Нормируемые метрологические характеристики результатов и средств измерений

Все средства измерений, включая АИУ, имеют общие свойства, позволяющие сопоставлять их между собой: метрологические, эксплуатационные, информационные и др. Отдельные виды и типы средств измерений обладают своими специфическими свойствами, которые отражаются в соответствующих нормативно-технических документах. Поэтому важно уметь выделять и оценивать составляющую погрешности, вносимую используемыми средствами измерений по их метрологическим характеристикам.

Метрологическая характеристика ─ это характеристики одного из свойств устройства, влияющая на результат и погрешность его измерений. Для каждого типа средств измерений устанавлива­ют свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют норми­руемыми метрологическими характеристиками, а определяе­мые экспериментально — действительными метрологичес­кими характеристиками

К метрологическим характеристикам относятся функция преобразования, чувствительность, цена деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерения, вариация показаний и др. От того насколько они точно будут выдержаны при изготовлении, насколько они будут стабильны при эксплуатации, зависит точность результатов.

Функция преобразования (статическая характеристика преобразования) F(X) ─ функциональная зависимость между информативными параметрами выходного Y и входного X сигналов средства измерений Y = f (X). Функцию преобразования, принимаемую для средства измерения и устанавливаемую в научно-технической документации на данное средство, называют номинальной функцией преобразования средства. Номинальная статическая характеристика преобразования позволяет рассчитать значение входной величины по значению выходной. Она может задаваться аналитически, таблично или графически. Функция преобразования (уравнение преобразования) может быть линейным или нелинейным и связывает входную и выходную величины с конструктивными параметрами устройства.

Погрешность ─ важнейшая метрологическая характеристика, которая определяется как разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Для меры показанием является ее номинальное значение.

Чувствительность ─ свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряе­мой величины. Различают абсолютную и отно­сительную чувствительность. Абсолютную чувствительность определяют по формуле

(3.1)

относительную чувствительность

,

где — изменение сигнала на выходе, X— измеряемая величина, – измене­ние измеряемой величины.

При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от X, при линейной характеристике она постоянна.

У измерительных приборов при постоянной чувствительности шкала равномерная, т.е. расстояние между соседними делениями шкалы одинаковое.

Цена деления шкалы – разность значения величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления. В приборах с неравномерной шкалой цена деления может быть разной на разных участках шкалы и в этом случае нормируется минимальная цена деления. Цена деления шкалы прибора может быть определена через его абсолютную чувствительность и равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы прибора (постоянная прибора):

(((3.2)

Порог чувствительности ─ характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической ве­личины, начиная с которого может осуществлять­ся ее измерение данным средством. Порог чувствительности выражают в единицах входной величины.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах ко­торой нормированы допускаемые пределы погреш­ности средства измерений. Значения величины, ограничи­вающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и спра­ва), называют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений. С целью повышения точности измерений диапазон измерений средства измерений может быть разбит на несколько поддиапазонов. При переходе с одного поддиапазона на другой некоторые составляющие основной погрешности уменьшаются, что приводит к повышению точности измерений. При нормировании допускают для каждого поддиапазона свои предельные погрешности.

Область значений шкалы прибора, ограниченную начальными и конечными значениями шкалы, называют диапазоном показаний.

Для средства измерений, выдающих результаты измерений в цифровом коде, указывают цену единицы младшего разряда (единицы младшего разряда цифрового отсчетного устройства), вид выходного кода (двоичный, двоично-десятичный) и число разрядов кода.

Для оценки влияния средства измерений на режим работы объекта исследования указывают входное полное сопротивление Z_вх. Входное сопротивление влияет на мощность, потребляемую от объекта исследования средством измерения.

Допустимая нагрузка на средство измерений зависит от выходного полного сопротивления Z_вых средства измерений. Чем меньше выходное сопротивление, тем больше допустимая нагрузка на средство измерений.

Вариация выходного сигнала ─ это разность между значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же действительному значению входной величины при медленном подходе слева и справа к выбранному значению входной величины и неизменных внешних условиях.

Вариация показаний измерительного прибора ─ наибольшая вариация выходного сигнала прибора при неизменных внешних условиях. Она является следствием трения и люфтов в узлах приборов, механического и магнитного гистерезиса элементов и др.

К метрологическим характеристикам также относятся динамические характеристики, т.е. характеристики инерционных свойств (элементов) измерительного устройства, определяющие зависимость выходного сигнала средства измерений от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. К таким характеристикам относят дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений; переходную и импульсную переходную функции, передаточную функцию, амплитудные и фазовые характеристики,.

Динамические свойства средства измерений определяют динамическую погрешность. Динамической погрешностью средства измерений – погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины.