Нормування додаткових похибок засобів вимірювальної техніки

 

Як указувалось у § 3.2, додаткові похибки ЗВТ визначаються характеристиками чутливості ЗВТ до впливних величин і неінформативних параметрів вхідних сигналів.

Враховуючи, що впливні величини можуть викликати змінювання не тільки похибки ЗВТ, але й інших МХ ЗВТ, в необхідних випадках доцільно передбачити нормування функцій впливу і на ці МХ ЗВТ. При цьому як нормовані характеристики додаткових похибок ЗВТ можуть бути використані:

а) або функції впливу , які являють собою залежності зміни метрологічних характеристик ЗВТ від зміни впливної величини  або від зміни сукупності впливних величин;

б) або границі зміни значень метрологічних характеристик ЗВТ, викликані зміною впливних величин в установлених границях.

Для ЗВТ функція впливу може мати або певний вигляд, або при однаковому вигляді різні значення параметрів функції. В усіх екземплярах ЗВТ даного типу функції впливу повинні бути ідентичними внаслідок однакового принципу дії цих ЗВТ, а параметри функцій впливу різних екземплярів ЗВТ даного типу повинні бути близькими між собою. Тому як основна характеристика додаткової похибки береться деяка середня для ЗВТ даного типу функція впливу і деякі середні значення її параметрів. Така функція впливу називається номінальною функцією впливу, позначимо її .

Зміна метрологічної характеристики ЗВТ, викликана зміною впливної величини, - це різниця (без урахування знака) між значенням метрологічної характеристики, що відповідає деякому заданому значенню впливної величини в границях робочих умов застосування, і значенням даної метрологічної характеристики, яке відповідає нормальному значенню впливної величини.

Для нормування функцій впливу використовують два методи:

1) нормування номінальної функції впливу  і допустимих відхилень від неї;

2) нормування граничних функцій впливу - верхньої  і нижньої , які обмежують область допустимих значень функції впливу для будь-якого ЗВТ даного типу.

Другий метод нормування додаткових похибок застосовується для ЗВТ певного типу, для сукупності яких розкид функції впливу великий, в силу чого встановити номінальну функцію впливу неможливо.

Оскільки функції впливу визначені як залежності зміни МХ ЗВТ від змін впливних величин в робочих умовах застосування ЗВТ, то їх слід нормувати тільки для тих МХ, що нормуються для нормальних (номінальних) умов застосування ЗВТ. Якщо ж деякі МХ нормують для робочих умов застосування ЗВТ, то відповідні функції впливу не нормують. Проте далеко не всі МХ повинні нормуватися для нормальних умов застосування ЗВТ, і ось чому. Майже всі МХ впливають лише на похибку вимірювань, тому можна вважати, що зміна більшості з МХ, яка здійснюється під дією впливних величин, призводить до відповідної зміни похибки вимірювань другого порядку малості, чим можна знехтувати. Тому відповідні МХ слід нормувати для робочих умов застосування ЗВТ, а функції впливу на них не нормувати.

На цей час більш розповсюдженим є нормування не функцій впливу, а характеристик які традиційно визначають додаткові похибки ЗВТ від впливних величин.

Серед таких характеристик найбільш поширеною є границі допустимої (найбільші допустимі зміни) додаткової похибки ±DYxд, що мають місце при зміні впливної величини x на деяке встановлене (задане) значення ±Dx відносно її нормального (номінального) значення xном.

Якщо в реальних умовах експлуатації ЗВТ впливна величина може приймати різні (довільні) значення в межах від нижнього значення xнж до верхнього значення xв, причому xнж< xном< xв, то за вказаною вище характеристикою можна визначити лише граничні (найбільш можливі) зміни похибки ЗВТ:

;

.

При оцінці інструментальної складової похибки вимірювань в реальних умовах експлуатації ЗВТ, що обумовлена дією даної впливної величини x, є тільки одна можливість: врахувати найбільш можливу зміну додаткової похибки ЗВТ DYxмах, яка дорівнює

або при ,

або при .

Сумарна допустима інструментальна статична похибка ЗВТ DYд в реальних умовах експлуатації ЗВТ може бути визначена як арифметична сума границі допустимої основної похибки DYод та границь (найбільших) допустимих змін (значень) додаткових похибок ЗВТ від усіх впливних величин , що враховуються:

.

Очевидно, значення похибки DYд практично завжди буде істотно перевищувати значення дійсної похибки ЗВТ в реальних умовах експлуатації, бо вона розраховується за припущенням, що всі похибки (основна і додаткова) мають найбільше допустиме значення при будь-яких умовах експлуатації, але вірогідність виконання такого припущення вкрай мала.

Отже, кількісна характеристика додаткової похибки DYxмах ЗВТ, яка традиційно регламентується в технічних описах ЗВТ, не дозволяє оцінювати дійсну інструментальну похибку вимірювань в реальних умовах експлуатації (застосування) ЗВТ з допустимою вірогідністю. Але вона є найбільш простою для практичного використання.

Функції впливу  і границі допустимих додаткових похибок ЗВТ нормують, як правило, окремо для кожної впливної величини. І тільки при наявності істотної взаємної залежності декількох функцій впливу різних величин  допускається задання сумісних (комплексних) функцій впливу , які й використовують при обчисленні характеристик інструментальної складової похибки вимірювань.

Критерій істотності для впливних величин установлюється в технічній документації на ЗВТ конкретних типів. При відсутності вказаних критеріїв визначають, що впливна величина істотно впливає на метрологічну характеристику ЗВТ, якщо при зміні цієї впливної величини в границях робочого діапазону дана метрологічна характеристика ЗВТ змінюється більш як на 20% від значення, нормованого для номінальних умов. Функцію однієї впливної величини приймають істотно залежною від іншої впливної величини, при зміні якої в границях робочого діапазону зміна функції перевищує 20% від її номінального значення.

Істотність тієї чи іншої складової сумарної додаткової похибки ЗВТ рекомендується визначати таким чином. Якщо найбільш можливі значення всіх додаткових похибок ЗВТ , відповідно до робочих умов застосування ЗВТ даного типу сумірні, то всі додаткові похибки визнаються істотними при виконанні умови

,

де - найбільше можливе значення похибки ЗВТ у робочих умовах застосування.

Зауважимо, що додаткові похибки вважаються сумірними, якщо їх значення відрізняються одне від одного не більш як на 30%. Якщо серед додаткових похибок виявляються менші або несумірні з іншими і їх сума менша від , то такі похибки належать до неістотних.

Функцію впливу рекомендується не нормувати за умови, що її границі допустимих відхилень від номінальної функції впливу не можуть бути встановлені меншими ніж 20% від номінальної функції впливу. У цьому разі рекомендується нормувати границі допустимої додаткової похибки ЗВТ або допустимої зміни іншої НМХ ЗВТ у всьому робочому діапазоні зміни впливної величини відповідно до робочих умов експлуатації ЗВТ даного типу.

Значення допустимої додаткової похибки ЗВТ, як правило, задають у вигляді часткового або кратного значення допустимої основної похибки. Наприклад, додаткова похибка ЗВТ, яка викликана відхиленням його живлення на % від номінального значення, не повинна перевищувати 0,5 границі основної похибки ЗВТ.

Допустимі значення додаткових похибок, які традиційно застосовуються для розрахунків інструментальної похибки вимірювань, дають завищені результати і тому придатні для одержання тільки досить приблизних оцінок похибки вимірювань. Для одержання більш точних оцінок необхідно враховувати функцію впливу.

Методи нормування додаткових похибок і їх особливості однакові для всіх видів ЗВТ і обох моделей похибки.

Перелік нормованих неінформативних параметрів вхідного і вихідного сигналів ЗВТ, їх номінальні значення і границі допустимих відхилень установлюються в ДСТУ та НТД.