Уменьшение систематических погрешностей средств измерений

Различают постоянные и закономерно изменяющиеся систематические по­грешности СИ.

Систематические по­грешности СИ подразделяются на прогрессирую­щие, периодические и изменяющиеся по сложному закону.

Одной из главных составляющих систематической погрешности СИ является кинематическая по­грешность, обусловленная нелинейностью функций преобразования (градуировочных характеристик) его ИП. Такие погрешности характерны для рычажных ИП.

Рис. 8.3. - Рычажные измерительные преобразователи:

а — синусный; б — тангенсный

Так как отсчет Y прямолинейного перемещения штока произво­дится по дуговой шкале, то появляется относительная кинематическая погрешность преобразователя. Погрешность можно уменьшить, если скорректировать градуировку круговой шкалы.

Малыми кинематическими погрешностями при относительно больших преде­лах измерения обладают двухрычажные ИП. При а = 2r кинемати­ческие погрешности двухрычажного ИП на два порядка меньше, чем у рычажного.

Рис. 8.4. - Двухрычажный измерительный преоб­разователь

Нелинейностью обладают не только механические, но и пневматические, электрические, электромагнитные и акустические ИП.

Кинематические погрешности, присущие различным ИП, не следует смешивать с технологическими кинематическими погрешностями, свя­занными с погрешностями их изготовления, сборки и регулировки (погрешность шага и профиля элементов передачи, эксцентриситеты элементов передач и шкал, погрешности градуировки, непрямолинейность направляющих и т. д.).

Существует два способа уменьшения технологических погрешностей:

· пу­тем назначения более жестких допусков на отдельные элементы цепи переда­чи сигналов;

· посредством введения в конструкцию приборов регулировочных элементов или подвижных компенсаторов.

В общем случае в конструкции измерительного прибора должны быть предусмотрены два регулировочных узла:

· регулировка нуля;

· регулировка чув­ствительности.

Регулировкой нуля уменьшают влияние аддитивной погрешно­сти, постоянной для каждой точки шкалы.

Регулировкой чувствительности уменьшают влияние мультипликативных погрешностей, изменяющихся линейно с изменением изме­ряемой величины.

Одновременной регулировкой нуля и чувствительности мож­но свести систематическую погрешность к нулю в нескольких точках шкалы и уменьшить ее максимальное значение в несколько раз.

Систематические погрешности можно уменьшить посредством:

· экранирова­ния помех;

· компенсации погрешности;

· введения обратной связи.

8.4. Расчёт погрешностей средств измерений

Расчет результирующей погрешности средств измерений (СИ) по погрешностям их измерительных преобразователей (ИП) можно осуществить методом структурного анализа, причем эта задача может ре­шаться применительно к отдельному прибору или к совокупности приборов определенного типа.

Применительно к отдельному прибору находят погрешности при­бора на отдельных отметках шкалы, либо оценивают границы, в которых ле­жат погрешности данного прибора. Эти задачи приходится решать при созда­нии уникальных средств измерений и при поэлементной проверке.

Применительно к совокупности однородных СИ необходимо чаще всего определять долю приборов, погрешность которых находится в пределах за­данных границ.

В общем случае информативный параметр сигнала на выходе прибора (у) связан с информативным параметром сигнала на входе X параметрами бло­ков прибора ηi, помехами и другими причинами аддитивных погрешностей Zj зависимостью:

Абсолютная погрешность прибора при показании у:

где εi — относительное отклонение параметра ηi от его номинального значе­ния ηoi: ;

Vi — коэффициент влияния погрешности пара­метра ηi: ;

Wj — коэффициент влияния аддитивной погрешности Zj: .

Удобнее оценивать не абсолютную, а относительную погрешность прибо­ра, отнесенную к конечному значению шкалы прибора:

Для решения задачи необходимо знать вид и параметры модели, а также характеристики εi и Zj.

Обычно задаются предельными значениями εi и Zj.

Тогда доверительная граница систематической погрешности приборов:

.

Динамическая погрешность средства измерения определяется как разность его погрешности в динамическом режиме и статической погрешности.

Типич­ным случаем измерения, для которого существенна динамическая погрешность, является измерение с регистрацией сигнала, изменяющегося во времени. В этом случае абсолютная динамическая погрешность:

где В - оператор; К - коэффициент преобразования.

Оператор В зависит от формы сигнала на входе.