Лабораторная работа № 2
по дисциплине «Управление, сертификация и инноватика
(Метрология, стандартизация и сертификация)»
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Метрологические характеристики средств измерения
2. Классы точности средств измерений
Контрольные вопросы
Варианты задач
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Законспектировать:
Ответить на все контрольные вопросы, приведенные в конце лабораторной работы.
Знать:
Метрологические характеристики средств измерений; группы МХ; функциональную структуру МХ; метрологическую аттестацию; поверку.
Классы точности средств измерений
Решить:
индивидуально каждый студент должен решить все варианты задач.
Оформление отчета:
отчет выполняется индивидуально каждым студентом в отдельной тетрадке рукописным способом. Тетрадь начинается с титульного листа, где указаны ФИО студента и группа. Отчет по лабораторной работе начинается с названия и даты выполнения.
1. Метрологические характеристики средств измерения
Результаты измерений можно использовать только в том случае, если оценена точность, правильность, сходимость, воспроизводимость измерений, т. е. должно быть определено числовое значение погрешности измерений, составной частью которой является погрешность средств измерений.
Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики свойств средств измерений, оказывающих влияние на результаты и погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчётной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.
В соответствии с ГОСТ 8.009-84 «Нормируемые характеристики средств измерений» нормируемые метрологические характеристики (МХ) должны:
- давать исчерпывающую характеристику всех метрологических свойств средств измерений;
- отражать определённые физические свойства средств измерений;
- служить основой для расчёта некоторых производных характеристик, соответствующих различным критериям сравнения средств измерения между собой;
- легко контролироваться.
Заметим, что метрологические характеристики (МХ), установленные выше указанным стандартом, являются составной частью исходной информации:
- для определения результатов измерений;
- определения расчётной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности, измерений;
- расчёта МХ каналов измерительных систем, состоящих из средств измерений с нормированными МХ;
- оптимального выбора средств измерений, а также для использования в качестве характеристик при контроле средств измерений на соответствие установленным нормам.
В соответствии с ГОСТ 8.009-84 выделяют следующие группы МХ:
1) характеристики, предназначенные для определения результатов измерений;
2) характеристики погрешностей средств измерений;
3) динамические характеристики средств измерений;
4) характеристики средств измерений, отражающие их влияние на инструментальную составляющую погрешности измерений;
5) неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений.
Функциональная структура нормируемых метрологических характеристик представлена на рис. 1.
Рассмотрим подробнее каждую из составляющих номенклатуры нормируемых метрологических характеристик.
1. Характеристики для определения результатов измерений:
функция преобразования измерительного преобразователя или измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, градуированной в единицах, отличных от единиц входной величины – f(х).
Функция преобразования измерительного прибора f(х)(градуировочная характеристика, уравнение преобразования) – это зависимость между выходными сигналами ИП (Y) и его входными сигналами (Х) –Y =F(Х).
Функция преобразования, которую должен иметь измерительный прибор при определённых условиях внешней среды и неизменных или медленно изменяющихся значениях входного сигнала, называется номинальной статической характеристикой преобразования. Эта функция может быть представлена аналитически, графически или в табличной форме.
Идеальная функция преобразования должна быть линейной. Для определения результатов измерений можно использовать также:
- значение однозначной или значение многозначной меры – Y;
- цену деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры. (Цена деления шкалы аналогового измерительного прибора - это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы:
С=1/S =Х/Y,
где Sэто чувствительность измерительного прибора.)
- вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений для случая выдачи результатов в цифровой форме (в цифровом коде).
2. Характеристики погрешностей средств измерений:
- характеристики систематической составляющей погрешности (s);
- характеристики случайной составляющей погрешности ();
Систематическая составляющая погрешности средств измерений может быть охарактеризована с помощью:
- значения систематической составляющей s ;
- математического ожидания M [s];
- среднего квадратического отклонения [s] систематической составляющей погрешности измерений.
При этом систематическая составляющая погрешности средств измерений рассматривается как случайная величина на множестве средств измерений данного типа.
Характеристиками случайной составляющей погрешности средств измерений являются:
- среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности измерений;
- нормализованная автокорреляционная функция() или функцияспектральной плотности () случайной составляющей погрешности.
Характеристикой случайной составляющей погрешности является также погрешность от гистерезиса н - вариация Н выходного сигнала (показаний) средства измерений.
Характеристика погрешности средств измерений - значение погрешности. Погрешность средства измерений рассматривается как случайная величина на множестве средств измерений данного вида или типа.
3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. К ним относят:
- функцию влияния ();
- изменение значений метрологических характеристик () средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах. Здесь () - коэффициент влияния.
4. Динамические характеристики средств измерений:
- переходные характеристики средств измерений - h(t);
- импульсные переходные - g(t);
- амплитудно-фазовые - G(j);
- амплитудно-частотные - ();
- совокупность амплитудно-частотных и фазо- частотных характеристик;
- передаточные функции средств измерений - W(P).
Перечисленные выше динамические характеристики называют полными. Кроме них, выделяют еще частные характеристики. К частным динамическим характеристикам относят любые параметры полных динамических характеристик:
- время реакции, tr;
- коэффициент демпфирования, dam
- постоянную времени, Т;
- значение амплитудно-частотной характеристики резонансной частоте, (0);
- значение резонансной круговой частоты, 0 .
Частные динамические характеристики аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых измерительных приборов (ЦИП), время реакции которых не превышает интервала времени между двумя измерениями, соответствующими максимальной частоте (скорости) измерений:
- время реакции, tr;
- погрешность датирования отсчета,td;
- максимальная частота (скорость) измерений, fmax.
Для цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) частными характеристиками принято считать:
- время реакции преобразователя, tr;
- переходную характеристику преобразователя, h(t).
5. Характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности средств измерений вследствие взаимодействия с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких, как объект измерений, средство измерений и т. п.).
6. Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений - это параметры выходного сигнала, не используемые для передачи или индикации значения информативного параметра входного сигнала измерительного преобразователя или не являющиеся выходной величиной меры.
Метрологические характеристики являются показателями качества и технического уровня всех без исключения средств измерения. Для определения MX у конкретных средств измерений они должны пройти метрологическую аттестацию.
Метрологической аттестацией называется всестороннее исследование средств измерений, выполняемое метрологической службой для определения метрологических свойств этого средства измерений, и выдача документа с указанием полученных данных.
Процедура эта длительная, дорогая, целесообразность которой в каждом конкретном случае должна быть обоснована. Обычно пользуются сведениями о MX, содержащихся в нормативно-технической документации на средства измерений.
В этих документах приводятся нормы, которым должны удовлетворять метрологические характеристики всех серийно выпускаемых средств измерений данного типа. Соответствие этим требованиям (нормам) MX каждого отдельного экземпляра средств измерений должно проверяться.
Проверка метрологической службой или специально уполномоченным на то лицом соответствия MX нормам и установление на этой основе пригодности средств измерений к применению называют поверкой. Применение не прошедших поверки средств измерений запрещено законом.