Меню

Основные свойства средств измерений



Основные свойства средств измерений

Основные свойства и характеристики средств измерений

Средства измерений характеризуются такими свойствами как чувствительность, диапазон измерений (предел измерений), погрешность, порог реагирования (чувствительности), вариация показаний, время установления показаний, быстродействие, потребляемая мощность, стабильность и надежность.

Чувствительность S — это отношение изменения сигнала на выходе прибора Δ1 к вызвавшему его изменению измеряемой величины ΔХ: S= Δl/ΔX. Различают чувствительности абсолютную S и относительную Sо. Первая определяется приведенной формулой для S, вторая — формулой Sо= Δl/(ΔX/X), где X — измеряемая величина. Чувствительность характеризует способность прибора реагировать на изменение измеряемой величины.

Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности. Эта область ограничена пределами измерений — наибольшим и наименьшим значениями.

Погрешность измерительного прибора – это разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины. Различают абсолютную, относительную, приведенную, основную и дополнительную погрешности средств измерений.

Порог реагирования (чувствительности) — это изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение показаний, обнаруживаемое наблюдателем при нормальном для данного прибора способе отсчета.

Вариация показаний — это средняя разность между показаниями прибора, соответствующими данной точке диапазона измерений, при двух направлениях медленного многократного изменения измеряемой величины. Вариация характеризует, насколько устойчиво повторяются показания прибора при измерениях одних и тех же значений величин.

Показанием называется значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству прибора и выраженное в принятых единицах этой величины.

Время установления показаний (время успокоения) — промежуток времени, прошедший с момента изменения измеряемой величины до момента установления показаний. Для аналоговых приборов момент установления показаний определяется моментом, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погрешность прибора

Быстродействие — число измерений, выполняемых в единицу времени. Эта характеристика особенно важна для цифровых приборов, а также для аналоговых, например самопишущих, когда одним прибором с помощью коммутирующего устройства необходимо измерять несколько медленно меняющихся величин.

Потребляемая мощность: при подключении прибора к источнику измеряемой величины прибор неизбежно нагружает этот источник, потребляет от него некоторую мощность. Чем меньше потребляемая мощность, тем выше качество прибора, так как потребляемая мощность нарушает режим исследуемой цепи, а это приводит к погрешностям измерений.

Надежность — способность прибора сохранять свои харак­теристики в определенных пределах в течение установленного ин­тервала времени при заданных условиях эксплуатации. Основные показатели надежности: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы. Оценка надежности производится в процессе разработки измерительного прибора.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Основные характеристики средств измерений

Все средства измерений имеют общие свойства, позволяющие их сопоставлять между собой: метрологические, эксплуатационные, информационные и др.

Отдельные виды и типы средств измерений обладают своими специфическими свойствами.

Наиболее важными являются метрологические характеристики средств измерений.

Характеристики свойств средств измерений, которые оказывают влияние на результат измерений и его погрешности и предназначены для оценки технического уровня и качества средства измерений, называются метрологическими характеристиками.

Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики.

Тип средств измерений — совокупность средств измерений, предназначенных для измерения одних и тех же величин, выраженных в одних и тех же единицах величин, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментальнодействительными метрологическими характеристиками.

Перечень метрологических характеристик, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в ГОСТ 8.009-84 «Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».

Рассмотрим их подробнее.

1. Важнейшая характеристика — точность, под которой понимается степень приближения результатов измерений, полученных с помощью данных средств измерений, к истинному значению измеряемой величины.

Общепринятого количественного способа определения точности пока нет, поэтому для количественной оценки точности используется понятие погрешности.

Читайте также:  Какие различают погрешности измерения

Под погрешностью понимается отклонение показаний приборов (или номинальных значений мер) от истинных значений измеряемых величин (истинных значений мер).

2. Зависимость между значениями величины на выходе и входе средства измерений, представленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной характеристикой (ГХ) средства измерений.

Градуировочная характеристика является индивидуальной, т.е. описывает свойства конкретного экземпляра средства измерений.

При серийном выпуске однотипных средств измерений зависимость между значениями величины на выходе и входе средства измерений часто устанавливается с помощью номинальной функции преобразования.

Она является типовой.

3. Чувствительность S равна отношению изменения величины на выходе к вызывающему его изменению входной (измеряемой) величины.

Например, для стрелочного СИ — это отношение перемещения dl конца стрелки к вызвавшему его изменению dx измеряемой величины:

Для неравномерных шкал величина S = var, и степень неравномерности шкалы оценивают через коэффициент

Для равномерных шкал S = Sср = const и Sср = l/xN, где xN — диапазон измерений.

Поскольку х и y могут быть выражены в различных единицах, то величина S имеет размерность [мм/А], [мм/В], [градус/В] и т.д.

Иногда для оперирования безразмерными единицами вводят понятие относительной чувствительности

где х, у — номинальные (или средние) величины.

Величину, обратную чувствительности, называют постоянной прибора С = 1/S.

Как правило, выходным сигналом СИ является отсчёт (показание) в единицах величины. В этом случае постоянная прибора С равна цене деления.

4. От чувствительности следует отличать порог чувствительности, представляющий собой такое воздействие на входе измерительного прибора, которое вызывает на выходе минимальный уверенно обнаруживаемый эффект.

5. Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированыдопускаемые погрешности средства измерений.

Диапазон измерений ограничивается наибольшим и наименьшим значениями. Для повышения точности измерений диапазон измерений может быть разбит на несколько поддиапазонов.

При переходе с одного поддиапазона на другой некоторые составляющие основной погрешности уменьшаются, что приводит к повышению точности измерений. При нормировании допускают для каждого поддиапазона свои предельные погрешности.

Область значений шкалы, ограниченную начальным и конечным значениями шкалы, называют диапазоном показаний.

6. Для средств измерений, выдающих результаты в цифровом коде, указывают

цену единицы младшего разряда (единицы младшего разряда цифрового отсчётного устройства),

вид выходного кода (двоичный, двоично-десятичный)

— и число разрядов кода.

7. Для оценки влияния средства измерений на режим работы объекта исследований указывают входное полное сопротивление Zвх.

Входное сопротивление влияет на мощность, потребляемую от объекта исследований средством измерения.

8. Допустимая нагрузка на средство измерений зависит от его выходного полного сопротивления Zвых.

Чем меньше выходное сопротивление, тем больше допустима нагрузка на средство измерений.

9. Вариация (гистерезис) — разность между показаниями средства измерений в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании измеряемой величины и неизменных внешних условиях:

где хв, ху — значения измерений образцовыми СИ при возрастании и убывании величины х.

10. В современной измерительной практике часто приходится измерять быстро изменяющиеся величины. При этом необходимо учитывать не только статические, но и динамические свойства средств измерений.

Динамические характеристики средств измерений можно разделить на полные и частные.

Полные динамические характеристики позволяют при любом заданном изменении во времени величины на входерассчитать изменение во времени выходной величины, а следовательно, оценить погрешности, вызванные инерционностью средства измерений.

Полной динамической характеристикой любого средства измерений является дифференциальное уравнение, связывающее входную и выходную величины.

Для линейных средств измерений (описываемых линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами) полными динамическими характеристиками являются также:

— комплексный коэффициент передачи — амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

— комплексная чувствительность — фазочастотная характеристика (ФЧХ);

— переходная функция — реакция на единичный скачок;

— импульсная (весовая) функция — реакция на единичный импульс.

Указанные характеристики взаимосвязаны, и по одной из них можно найти все остальные. Методы их экспериментального определения широко освещаются в литературе по автоматическому регулированию.

Читайте также:  Суть измерения цифрового прибора

Частная динамическая характеристика представляет собой какой-либо параметр полной динамической характеристики или её функционал.

В качестве такой характеристики используются, например:

полоса частот измеряемых величин, в пределах которой динамическая погрешность не превышает заданной;

время установления выходной величины.

(Для стрелочных электроизмерительных приборов время успокоения — промежуток времени, прошедшего с момента скачкообразного изменения измеряемой величины до момента, когда стрелка прибора не удаляется от положения равновесия более чем на 1% длины шкалы.

Для цифровых измерительных приборов в качестве частной динамической характеристики используется наименьшее время, необходимое для выполнения одного измерения).

Частные динамические характеристики проще и обладает большей наглядностью, но не позволяют определить динамическую погрешность для конкретного закона изменения во времени измеряемой величины.

Кроме метрологических характеристик при эксплуатации средств измерений важно знать и неметрологические, общетехнические характеристики — показатели надёжности, электрической прочности, сопротивление изоляции, степень устойчивости к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима, габариты, массу, собственное потребление энергии, стоимость и др.

Под надёжностью средства измерений понимают его способность сохранять нормированные метрологические характеристики при определённых условиях эксплуатации в течение заданного времени.

Основными критериями надёжности приборов являются вероятность безотказной работы и средняя продолжительность безотказной работы.

Кроме указанных, надёжность оценивают ещё такими количественными характеристиками, как:

— среднее время между соседними отказами,

— интенсивность отказов и др.

При этом под отказом понимается событие, после появления которого характеристики средств измерений выходят за допустимые пределы.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Средства измерений

Метрологические свойства СИ – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.

Метрологические характеристики, устанавливаемые НД, называют нормируемыми метрологическими характеристиками.

Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы:

  • свойства, определяющие область применения СИ;
  • свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения.

К основным метрологическим характеристикам, определяющим область применения СИ, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов.

Точность измерений СИ определяется их погрешностью.

Погрешность средства измерений – это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. Для рабочего СИ за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, – значение величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке.

Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

  • по способу выражения – абсолютные, относительные;
  • по характеру проявления – систематические, случайные;
  • по отношению к условиям применения – основные, дополнительные.

Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с абсолютными и относительными погрешностями.

Систематическая погрешность – cоставляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок. При химическом анализе систематическая погрешность проявляется в случаях, когда метод измерений не позволяет полностью выделить элемент или когда наличие одного элемента мешает определению другого.
Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ.

Читайте также:  Соотнесите названия физических величин с ее единицей измерения

Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.

Оценка погрешности измерений СИ, используемых для определения показателей качества товаров, определяется спецификой применения последних. Например, погрешность измерения цветового тона керамических плиток для внутренней отделки жилища должна быть по крайней мере на порядок ниже, чем погрешность измерения аналогичного показателя серийно выпускаемых картин, сделанных цветной фотопечатью. Дело в том, что разнотонность двух наклеенных рядом на стену кафельных плиток будет бросаться в глаза, тогда как разнотонность отдельных экземпляров одной картины заметно не проявится, так как они используются разрозненно.

Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами. У СИ, применяемых для высокоточных измерений, нормируется до десятка и более метрологических характеристик в стандартах технических требований (технических условий) и ТУ. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации на СИ. Учет всех нормируемых характеристик необходим при измерениях высокой точности и в метрологической практике. В повседневной производственной практике широко пользуются обобщенной характеристикой – классом точности.

Класс точности СИ – обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса.

Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке (по результатам приемочных испытаний). В связи с тем, что при эксплуатации их метрологические характеристики обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки). Таким образом, класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно знать при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений.

Источник

Основные характеристики средств измерений

Все СИ имеют общие свойства, позволяющие сопоставлять их между собой: метрологические, технические, эксплуатационные, информационные. Отдельные виды и типы СИ обладают своими специфическими свойствами, которые отражаются в соответствующих нормативно-технических документах. Важно уметь выделять, оценивать и сравнивать их характеристики

Метрологические характеристики измерительных устройств:

· диапазон измерения (полный, рабочий);

· уравнение измерительного преобразования (статическая характеристика преобразования, номинальная функция преобразования);

· погрешность (абсолютная, относительная, приведённая, дополнительная);

· быстродействие – время, затраченное на одно измерение.

Динамические характеристики, т.е. характеристики инерционных свойств элементов измерительного устройства. К ним относятся дифференциальное уравнение, описывающее работу СИ, переходные и импульсные функции, амплитудные и фазовые характеристики.

Нормируемые метрологические характеристики – совокупность метрологических характеристик, устанавливаемая нормативными документами для данного типа СИ.

Кроме метрологических характеристик при эксплуатации СИ важны и не метрологические характеристики: показатели надежности, электрическая прочность, сопротивление изоляции, устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима и др.

Надёжность средства измерения – это способность прибора сохранять эксплутационные характеристики в течение заданного времени.

Основные критерии надёжности:

· вероятность безотказной работы в течение определённого периода времени;

· среднее время безотказной работы.

При выборе прибора нужно учитывать: экономичность, потребляемую мощность, возможность поверки, ремонтопригодность.

Источник