Метрологические характеристики средств измерения

При использовании средств измерений важно знать степень соответствия информации измеряемой величине, содержащейся в выходном сигнале, ее истинному значению. С этой целью для каждого средства измерений вводятся и нормируются определенные метрологические характеристики (МХ).

Метрологические характеристики – это характеристики свойств средства измерений, влияющие на результат измерений и на его погрешности.

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. Номенклатура метрологических характеристик, правила выбора комплексов нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования определяются стандартом ГОСТ 8.009-84 ²ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений².

Метрологические характеристики средств измерений включают: функцию преобразования (градуировочная или статическая характеристика), чувствительность, порог чувствительности, диапазон измерений, область рабочих частот, статические и динамические погрешности, собственную мощность потребления.

Функция преобразования средства измерений – Y = F(X) – это функциональная зависимость между информативными параметрами выходного Y и входного X сигналов. Идеальная функция преобразования – линейная зависимость. Эта зависимость может быть представлена в виде формулы, таблицы или графика.

Чувствительность – важная характеристика средства измерений. Она характеризует способность прибора реагировать на изменение входного сигнала.

Чувствительность – свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Чувствительность определяется из функции преобразования. Различают абсолютную и относительную чувствительность.

Абсолютную чувствительность определяют по формуле

S = Dy/Dx,

относительную чувствительность определяютпо формуле

S₀ = Dy/(Dx/x),

где Dy – изменение сигнала на выходе, х – измеряемая величина, Dx – изменение измеряемой величины.

В общем случае

.

При линейной функции преобразования

При нелинейной функции преобразования чувствительность зависит от измеряемой величины x.

У средств измерения при постоянной чувствительности шкала равномерная, т.е. длина всех делений шкалы одинакова.

Величина равная обратной величине чувствительности является постоянной прибора с = 1/S.

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

Если самое незначительное изменение массы, которое вызывает перемещение стрелки весов, составляет 10 мг, то порог чувствительности весов равен 10 мг.

Порог чувствительности не следует путать с чувствительностью средства измерения. Он выражается в единицах входной величины.

Диапазон измерений средства 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 x_нили верхним пределом измерений х_к.

Различают полный и рабочий диапазон измерений (рис.7.1).

Полный диапазон – диапазон, в котором относительная погрешность средства измерений не превышает 100 %. Он ограничен снизу порогом чувствительности D₀, а сверху – верхним пределом измерений x_к.

Рабочий диапазон – диапазон, в котором относительная погрешность не превышает заранее заданного значения d_зад.

Диапазон измерений может состоять из нескольких поддиапазонов с разными погрешностями.

Диапазон измерений следует отличать от диапазона показаний.

Диапазон показаний средства измерений - область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Показание средства измерений–значение величины или число на показывающем устройстве средства измерений.

Вариация показаний измерительного прибора - разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Вариация показаний измерительного прибора приближенно равна удвоенной погрешности от трения в опорах.

Область рабочих частот – полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, вызванная изменением частоты, не превышает допустимого предела.

Характеристики, влияющие на собственную мощность потребления –это характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности вследствие взаимодействия средства измерений с любым из подключенных к его входу или выходу компонентов, например, объектом измерений и др.

Потребление энергии средством измерений от объекта измерения или от предвключенного прибора приводит к изменению значения измеряемой величины и, следовательно, к появлению соответствующей составляющей погрешности.

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

Для оценки допустимой нагрузки на средство измерения указывают выходное полное сопротивление или выходной импеданс Z_вых.. Чем меньше Z_вых., тем больше допускаемая нагрузка на средство измерения.

ЛЕКЦИЯ 8

Нормирование метрологических характеристик. КЛАССЫ точности средств измерений