Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf

области применения. Под дополнительными погрешностями по­ нимают изменение показания прибора или сигнала на выходе преобразователя, возникающее при отклонении одной из влияю­ щих величин за пределы, установленные для нормального значе­ ния или для нормальной области значений. Они определяются для каждой влияющей величины при условии, что все остальные влияющие величины находятся в области нормальных условий. Так, например, температурная дополнительная погрешность в диапазоне ,+5 ... +40 град может быть указана в следующей форме:

Дополнительная погрешность при отклонении температуры от

(20 ± 2) град в диапазоне + 5 . . . + 4 0 град: 0,2%/10 град,

отнесенная к соответствующему значению измеряемой величины.

Следовательно, каждая дополнительная погрешность опреде­ ляется в предположении, что все прочие влияющие величины лежат в указанных выше «нормальных» пределах.

Основная погрешность включает все отклонения показаний прибора от истинного значения, которые обусловлены только измерительным прибором или методом измерения и возникают при нормальных условиях. Сюда относятся погрешность градуи­ ровки, нелинейность, гистерезис, погрешность делителя напря­ жения, погрешность отсчета, погрешность частотной характери­ стики, погрешность искажения формы питающего напряжения (отнесенная к форме измеряемой величины, но не напряжения питания), кабельный эффект, а в некоторых случаях и погреш­ ность утечки. Каждая же дополнительная погрешность отражает изменения показаний прибора, вызванные влиянием на измери­ тельный прибор условий окружающей среды.

Для рассматриваемых ниже приборов характерна зависи­ мость показания или градуировочного напряжения от темпера­ туры, давления воздуха (влажности воздуха), напряжения пи­ тания, частоты сети, а также от влияния вибраций, ударов и акустического давления. Для каждого отдельно взятого изме­ рительного преобразователя и вторичного электронного прибора влияние только одной из указанных выше величин на резуль­ тат измерения можно сделать пренебрежимо малым.

Кроме основной и дополнительной погрешностей, в особых случаях учитываются также ошибки третьей категории, пред­ ставляющие собой искажение измеряемой величины или допол­ нительную погрешность второго рода. Так, например, для вибра­ ционного измерительного преобразователя следует учитывать погрешность, возникающую в результате влияния самого изме­ рительного преобразователя на объект измерения (на котором он закреплен). Эта погрешность зависит от взаимного влияния между измерительным преобразователем и объектом измерения, от формы колебаний и места измерения (узел или пучность);

такой вид погрешности, очевидно, не входит в две первые кате­ гории, чем и оправдывается введение нового понятия. Третья категория погрешности — искажение измеряемой величины — должна учитываться в тех случаях, когда погрешность возникает только при одновременном воздействии многих внешних фак­ торов.

У электрических приборов для измерения механических ве­ личин, состоящих, как правило, из измерительного преобразова­ теля и вторичного электронного прибора, общую основную по­ грешность часто подразделяют на основную погрешность в огра­ ниченном диапазоне и основную погрешность в расширенном диапазоне измеряемой величины. Под диапазоном характеристик измеряемой величины понимают совокупность всех характери­ стик, которые относятся к измеряемой величине в ограниченном или расширенном рабочих диапазонах прибора (не путать с внешними влияющими величинами). Так, например, для аксе­ лерометра могут быть заданы «ограниченная основная погреш­ ность для частотного диапазона 20 Гц ... 2 кГц, амплитудного диапазона до 2000 м-с-2 и синусоидальной формы измеряемой величины» и «расширенная основная погрешность для частот­ ного диапазона 2 Гц ... 15 кГц, амплитудного диапазона до 10 000 м-с-2 и произвольной формы измеряемой величины».

Выше отмечалось, что основная погрешность измерительного прибора, состоящего из измерительного преобразователя и вто­ ричного электронного прибора, обусловливается целым рядом частично не зависящих друг от друга составляющих. Одни со­ ставляющие связаны с измерительным преобразователем, дру­ гие— с вторичным электронным прибором. Их часто можно определить с достаточной точностью в лабораторных условиях. Хотя составляющие основной погрешности для каждой отдель­ ной точки (погрешность частотной характеристики для каждого значения частоты, нелинейность для каждой отдельной регули­ ровки и т. д.) имеют определенные значения, в пределах задан­ ного рабочего диапазона прибора изменяются как их величины, так и знаки. К этому следует еще добавить разброс характе­ ристик в партии однотипных приборов. Составляющие основной погрешности можно поэтому задавать только в форме пределов погрешности, например «пределы погрешности нелинейности ±1% ». Арифметически суммируя абсолютные величины пре­ дельных значений всех составляющих основной погрешности

Fgi, Fg2, Fg3, ... , Fgn, получают максимальные пределы основ­

Внутри этих границ основная погрешность соответствует наи­ более неблагоприятной ситуации и во многих случаях создает искаженное представление о точностной характеристике изме­ рительного прибора.

В случае когда основная погрешность имеет большое число независимых составляющих, практически трудно себе предста­ вить, чтобы все эти составляющие одновременно имели макси­ мальные значения и были одного знака. Поэтому для получения реальных результатов при числе составляющих основной по­ грешности более трех принято суммировать предельные значе­ ния погрешностей геометрически (квадратично). При этом про­ исходит лишь кажущееся нарушение требования линейного сум­ мирования систематических погрешностей, так как здесь речь идет о пределах погрешностей, в то время как в законе сумми­ рования погрешностей имеются в виду действительные значе­ ния погрешностей измерения. Поэтому представляется вполне оправданным рассматривать пределы систематической погреш­ ности как случайные погрешности. В соответствии с этим мы получаем эффективные пределы основной погрешности

(3.14)

При указании погрешности должно быть отмечено, каким сум­ мированием— линейным или квадратичным — она определена.

Рассмотренные оценки можно проиллюстрировать на примере силоизмерительного устройства. Последнее состоит из динамо­ метра модели KWH 100 на полупроводниковых тензорезисторах и промежуточного преобразователя HLS 101. В качестве пока­ зывающего прибора может быть применен либо электронный компенсационный указатель еКА, либо цифровой вольтметр мо­ дели 4014. В табл. 3.1 представлены предельные значения со­ ставляющих основной погрешности отдельных элементов устрой­ ства и эффективные и максимальные пределы основной погреш­ ности всего устройства.

При «сквозной» механической градуировке динамометра на результат измерения влияют только те составляющие основной погрешности, которые определяются погрешностью нелинейно­ сти и гистерезиса (погрешностью ползучести, которая связана с изменением отношения AR/R тензорезисторов во времени при постоянной действующей силе, при данном рассмотрении можно пренебречь). В этом случае по отношению к вторичному элек­ тронному прибору изменения напряжения питания (для уста­ новки градуировочного значения) и напряжения компенсации (для установки нулевой точки) проявляются как составляющие основной погрешности. К этому добавляется погрешность,