Файл: Учебное пособие для вузов. М. Радио и связь, 1985. Кушнир В. Д. Электрорадиоизмерения Учебное пособие для вузов. М. Радио и связь, 1985.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 37
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Модуль 1.
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”
Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
27 ной цепи. Обобщенная сила и скорость выбираются при этом, как две взаимодействующие величины, одна из которых является измеряемой, а их произведение образует мощность.
Так, для вольтметра измеряемой величиной является напряжение (обобщенная сила), тогда обобщенной скоростью должна быть сила тока. Их отношение и есть сопротивление.
При измерений силы пружинным динамометром эта сила является обобщенной силой, а в качестве обобщенной скорости следует, рассматривать скорость деформации упругого эле- мента под действием этой силы. Их отношение образует входной импеданс динамометра.
Однако для средств измерений неэлектрических величин импедансы пока еще, как правило, непосредственно не нормируются. Вместо них в научно-технической документации приво- дятся другие характеристики, описывающие меру воздействия средства измерений на объект измерений, например, измерительное усилие для средств измерений перемещений.
Таким образом, метрологическими характеристиками, описывающими взаимодействие средств измерений друг с другом или с объектом измерений, являются: выходной импеданс мер; входной и выходной импеданс измерительных преобразователей; входной импеданс из- мерительных приборов.
Модуль 1.
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”
Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
28
Л6. Влияние внешних воздействий и неинформативных параметров сигналов (влияю- щих величин) описывается с помощью метрологических характеристик, называемых функ- циями влияния. Функция влияния
(
1
;
2
; ...;
q
) —это зависимость соответствующей мет- рологической характеристики из числа вышеперечисленных от влияющих величин
1
;
2
; ...;
q
(температуры внешней среды, параметров внешних вибраций и т. д.). В большинстве слу- чаев можно ограничиваться набором функций влияния каждой из влияющих величин
(
1
);
(
2
);
(
q
), но иногда приходится использовать функции совместного влияния нескольких величин, если изменение одной из влияющих величин приводит к изменению функции влия- ния другой.
Для средств измерений, не входящих в более сложные комплексы и обладающих точ- ностью, заведомо превышающей требуемую точность измерений, вместо функций влияния указывают наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик
l(
), вы- званные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входно- го сигнала. Это связано с тем, что при использовании таких средств измерений обычно не вводятся поправки на влияющие величины и специально не рассчитываются границы по- грешности.
Под нормированием метрологических характеристик понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характери- стик средств измерений можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство из- мерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации.
Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из об- ращения.
Нормы на значения метрологических характеристик устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между нормальными и ра- бочими условиями применения средств измерения.
Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения факторы (температура, влажность, частота, напряжение пи- тания, внешние магнитные поля и т. д.), а также неинформативные параметры входных и
(или) выходных сигналов, находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т. е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих факторов указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с норми- рованными отклонениями, например, температура должна составлять (20±2) °С, напряжение питания —(220 В±10%) или в форме интервалов значений (влажность 30—80 %).
Рабочая область значений влияющих факторов шире нормальной области значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно зависят от влияющих факторов, однако, их изменения нормируются стандартами на средства измерений в форме функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами рабочей области метрологи- ческие характеристики принимают неопределенные значения.
Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться ха- рактеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих, входной импеданс измерительных приборов и преобразователей, выходной импеданс преоб- разователей, динамические характеристики и неинформативные параметры выходного сиг- нала.
Модуль 1.
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”
Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
29
Суммарная погрешность
средств измерений в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения
д
, т. е. того наибольшего значения, при котором средство измерений еще может быть при- знано годным к применению.
Систематическая составляющая погрешности
с становится случайной при рассмотре- нии всего ансамбля средств измерений данного типа. Поэтому она подлежит нормированию путем задания предела
сд допускаемой систематической погрешности и её двух числовых характеристик — математического ожидания
1 2 3 4 5
М[
с
] и среднего квадратического отклонения
[
с
] систематической погрешности
с средств измерений данного тина.
Случайная составляющая погрешности
нормируется путем задания предела
д
[
] среднего квадратического отклонения
д
[
], поскольку ее математическое ожидание равно нулю.
Вариация b показаний измерительного прибора так же, как ивариация выходного сиг- нала измерительного преобразователя, нормируются заданием предела b
д допускаемого зна- чения вариации средств измерения данного типа.
Все характеристики погрешности могут выражаться в форме абсолютных, относитель- ных или приведенных погрешностейкакфункции измеряемой величины или информативно- го параметра входного сигнала в виде формул, графиков или таблиц.
Неинформативные параметры выходного сигнала, а также входной z
вх и выходной z
вых импедансы нормируются своими номинальными значениями и наибольшими допустимыми отклонениями в единицах нормируемого параметра или в процентах от его номинального значения.
Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабочей области эксплуатации средств измерения, если их ко- лебания, вызванные изменениями внешних влияющих факторов и неинформативных пара- метров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной об- ласти, а в рабочей области нормируются д
д о
о п
п о
о л
л н
н и
и т
т е
е л
л ь
ь н
н ы
ы е
е п
п о
о г
г р
р е
е ш
ш н
н о
о с
с т
т и
и путем задания функ- ций влияния
(
) или наибольших допустимых изменений
l(
) раздельно для каждого вли- яющего фактора
, а в случае необходимости и для совместного изменения нескольких фак- торов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде но- минальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее. Наибольшие допу- скаемые изменения указываются в виде зоны в единицах данной метрологической характе- ристики или в процентах от ее значения, нормированного для нормальных условий.
Для различных по назначению и свойствам средств измерений могут нормироваться не все вышеперечисленные метрологические характеристики, а только некоторые из них.
Для средств измерений, используемых только по отдельности, не подлежит нормиро- ванию статическая функция преобразования, выходной импеданс и неинформативные пара- метры выходного сигнала, поскольку эти характеристики не существенны для средств изме- рения данной группы. Однако для средств измерения, входящих в сложные измерительные комплексы, эти характеристики описывают эффекты их взаимодействия и поэтому должны нормироваться государственными стандартами. Можно не нормировать и случайную состав- ляющую суммарной погрешности, если она существенно меньше систематической, причем признак существенности должен устанавливаться стандартами технических требований для данного типа средств измерений.
Для используемых по отдельности средств измерений, точность которых заведомо пре- вышает требуемую точность измерений, нормируются только пределы
д допускаемого зна- чения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических ха-
Модуль 1.
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”
Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
30 рактеристик. Если же точность средств измерений соизмерима с требуемой точностью изме- рений, то необходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной погрешности и функции влияния. Только с их помощью можно найти суммарную погреш- ность в рабочих условиях применения средств измерений.
Динамические характеристики нормируются путем задания номинального дифферен- циального уравнения или передаточной, переходной или импульсной переходной функции для средств измерений, предназначенных для работы в комплексе с другими, например, в измерительных системах, или в форме графиков или таблиц номинальных амплитудно - и фазочастотных характеристик и времени установления показаний для всех прочих средств измерений. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамических характеристик от номинальных.
Класс точности — это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности регламентируются стандартами на отдельные виды средств измерения с использованием метрологических характеристик и способов их нормирования, изложенных выше.
Способы установления классов точности изложены в ГОСТ 8.401—80 «ГСП. Классы точности средств измерения. Общие требования». Стандарт не распространяется на средства измерений, для которых предусматриваются раздельные нормы на систематическую и слу- чайные составляющие, а также на средства измерений, для которых нормированы номиналь- ные функции влияния, а измерения проводятся без введения поправок на влияющие факто- ры. Классы точности не устанавливаются и на средства измерений, для которых существен- ное значение имеет динамическая погрешность.
Для остальных средств измерений обозначение классов точности вводится в зависимо- сти от способов задания пределов допускаемой основной погрешности.
Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности могут задаваться либо в ви- де одночленной формулы
=
a, либо в виде двухчленной формулы
=
(а+bх), где
и
х выражаются одновременно либо в единицах измеряемой или воспроизводимой мерой ве- личины, либо в делениях шкалы измерительного прибора.
Более предпочтительным является задание пределов допускаемых погрешностей в форме приведенной или относительной погрешности.
Пределы допускаемой приведенной основной погрешности нормируются в виде одно- членной формулы
=
/X
N
=
p, где число р выбирается из ряда р=1*10
n
; 1,5*10
n
; 2*10
n
;
2,5*10
n
; 4*10
n
; 5*10
n
; 6*10
n
(n=1; 0; —1; —2 и т. д.).
Пределы допускаемой относительной основной погрешности могут нормироваться ли- бо одночленной формулой
=
/x =
q, либо двухчленной формулой
=
/ x =
[c+d(
X
k
/X
-1)], где X
k
- конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизво- димой многозначной мерой величины, а постоянные числа q, c и d выбираются из того же ряда, что и число р.
В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной или относительной по- грешности можно нормировать по более сложным формулам или даже в форме графиков или таблиц в зависимости от значения измеряемой, входной или воспроизводимой мерой вели- чины.
Способ задания пределов допускаемой основной погрешности измерительных преобра- зователей и приборов определяется главным образом зависимостью погрешности от измеря- емой или соответственно входной величины.
Таким образом, в настоящее время существуют три способа нормирования основной погрешности измерительных приборов и преобразователей:
Модуль 1.
Хандамиров В.Л. Конспект по курсу “Метрология и радио измерения”
Все права принадлежат автору. Никакая часть содержимого конспекта не может быть воспроизведена или передана, в какой либо форме или какими-либо средствами без письменного согласия автора.
31 а) нормирование заданием пределов допускаемой основной абсолютной или приведен- ной погрешности ±
или ±
, постоянных во всем диапазоне измерения или преобразования; б) нормирование заданием пределов допускаемой основной абсолютной или относи- тельной погрешности ±
или ±
в функции измеряемой величины по формулам; в) нормирование заданием постоянных пределов допускаемой основной погрешности, различных для всего диапазона измерения и одного или нескольких нормированных участ- ков, или различных для разных диапазонов измерения (для многопредельных приборов).
Первый способ широко применяется для нормирования основной погрешности боль- шинства сравнительно узкопредельных стрелочных измерительных приборов, а также для измерительных преобразователей. Остальные два способа отвечают в большей степени усло- виям измерения, имеющим место при использовании широкопредельных приборов.
Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются относительной погрешностью по одночленной формуле, присваивают классы точности, вы- бираемые из ряда чисел р и равные соответствующим пределам в процентах. Так для сред- ства измерений с
= 0,002 класс точности обозначается .
Если пределы допускаемой основной относительной погрешности выражаются двухчленной формулой, то класс точности обозначается как c/d, где числа с и d выбираются из того же ряда, что и р, но записываются в процентах. Так, измерительный прибор класса точности 0,02/0,01 характеризуется пределами допускаемой основной относительной по- грешности
= ± [0,0002 +0,0001(
X
k
/X
-1)] = ± [0,02 +0,01(
X
k
/X
-1)]%.
Классы точности средств измерений, для которых пределы допускаемой основной при- веденной погрешности нормируются по формуле для
, обозначаются одной цифрой, выби- раемой из ряда для чисел р и выраженной в процентах. Если, например,
= ±0,005= ±0,5 %, то класс точности обозначается как 0,5 (без кружка), если нормирующее значение выражает- ся в единицах входной или выходной величины, или как , если нормирующее значение принято равным длине всей шкалы или длине какого-либо ее интервала.
Классы точности обозначаются римскими цифрами или буквами латинского алфавита для средств измерений, пределы допускаемой погрешности которых задаются в форме гра- фиков, таблиц или сложных функции входной, измеряемой или воспроизводимой величины.
К буквам при этом допускается присоединять индексы в виде арабской цифры. Чем меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Недостатком такого обозначения класса точности является его чисто услов- ный характер.
Наряду с основной погрешностью для средств измерений, поделенных на классы точ- ности, нормируются и пределы допускаемых дополнительных погрешностей в виде дольного или кратного значения основной погрешности раздельно для каждой влияющей величины.
Пределы допускаемых дополнительных погрешностей могут выражаться в соответ- ствии с ГОСТ 8.401—80 в форме постоянных значений для всей рабочей области влияющей величины или в виде постоянных значений по интервалам рабочей области; отношением предела допускаемой дополнительной погрешности к интервалу значений влияющей вели- чины; путем указания предельной функции влияния, то есть зависимости предела допускае- мой дополнительной погрешности от значения соответствующей влияющей величины.
Следует отметить, что никакое нормирование погрешностей средств измерений само по себе не может обеспечить единства измерений. Для достижения единства измерений необходима регламентация самих методик проведения измерений, чему посвящен ГОСТ
8.010—72 «Государственная система обеспечения единства измерений. Общие требования к стандартизации и аттестации методик проведения измерений». Последовательное внедрение
0,2 0,5