Основы теории погрешностей и обработка результатов измерений

Классификация измерительных приборов.

Классификация средств измерений

Классификация измерений

Виды измерений. Различают прямые, косвенные и совместные измерения.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из результатов измерений. Математически прямые измерения можно охарактеризовать формулой

.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, найденными в результате прямых измерений. Косвенные измерения можно описать формулой

.

Совместными называют одновременные измерения двух и большего числа величин для нахождения зависимости между ними.

Измерения могут быть абсолютными и относительными.

Абсолютные измерения – это такие измерения, при которых результат выражается в единицах измеряемой величины.

Относительные измерения – это такие измерения, при которых результат есть отношение измеряемой величины к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Методы измерений. Измерение физической величины базируется на определенных принципах, Принцип измерения – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Совокупность приемов использования принципов и средств измерений определяется как метод измерения. Методы измерений подразделяются на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Классификация методов измерений.

Метод непосредственной оценки предусматривает определение численного значения измеряемой величины непосредственно по показаниям измерительного прибора.

Метод сравнения предполагает сравнение измеряемой величины с воспроизводимой средством измерения мерой. Метод сравнения подразделяют на следующие:

- нулевой метод, при котором измеряемая величина полностью уравновешивается образцовой;

- дифференциальный метод, при котором измеряется разница между измеряемой величиной и близкой к ней образцовой;

- метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается образцовой.

Разновидностями нулевого метода являются:

- компенсационный метод, при котором действие измеряемой величины компенсируется образцовой:

- мостовой метод, при котором достигают нулевого значения тока в измерительной диагонали моста.

Средством измерений называют техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Средства измерений в соответствии с ГОСТ 22261-82 должны удовлетворять группам требований: техническим, техники безопасности, правилам приемки, методам испытаний.

В группу технических требований входят требования: к нормированным метрологическим характеристикам, к сопротивлению входных и выходных цепей, к времени готовности, к продолжительности непрерывной работы, к надежности и др.

По назначению средства измерений делят на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы (рисунок 1.4)

Рисунок 1.4 – Классификация средств измерений

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, например, кварцевый генератор – мера частоты; измерительный резистор – мера электрического сопротивления и др. Меры могут быть однозначными и многозначными.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного определенного размера.

Многозначная мера воспроизводит ряд одноименных физических величин различного размера, например, набор измерительных резисторов или конденсаторов.

Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначенное для выработки определенной информации, недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительный преобразователь может состоять из первичного преобразователя, масштабного преобразователя, передающего преобразователя.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки определенной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительный прибор имеет в своем составе измерительный преобразователь.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, размещенных в одном месте, предназначенная для комплекса измерений в форме, удобной для восприятия.

Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенное для выработки измерительной информации, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в других системах.

По принципу действия измерительные приборы делят на электромеханические и электронные.

Электромеханические приборы состоят из некоторой электрической схемы, измерительного механизма и отсчетного устройства.

Электронные приборы имеют в своем составе усилитель, причем в качестве регистрирующего устройства в него может входить электромеханический узел.

При радиоизмерениях используются только электронные приборы

По структурной схеме электронные приборы делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор – средство измерения, показания которого являются непрерывной функцией времени.

Цифровой измерительный прибор- средство измерения, вырабатывающее дискретную измерительную информацию и показания которого представлены в цифровой форме.

По конструктивному исполнению электронные приборы делят на показывающие и регистрирующие (самопишущие, печатающие).

Показывающий измерительный прибор – прибор, допускающий только считывание показаний.

Регистрирующий измерительный прибор – прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний.

Самопишущий измерительный прибор – регистрирующий прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний в виде диаграммы.

Печатающий измерительный прибор – регистрирующий прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний в цифровой форме.

По принципу действия измерительные приборы делят на:

- измерительные приборы прямого действия, где предусмотрено преобразование сигнала в одном направлении без обратных связей;

- измерительные приборы сравнения, где предусмотрено сравнение измеряемой величины с некоторой образцовой величиной;

- интегрирующие измерительные приборы, где предусмотрено интегрирование измеряемой величины;

- суммирующие измерительные приборы, где показания функционально связаны с суммой нескольких измеряемых сигналов.

Согласно ГОСТ 15094 – 69 все измерительные приборы делят на 20 групп: А – для измерения силы тока; Б – источники питания; В – для измерения напряжения; Г – генераторы измерительные; Д – аттенюаторы; Е – для измерения элементов с сосредоточенными параметрами; И – для импульсных измерений; К – комплексные измерительные установки; Л – для измерения параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов; М – для измерения мощности; П – для измерения напряженности поля и радиопомех; Р – для измерения параметров элементов с распределенными параметрами; С – для исследования формы сигналов и их спектров; У – усилители измерительные; Ф – для измерения фазовых сдвигов и времени запаздывания; Х – для исследования характеристик электрических цепей и радиоустройств; Ч – для измерения частоты; Ш – для измерения электрических и магнитных свойств материалов; Э – измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов; Я – блоки радиоизмерительных приборов. Входящие в подгруппу приборы подразделяются на виды. Вид прибора обозначается цифрой. Далее через дефис указывается порядковый номер модели.

Измерительные приборы характеризуются следующими основными показателями.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которых нормированы допускаемые погрешности измеряемого устройства;

Диапазон показаний – размеченная область шкалы от минимального до максимального указанных значений;

Предел измерений – верхнее значение диапазона измерений;

Область рабочих частот – полоса частот, в которой погрешность измерения не превышает допустимого предела;

Цена деления шкалы – разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы;

Чувствительность по измеряемому параметру – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины;

Абсолютная чувствительность – характеризуется отношением , где - изменение сигнала на выходе измерительного прибора; - изменение измеряемой величины.

Относительная чувствительность – характеризуется отношением , где - измеряемая величина.

Предельная чувствительность по измеряемому параметру – минимальная величина измеряемого сигнала, при которой можно получить отсчет с допустимой погрешностью.

Разрешающая способность – минимальная разность двух значений измеряемой величины, которая может быть различима с помощью прибора.

Быстродействие – максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

Время измерения – время, прошедшее с момента изменения измеряемой величины до момента получения результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью.

Входное сопротивление – сопротивление измерительного прибора со стороны входных зажимов.

Выходное сопротивление – сопротивление измерительного прибора со стороны выходных зажимов.

Порог реагирования (чувствительности) – изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение показаний, обнаруживаемое наблюдателем при нормальном для данного прибора способе отсчета.

Время установления показаний – время, прошедшее с момента изменения измеряемой величины до момента установления показаний.

Собственная потребляемая мощность – мощность, потребляемая измерительным прибором от измеряемой цепи.