Слайд 1Глава 4.
Метрологические характеристики средств измерений
(МХ СИ)
Эйлер:
«Невозможно определить или измерить одну
величину иначе как, приняв в качестве известной другую величину этого
же рода и указав соотношение, в котором она находится к ней».
Слайд 2Глава 4.
Метрологические характеристики СИ
Слайд 34.1 Метрологические характеристики СИ – это характеристики свойств СИ, которые
влияют на результат измерений, его точность и обеспечивающие их единство.
Единство измерений – такое состояние измерений, при которых их результаты выражены в указанных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.
Неметрологические характеристики СИ – это характеристики СИ, которые не оказывают заметного влияния на результат измерений и его точность. В основном это характеристики надежности, безотказности СИ.
МИ 2247-93 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.
Слайд 4Типовые статические метрологические характеристики СИ
ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИ
это функциональная зависимость между
входным и выходным сигналом СИ.
Различают:
Теоретическая ФПр СИ:
Градуировочная ФПр СИ:
Номинальная
ФПр СИ:
Реальная ФПр СИ:
Слайд 5Основные требования к ФПр СИ:
линейность;
минимальное число влияющих величин и
нестабильных внутренних параметров;
инвариантность информативного параметра выходного сигнала к изменениям влияющих
величин и других параметров.
Линейная ФПр Нелинейная ФПр
Слайд 6При незначительной нелинейности нелинейную ФПр СИ аппроксимируют линейной.
Слайд 7ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЯ СИ –
расстояние от максимального до минимального
значений входной величины,
при нормированном
значении погрешности измерения.
( это область значений измеряемой величины, внутри
которой
нормированы допускаемые погрешности).
Максимальное и минимальное значения диапазона измерения называются пределами измерения.
Диапазоном показаний – называют область значений шкалы, ограниченную конечным – xкон, и начальным – xнач, значениями ФВ.
Слайд 8ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СИ –
это отношение приращения выходного сигнала y средства
измерения к вызвавшему это изменение приращению входного сигнала x.
Слайд 9Для линейной ФПр СИ
y = kx,
чувствительность СИ:
S(x) = k =
const!
Чувствительность СИ постоянна в диапазоне измерения!
Для
нелинейной ФПр СИ
y = f (x),
чувствительность СИ:
S(x) = var!
Чувствительность СИ зависит от того, в какой точке диапазона измерения ее определяют!
Слайд 10ПОРОГ РЕАГИРОВАНИЯ – (порог чувствительности) – это наименьшее изменение измеряемой
величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала СИ.
Имеем целую
полосу неоднозначности
Ho – погрешность от гистерезиза,
нормируем: B = Ho / 2 .
За счет порога реагирования при
измерении можем получить любые
значения в полосе неоднозначности.
Слайд 11ВАРИАЦИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА - (y) это разность между значениями выходного
сигнала, соответствующего одному и тому же значению входной величины при
двух направлениях медленного изменения входной величины в процессе подхода к выбранному значению выходной.
Слайд 12ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ШКАЛЫ
– это разность значений измеряемой величины, соответствующих двум
соседним отметкам шкалы. Для средств измерений, выдающих результаты в цифровом
коде, указывают цену единицы младшего разряда отсчетного устройства.
Слайд 13ПОТРЕБЛЯЕМАЯ И ПЕРЕДАВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ
Мощность определяется внутренним сопротивлением СИ (входным и
выходным сопротивлением СИ).
Входное и выходное сопротивления СИ подбираются из
условия, что средство измерения НЕ ДОЛЖНО ВНОСИТЬ ИСКАЖЕНИЯ в исследуемый сигнал (процесс). Например: для сигнала напряжения Rвх должно быть большим( в идеале – бесконечность), а для токового сигнала Rвх – малым (в идеале – ноль).
Входное (Rвх) и выходное (Rвых) сопротивления средства измерения это метрологическая характеристика СИ, отражающая его способность ограничивать интенсивность явлений – носителей входных/выходных измерительных сигналов.
Слайд 14ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Полные ДХ СИ
Функция динамического преобразования (функция
связи между входом и выходом СИ),
которая нормируется видом
передаточной функции,
импульсной весовой функции,
переходной характеристики,
номинальными значениями и допустимыми отклонениями коэффициентов этих функций.
Номинальные амплитудо- и фазочастотные характеристики
которые нормируются функциями или наибольшими допустимыми отклонениями от номинальных характеристик
Частные ДХ СИ
время установления
время переходного процесса
коэффициент демпфирования
постоянная времени
резонансная частота
Слайд 15НЕИНФОРМАТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА
Для определения МХ СИ в рабочих
условиях эксплуатации для каждой влияющей величины (ВВ) отдельно устанавливаются:
функции влияния:
, которые нормируются номинальной функцией влияния и пределом допустимых отклонений от номинальной функции;
наибольшие допустимые изменения МХ СИ, вызванные отклонениями влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала.
Слайд 16ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
- отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой
величины:
ПОГРЕШНОСТЬЮ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ – называется разность между показаниями прибора
и истинным (действительным) значением измеряемой величины.
Слайд 17Для описания погрешности СИ используются:
кривые плотности распределения p(): полная информативная
характеристика погрешности,
квантили распределения: предназначены для определения интервальных оценок погрешности.
статистические
параметры распределения: математическое ожидание (используются для внесения поправок) и СКО (предназначено для суммирования погрешностей, особенно при независимых погрешностях и для определения интервальных оценок при наличии информации о характере p().
Слайд 18Причины появления погрешности СИ
Слайд 19В нормальных условиях измерений (условия измерений, характеризуемые совокупностью значений или
областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают
вследствие их малости. МИ 2247-93)
любое СИ обладает индивидуальной номинальной Функцией Преобразования:
Но группе однотипных приборов приписывается единая градуировочная функция преобразования:
Слайд 20
Основная погрешность средства измерения:
возникает в нормальных условиях измерения из-за несовпадения
номинальной и градуировочной ФПр СИ.
Слайд 21В рабочих условиях измерения (температура, влажность, поля, излучения) у СИ
возникают
дополнительные паразитные входы:
и изменяются внутренние параметры:
это приводит к изменению ФПр
данного СИ: в реальных условиях эксплуатации СИ обладает
реальной функцией преобразования:
Дополнительная погрешность СИ:
возникает в рабочих условиях измерений из-за несовпадения номинальной и реальной ФПр СИ.
Слайд 22Полная погрешность средства измерения:
Слайд 24Замечание 2.
Тип средств измерений – это совокупность СИ имеющих одинаковое
устройство, функциональное назначение и нормируемые метрологические характеристики.
Погрешность конкретного СИ характеризует
только данный экземпляр. Такая погрешность известна только для СИ, изготовленных в единичном экземпляре и малой партией, или для специально поверенных СИ.
Погрешность типа СИ характеризует всю совокупность экземпляров данного типа. Погрешность любого экземпляра не превышает погрешности данного типа. Для массового производства указывается погрешность типа СИ.
Слайд 254.2 Неметрологические характеристики СИ