

Если входной и выходной сигналы преобразователя выражены в одинаковых единицах измерения, то употребляют термин коэффициент усиления.

В сложной измерительной цепи необходимо определить ее погрешность и коэффициент передачи. Однако, как правило, можно лишь оценить границы значений приведенной погрешности сложной цепи.

Если считать, что погрешности всех преобразователей измерительной цепи одного знака, то результирующая погрешность цепи будет равна их сумме. В этом случае погрешность сложной цепи окажется максимальной.

Более реальная оценка получается, если считать погрешности всех преобразователей случайными и вызванными независимыми между собой факторами. Такая приведенная погрешность называется среднеквадратичной.

Чтобы снизить погрешность, всей измерительной цепи, следует уменьшить погрешности составляющих ее преобразователей.

Для определения коэффициента передачи сложной измерительной цепи ее удобно представить как один эквивалентный измерительный преобразователь. Входным сигналом такого эквивалентного преобразователя будет входной сигнал первого преобразователя_, а выходным - выходной сигнал последнего преобразователя.

Коэффициент передачи цепи последовательно включенных преобразователей равен произведению их коэффициентов передачи.

Статические характеристики всех преобразователей измерительной цепи линейны, то такой же будет и статическая; характеристика измерительной цепи. Это правило широко применяется при создании промежуточных преобразователей и измерительных приборов. В процессе эксплуатации измерительных преобразователей их метрологические характеристики могут изменяться. Поэтому с определенной периодичностью все технические средства измерений должны подвергаться проверке.