Нормирование метрологических характеристик ИУ

Статические и динамические характеристики, а также погрешности ИУ принято называть метрологическими характеристиками, так как они влияют на точность измерений проводимых с помощью этих ИУ.

ИУ допускается к применению в том случае, когда нормированы их метрологические характеристики. Сведения о метрологических характеристиках приводятся в технической документации на ИУ.

Посредством нормирования метрологических характеристик ИУ обеспечивается взаимозаменяемость ИУ и единство измерений в государственном масштабе.

Нормируются следующие метрологические характеристики ИУ.

1. Характеристики, предназначенные для определения результата измерений: функция преобразования, коэффициент преобразования, цена деления, чувствительность, диапазон измерений, верхний и нижний пределы измерений, диапазон показаний, конечные и начальные значения шкалы.

2. Характеристики погрешности: систематическая погрешность, случайная погрешность, динамическая погрешность, мультипликативная погрешность, аддитивная погрешность, абсолютная, относительная и приведенная погрешность, а самая главное основная погрешность и вариация.

3. Характеристики чувствительности к влияющим величинам: изменение показаний, изменение коэффициента преобразования, функция влияния, дополнительная погрешность, иногда размах.

Выбор нормируемых метрологических характеристик из числа вышеперечисленных зависит от вида ИУ и осуществляется в процессе разработки, освоения производства и аттестации ИУ данного типоразмера.

Реальные значения метрологических характеристик ИУ определяются при их выпуске, а затем периодически проверяются в процессе эксплуатации, т.е. ИУ проходят через определенный промежуток времени поверку или калибровку. При отклонении хотя бы одной метрологической характеристики от нормы ИУ ремонтируют или бракуют.

Основная погрешность измерительного устройства нормируется путем установления предела допускаемой основной соответственно абсолютной, относительной или приведенной погрешности:

 

(1.22)

(1.23)

(1.24)

Значение предела допускаемой основной абсолютной, относительной или приведенной погрешностей определяется из ряда предпочтительных чисел:

 

(1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6) 10 ⁿ, (1.25)

где n = +1, 0, –1, –2 и т. д.

 

Обобщенной метрологической характеристикой ИУ является класс точности.

Класс точности ИУ – это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами ИУ, отражающими уровень их точности, значения которых устанавливается в стандартах на отдельные виды ИУ.

Класс точности ИУ – это обобщенная характеристика ИУ, отражающая уровень их точности и представленная набором нормируемых метрологических характеристик. Например, пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами ИУ, влияющих на точность.

Класс точности ИУ – обобщенная характеристика ИУ определяемая пределом допускаемой основной погрешности, отражающая уровень их точности, при нормальных условиях эксплуатации.

Кроме класса точности, уровень точности ИУ представлен набором других нормируемых метрологических характеристик, связанных определенными соотношениями с классом точности, таких как: пределы допускаемых дополнительных погрешностей и вариация.

Если для ИУ погрешность не зависит от значения измеряемой величины, т.е. является аддитивной, то класс точности равен:

 

. (1.26)

 

В этом случае класс точности обозначается на шкале прибора 1,5 или 2,5, тогда шкала прибора неравномерна.

 

Рис. 1.11. Поле допускаемых приведенных погрешностей

 

Если погрешность ИУ является мультипликативной, т.е. зависит от значений измеряемой величины, то класс точности равен:

 

. (1.27)

В этом случае класс точности обозначается на шкале прибора.

Если на измерительном приборе указан дробный класс точности, например К = 0,02/0,01 = (с/d), то предел основной допускаемой абсолютной погрешности можно определить по формуле:

 

(1.28)

 

а предел допускаемой основной относительной погрешности по формуле:

(1.29)

 

где с и d – соответственно числитель и знаменатель в обозначении

класса точности;

Х_к – больший (по модулю) из пределов измерений

(предел измерений);

Х – показание прибора.

Следовательно, класс точности ИУ характеризует предел допускаемой основной абсолютной, приведенной или относительной погрешности, но не характеризует точность измерения.

Дополнительная погрешность нормируется в тех случаях, когда при изменении влияющих величин в рабочей области, допускаемая основная погрешность превышает установленный для нее предел.

При нормировании стабильности показаний при прямом и обратном ходе для ИП и ИПр устанавливают предел допускаемой вариации, значение которого чаще всего числено равен половине или полному пределу допускаемой абсолютной или приведенной погрешности, т.е.

 

(1.30)

 

Допускаемая вариация, а равно и текущая, знака не имеет. Так как она в поле допускаемых погрешностей может располагаться в любом месте. Вариация для ряда измерительных приборов и преобразователей не всегда нормируется.

 

 

1.5.5. Структурные схемы измерительных устройств

 

Составление структурных схем необходимо для анализа работы измерительных устройств, для выяснения принципа действия и для синтеза построения измерительных устройств из отдельных измерительных преобразователей.

Существует множество разновидностей измерительных устройств. Все они состоят из простейших измерительных преобразователей, число которых ограничено несколькими десятками. Комбинируя их в разнообразном сочетании, можно создавать различную измерительную аппаратуру.

Все устройства в зависимости от соединения измерительных преобразователей можно разделить на устройства прямого и уравновешивающего преобразования.

Устройство прямого преобразования характеризуется тем, что преобразования выполняются последовательно одно за другим в одном (прямом), направлении от входной величины Х через посредство измерительных преобразователей (П), включенных последовательно, к выходной величине Y.

 

Рис. 1.12. Измерительное устройство прямого преобразования

 

Иначе входная величина Х, проходя через цепочку последовательно соединенных преобразователей, преобразуется в выходную величину Y в одном (прямом) направлении.

Устройство уравновешивающего (компенсирующего) преобразования характеризуется тем, что используется две цепи преобразования (прямая и обратная) роли которых различны.

 

Рис. 1.13. Измерительное устройство уравновешивающего

преобразования

 

Обратная цепь преобразует выходную величину у в величину Х_ос, однородную по своей физической природе с выходной величиной Х, полностью или частично ее уравновешивающую. В результате чего на вход П₁ поступает величина которая в свою очередь прямой цепью преобразуется в выходную величину Y.