Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений имеют общие свойства, позволяющие сопос- тавлять их между собой: метрологические, эксплуатационные, информа- ционные и др. Отдельные виды и типы СИ обладают своими специфиче- скими свойствами, которые отражаются в соответствующих нормативно- технических документах. Поэтому важно уметь выделять и оценивать со- ставляющую погрешности, вносимую используемыми средствами измере- ний по их метрологическим характеристикам.

Метрологическая характеристика средства измерений – характе- ристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат и погрешность его измерений. Для каждого типа СИ устанавливают свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, уста- навливаемые нормативно-техническими документами, называют норми- руемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспери- ментально – действительными метрологическими характеристиками.

К метрологическим характеристикам относятся градуировочная ха- рактеристика, погрешность средства измерений, чувствительность, цена деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерений, вариация показаний и др. От того, насколько они точно будут выдержаны при изго- товлении и стабильны при эксплуатации, зависит точность результатов, получаемая с помощью СИ.

Градуировочная характеристика СИ – зависимость между значе- ниями величин на входе и выходе средства измерений, полученная экспе- риментально. Градуированная характеристика может быть выражена в ви- де формулы, графика или таблицы.

Погрешность СИ – важнейшая метрологическая характеристика, определяемая как разность между показанием СИ и истинным (действи- тельным) значением измеряемой величины. Для меры показанием является ее номинальное значение.

Чувствительность СИ – свойство СИ, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его измене- нию измеряемой величины. Различают абсолютную и относительную чув- ствительность. Абсолютную чувствительность определяют по формуле

S=∆y/∆x, (1.2)

относительную чувствительность – по формуле

S omн =∆y /(∆x /x),

где ∆y – изменение сигнала на выходе; ∆x – изменение измеряемой вели-

чины, x – измеряемая величина.

При нелинейной статической характеристике преобразования чувст-

вительность зависит от x, при линейной характеристике она постоянна.

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

Цена деления шкалы (постоянная прибора) – разность значения ве- личины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы СИ. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления. В приборах с не- равномерной шкалой цена деления может быть разной на разных участках шкалы, и в этом случае нормируется минимальная цена деления. Цена де- ления шкалы равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы прибора, и может быть также определена через абсо-

лютную чувствительность:

С =1/ S. (1.3) Порог чувствительности – наименьшее значение изменения физи- ческой величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством. Порог чувствительности выражают в единицах вход-

ной величины.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах ко- торой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. Значения ве- личины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним и верхним пределом измере- ний. С целью повышения точности измерений диапазон измерений СИ можно разбить на несколько поддиапазонов. При переходе с одного под- диапазона на другой некоторые составляющие основной погрешности уменьшаются, что приводит к повышению точности измерений. При нор- мировании погрешности допускают для каждого поддиапазона свои пре- дельные значения погрешности. Область значений шкалы прибора, огра- ниченную начальными и конечными значениями шкалы, называют диапа- зоном показаний.

Вариация показаний – наибольшая вариация выходного сигнала

прибора при неизменных внешних условиях. Она является следствием трения и люфтов в узлах приборов, механического и магнитного гистере- зиса элементов и др.

Вариация выходного сигнала – это разность между значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же действительно- му значению входной величины при медленном подходе слева и справа к выбранному значению входной величины.

Динамические характеристики, т.е. характеристики инерционных свойств (элементов) измерительного устройства, определяющие зависи- мость выходного сигнала СИ от меняющихся во времени величин: пара- метров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. К ним относят дифференциальное уравнение, описывающее работу средства из- мерений; переходную и импульсную переходную функции, амплитудные и фазовые характеристики, передаточную функцию.

Динамические свойства средства измерений определяют динамиче- скую погрешность. Динамическая погрешность средства измерений – погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяю- щейся (в процессе измерений) физической величины.

Нормируемые метрологические характеристики – совокупность метрологических характеристик данного типа средств измерений, устанав- ливаемая нормативными документами на средства измерений. Нормируе- мые метрологические характеристики, включаемые в этот комплекс, должны отражать реальные свойства СИ, и их номенклатура должна быть достаточной для оценки инструментальной составляющей погрешности измерений в рабочих условиях применения СИ с той степенью достовер- ности, которая требуется для решения поставленной измерительной зада- чи. Общий перечень нормируемых метрологических характеристик СИ, формы их представления и способы нормирования устанавливаются ГОС- Том. В него могут входить:

• пределы измерений, пределы шкалы;

• цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или мно-

гозначной меры, при неравномерной шкале – минимальная цена

деления;

• выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы

наименьшего разряда цифровых СИ;

• номинальное значение однозначной меры;

• градуировочная характеристика;

• погрешность СИ;

• вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразова-

теля;

• полное входное сопротивление измерительного устройства, пол-

ное выходное сопротивление измерительного преобразователя или

меры;

• неинформативные параметры выходного сигнала измерительного

преобразователя или меры;

• динамические характеристики СИ; функции влияния.

Кроме метрологических характеристик при эксплуатации средств

измерений важны и неметрологические характеристики: показатели на- дежности, электрическая прочность, сопротивление изоляции, устойчи- вость к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима и др.

Надежность средства измерений – это способность СИ сохранять нормированные характеристики при определенных условиях работы в те- чение заданного времени. Основными критериями надежности приборов являются вероятность и средняя продолжительность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы определяется вероятностью от-

сутствия отказов прибора в течение определенного промежутка времени.

Средняя продолжительность – отношение времени работы прибора к числу отказов за это время.