- •ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И МЕТРОЛОГИИ
- •СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
- •Погрешности измерений и средств измерений
- •▲НАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
- •Магнитоэлектрические приборы
- •Электромагнитные приборы
- •Электродинамические приборы
- •Электростатические приборы
- •Индукционные приборы
- •ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
- •АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
- •ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
- •Структура микропроцессорного прибора
- •Микропроцессор
- •ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
- •Ф = arcsin {уо!В).
Глава 2
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ
Средства измерения весьма разнообразны по назначению, прин ципу действия, метрологическим характеристикам и другим пара метрам. Рассмотрим наиболее общие из них.
По метрологическому назначению средства измерений делят на образцовые и рабочие.
Образцовыми называются средства измерений, служащие для поверки других средств измерений и официально утвержденные в- качестве образцовых.
Рабочими называются средства измерений, используемые для вы полнения различных измерений, но не служащие для поверки дру гих средств измерений.
Образцовые и рабочие средства измерений аттестуют и поверяют с помощью других, более точных образцовых средств соответствую щего разряда, согласно схеме передачи размеров единиц, приведен ной на рис. 1.
Рис. 1. Схема передачи размера единиц
По функциональному назначению средства измерений подразде ляют на измерительные приборы и измерительные преобразователи.
Соответственно форме представления измерительной информа ции, содержащейся в выходных сигналах, измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые.
Аналоговым называется прибор, информативный параметр вы ходного сигнала которого является физическим аналогом измеряе мой величины (информативного параметра входного сигнала). На пример, перемещение подвижной рамки электромеханического вольтметра — аналог измеряемого напряжения.
Цифровым называется прибор, у которого выходной сигнал со держит информацию о значении измеряемой величины, закодирован ную в цифровой форме.
Аналоговые измерительные приборы по виду отсчетного устрой ства делят на показывающие и регистрирующие, а в зависимости от вида информативного параметра — на интегрирующие и суммирую щие.
Показывающим называется прибор, допускающий только считы вание показаний (с помощью подвижного указателя и неподвижной шкалы или неподвижного указателя и подвижной шкалы).
Регистрирующим называется прибор, в котором предусмотрена автоматическая фиксация измерительной информации. В регистри рующих приборах результат измерения представляется в форме за писи на диаграмме (одноточечные самопишущие приборы) или пе чатью в цифровой форме (печатающие аналоговые многоточечные приборы, одно-, многоточечные цифровые приборы).
Интегрирующим называется прибор, в котором входная величина интегрируется по времени или по другой независимой переменной (счетчик электрической энергии, например, интегрирует мощность по времени).
Суммирующим называется прибор, показания которого функ ционально связаны с суммой двух и более величин, подводимых к нему по разным каналам связи.
Классификация средств измерения по измеряемой величине отра жается в наименовании прибора (вольтметр, частотомер и т. п.).
Комбинированными (мультиметрами) называются измеритель ные приборы, позволяющие измерять две (и более) разноименные величины, а приборы, работающие как на постоянном, так и пере менном токе — универсальными.
2.2. СТРУКТУРА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Каждое средство измерений представляет собой некоторое тех ническое устройство определенной структуры. Совокупность всех надлежаще соединенных элементов средства измерений называют его измерительной цепью.
Для графического изображения измерительных цепей средств измерений применяют структурные или принципиальные схемы. Условные обозначения элементов средств измерений, используемые для структурных и принципиальных схем, приведены в табл. 2 прил.
Структурной схемой измерительной цепи средства измерений на зывается схема, отображающая ее основные функциональные час ти (структурные элементы), их назначение и взаимосвязи.
Принципиальной схемой называется схема, отображающая пол ный состав элементов измерительной цепи, их взаимосвязь и дающая представление о принципе действия средства измерений.
Структурные элементы схемы измерительной цепи могут быть сое динены последовательно, параллельно, встречно-параллельно (ох ват элементов обратной связью) и смешанно. Способы соединения оп ределяют метод измерительного преобразования: прямого, уравнове шивающего и комбинированного.
При прямом преобразовании (рис. 2, а) передача измерительной информации осуществляется только в одном направлении — от вхо да к выходу.
Уравновешивающее преобразование заключается в том, что вход ная величина уравновешивается другой одноименной величиной (охват всей измерительной цепи обратной связью, рис. 2, б).
При комбинированном преобразовании обратной связью охваты вается часть цепи прямого преобразования (рис. 2, в).
Обобщенная структурная схема прибора (рис. 2, а) состоит из чувствительного элемента ЧЭ, измерительного преобразователя, из мерительного механизма ИМ и отсчетного устройства ОУ
Чувствительный элемент прибора — часть (первого в измери тельной цепи) преобразовательного элемента, находящаяся под непо средственным воздействием измеряемой величины х.
Измерительный преобразователь служит для преобразования из меряемой электрической величины х в некоторую промежуточную ве личину хи функционально связанную с величиной х (делители, шун ты и т. п.).
Прямая сбязь
Рис. 2 Структурные схемы аналоговых н цифрового приборов
Измерительный механизм предназначен для преобразования электромагнитной энергии величины хх в механическую, необходи мую для перемещения его подвижной части на угол а.
Отсчетное устройство служит для получения отсчета значений измеряемой величины и состоит из шкалы и указателя (стрелочного или светового).
Вприборах уравновешивания (рис. 2, 6) измеряемая величина х
вустройстве сравнения уравновешивается выходной величиной х0'Сцепи обратной связи.
Схема на рис. 2, в отличается от схемы на рис. 2, б лишь тем, что
обратной связью охвачена только часть измерительной цепи, дру гая ее часть соединяется последовательно с первой. Обобщенная структурная схема цифрового измерительного прибора (ЦИП) при ведена на рис. 2, г. В состав ЦИП входят: аналоговый преобразова тель, аналого-цифровой преобразователь АЦП, вычислительное уст ройство СР, устройство управления СО и устройство индикации [13].
Аналоговый преобразователь применяется для преобразования аналогового сигнала в другой аналоговый сигнал, удобный для пре образования в аналого-цифровом преобразователе в цифровой код. Цифровой сигнал хг после обработки в вычислительном устройстве поступает в устройство индикации, где после дешифрации высвечива ется в виде цифр десятичного кода. Управление работой всех эле ментов ЦИП и задание алгоритма измерения осуществляется устрой ством управления. В современных ЦИП функции устройства управ ления выполняет микропроцессор.
Информация об измеряемой величине с устройства индикации мо жет поступать к цифропечатающему устройству (ЦПУ) или ЭВМ.
2.3. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Два основных вида измерительных приборов — приборы непо средственного оценивания и приборы сравнения — соответствуют двум основным методам измерений, носящим те же названия.
К приборам непосредственного оценивания относятся приборы прямого преобразования, образующие группу электромеханических приборов. С целью повышения чувствительности приборов и расши рения диапазона измерений измерительная цепь некоторых элект ромеханических приборов содержит электронную цепь (электрон ный усилитель). Такие приборы называются электронными.
В зависимости от принципа действия измерительного механизма электромеханические приборы делят на следующие системы: маг нитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, элект ростатическая, индукционная. В измерительном механизме приборов перечисленных систем электрическая энергия преобразуется в ме ханическую энергию перемещения подвижных частей.
Вращающий момент, возникающий в приборе под действием изме ряемой величины, поворачивает подвижную часть в сторону возрас
тающих показаний. Для электромеханических приборов может быть записано общее выражение вращающего момента, являющееся уравнением динамики системы:
|
|
Mnv = dA!da = dWjdat |
(1) |
|
где |
dWz —изменение энергии |
электромагнитного поля, |
необходи |
|
мое, для |
выполнения работы дА |
по перемещению подвижной части |
||
на |
угол |
да. |
|
|
|
Для того чтобы угол поворота а подвижной части был однозначно |
|||
связан со значением измеряемой величины, в приборе при повороте
подвижной части |
создается противодействующий |
момент, направ |
ленный навстречу |
вращающему и зависящий от |
угла поворота: |
|
Мпр = та, |
(2) |
где т — удельный противодействующий момент.
При установившемся равновесии вращающий и противодейству
ющий моменты равны между собой, т. е. |
|
М вР = М„р. |
(3) |
Выражение (3) является основным уравнением, характеризующим свойства различных электромеханических приборов.
Способ установки подвижной части прибора (на опорах, растяж ках и подвесе) определяется выбором элементов, создающих проти водействующий момент.
Опоры (рис. 3, а) состоят из наконечников 1 в виде кернов, за прессованных в буксу 2, к которой приклеивается подвижная часть 3 (рамка). Керн устанавливается между агатовыми, рубиновыми, бронзовыми или корундовыми камнями 4, завальцованными в вин ты 5, укрепленными в неподвижной части 6 измерительного меха-
Рис. 3. Схема установки |
а) |
измерительного механизма: |
ч |
а — на опорах; б — на растяжках |
низма. Наличие винтов позволяет установить необходимый зазор между керном и камнем. Недостатками установки подвижной части на опорах являются: погрешности, обусловленные трением; сниже ние надежности при воздействиях на прибор ударов, вибраций; боль шая потребляемая мощность и, следовательно, низкая чувствитель ность. При креплении подвижной части на растяжках (рис. 3, б) эти недостатки в значительной степени могут быть уменьшены.
Растяжки 8 одним концом припаивают к наконечникам 1, кото рыми заканчиваются буксы 2, а другим — к плоским пружинам 10, выполненным из бериллиевой бронзы и служащим для создания необходимого натяжения растяжек. Во избежание обрыва растяжек предусмотрены ограничители 7 и 9. К буксам 2 приклеивается рам ка 5. Подвес, подобно растяжке, представляет собой тонкую упру гую нить, на которой свободно подвешивается подвижная часть. Способ установки на подвесках применяют в приборах наибольшей чувствительности.
У механизмов, подвижная часть которых закрепляется на опо рах, противодействующий момент создается с помощью спиральных пружинок, при установке подвижной части на растяжках и подве сах — за счет упругих свойств растяжек и подвесок.
При работе прибора в динамическом режиме, т. е. при перемеще нии указателя прибора по шкале, возникают моменты, обусловлен ные инерционностью подвижной части, сопротивлением окружающей среды и т. п. Для ускорения процесса достижения равновесия под вижной части в приборах создают момент успокоения. С этой целью в измерительный механизм вводится успокоитель: воздушный, жид костный или магнитоиндукционный.
На рис. 4, а показан воздушный успокоитель крыльчатого типа. Он состоит из алюминиевого крыла 1, жестко закрепленного на оси 2 и находящегося внутри камеры 3. За счет разности давлений возду-
Рис. 4. Успокоители:
а — воздушный; 6 —магяитонндукционный
Рис. 5. Конструктивная схе ма измерительного меха низма
ха, создаваемой по обе стороны крыла при его перемещении, возни* кпет момент успокоения, препятствующий свободному перемещению аодвижной части и вызывающий ее быстрое успокоение.
Магнитоиндукционный успокоитель (рис. 4, 6) состоит из алюми ниевого крыла 1, укрепленного на оси 2 прибора и расположенного в поле постоянного магнита 4. При движении крыла в магнитном по ле в крыле индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых
сполем постоянного магнита создает момент успокоения.
Вжидкостном успокоителе момент создается в результате пере мещения поршня в цилиндре, заполненном кремнийорганической жидкостью. Жидкостные успокоители принципиально не отлича ются от воздушных.
На рис. 5 показаны общие конструктивные элементы электро механического прибора. На оси /, заканчивающейся кернами 6, укрепляется указатель 4, один конец противодействующей пружины 3 и рабочий элемент 5 (рамка, стальной сердечник, катушка — в за висимости от системы прибора). Второй конец пружины крепится на поводке 2 корректора нуля.
На начальную отметку шкалы указатель устанавливают враще нием винта 9, выведенного на переднюю панель прибора. Грузики 8 предназначены для уравновешивания подвижной части относитель но оси вращения, для этого ее центр масс совмещают с осью. К оси 1 крепится также крыло 7 (или поршень) успокоителя.
Для отсчета показаний в аналоговых приборах служит отсчетное устройство, в цифровых — устройство индикации.
Отсчетное устройство состоит из стрелочного указателя и шкалы (для показывающих приборов) или из шкалы, стрелочного указа теля, пера либо печатающей каретки, механически связанных с ука зателем, и диаграммы (для регистрирующих приборов). В приборах
смалым вращающим моментом применяется световой указатель.
Нижний предел |
|
|
Отметки |
Верхний предел |
|
измерений |
|
|
шкалы |
измерений |
|
\ |
|
|
Р |
|
/ |
20 |
3 0 / |
и 0 \ 5 0 |
60 70 80 90 100/ |
|
|
|
|
||||
Начальное |
I |
M I |
1и I |
11 1ll-1-i-t |
Конечное |
значение |
значение |
||||
Деление шкалы Диапазон измерений Диапазон показаний
Рис. 6. Шкала измерительного прибора
Шкала представляет собой совокупность отметок и проставлен ных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответ ствующих ряду последовательных значений величины, в единицах которой получают показание средства измерений. Отметки шкалы, у которых проставлены числовые значения, называются числовыми. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется
делением шкалы.
Цена деления шкалы — разность значений величины, соответст вующих двум соседним отметкам шкалы. Шкала с постоянными де лениями и постоянной ценой деления называется равномерной.
Показанием средства измерений называется значение измеряе мой величины, определяемое по отсчетному устройству и выражен ное в принятых единицах измеряемой величины. Наименьшее и наи большее значения измеряемой величины, указанные на шкале, назы ваются соответственно начальным и конечным значениями шкалы. Область значений, ограниченная начальным и конечным значениями
шкалы, называется диапазоном показаний. |
|
|
|
|
||||||
Часть диапазона показаний, |
для которой нормированы пределы |
|||||||||
допускаемых погрешностей средства измерений, называется |
диапа |
|||||||||
|
|
|
|
|
зоном |
|
измерений. |
Наимень |
||
|
|
|
— т |
шее и наибольшее |
значение |
|||||
о 50 |
юо |
150 |
диапазона измерений |
назы |
||||||
■ 120 |
||||||||||
вается |
соответственно ниж |
|||||||||
М |
■ I |
|
- юо |
|||||||
*) |
ним |
и |
верхним |
пределами |
||||||
|
|
- |
во |
измерений. На рис. 6 изобра |
||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
- |
60 |
жена |
шкала измерительного |
||||
|
|
|
- ио |
прибора. |
|
|
||||
- 20
б)
Рис. 7. Виды шкал:
а — профильная, горизонтальная, односторон няя, неравномерная; б —- профильная, верти кальная, безнулевая, равномерная; в —угло вая, двусторонняя, равномерная
Шкалы бывают односто ронними, двусторонними и безнулевыми. В односторон них шкалах один из пределов измерения равен нулю (О
100 В;50 0 Па), в дву сторонних нулевое значение расположено на шкале (—50...
20 W 60 80 100 120
|
I I I |
■I ■I |
> I ■ |
|
||
|
3 |
\\ |
|
|
о |
|
|
3 |
L;1 |
|
|
||
0 |
3 |
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
2 |
) |
|
о |
|
|
г |
г |
Г |
|
||
|
|
о |
||||
0 |
3 |
2 |
г |
|
||
г |
о , |
|||||
|
3 |
2 |
||||
|
|
1 , |
||||
0 — |
|
|
||||
3 |
2 |
|
f |
"о |
||
|
3 |
2 |
|
о |
||
|
|
1 |
||||
0 |
т |
2 — |
|
о |
||
|
1 |
|||||
|
3 |
|
||||
|
1 |
1 |
|
|||
|
3 |
|
о |
|||
0 |
2 - |
|
||||
|
|
|
о |
|||
|
\3 |
2 |
1 |
|
||
|
|
|
||||
|
|
6) |
|
|
|
|
Рис. 8. Отсчетное устройство регистрирующего прибора:
а — одноточечного; б — многоточечного
О |
+100°С; — 5 ... 0... + |
5 В), в безнулевых — нулевое значение |
на шкале отсутствует (10 |
50 мА). |
|
По начертанию различают шкалы прямолинейные (профильные) и угловые. На рис. 7 показаны некоторые виды шкал.
Рабочие измерительные приборы имеют обычную (незеркальную) шкалу и копьевидный стрелочный указатель. Образцовые приборы, как правило, снабжаются ножевидным стрелочным указателем и зеркальной шкалой.
Отсчетное устройство регистрирующего прибора изображено на рис. 8. Оно состоит из шкалы /, стрелочного указателя 2, пера (или печатающей каретки) 3 и диаграммы 4. Регистрация показаний осу ществляется в виде сплошной линии 5, вычерчиваемой пером на ди аграмме (рис. 8, а) либо в виде цифр 5, выпечатываемых кареткой (рис. 8, б). Каретка 3 через определенный интервал времени, в тече ние которого к прибору подключается одна из измеряемых величин, проворачивается и прижимается к диаграмме, оставляя на ней от тиск цифры, номер которой соответствует номеру измеряемой вели чины.
Отсчетное устройство приборов со световым указателем показано на рис. 9. Луч света от лампы 4 проходит через оптическую систему линз 5, 8 и диафрагму 7, теневая линия 6 (волосок) которой после от ражения от зеркала 9, укрепленного на подвижной части (рамке 1) прибора, проецируется на шкалу 2. Часть шкалы 3, на которую про ецируется тень волоска 6, выполнена из молочного стекла, и на ней хорошо просматривается проекция волоска, служащая указателем прибора. При повороте зеркальца вместе с рамкой указатель пере мещается вдоль шкалы.
В цифровых измерительных приборах получили распростране ние следующие устройства индикации: газоразрядные, светодиодные и на жидких кристаллах 151.
Цифровая газоразрядная лампа имеет десять проволочных като дов в форме цифр от 0 до 9 или других знаков (+ , —, V, Ом и др.),
Рис. 9. Световой указатель |
Рис. 10. Цифровые индикаторы: |
|
а — светодиодный: б — на жидких кристаллах |
расположенных один за другим, и аноды. При наличии напряжения между анодом и одним из катодов вокруг последнего появляется яркое свечение, имеющее форму соответствующей цифры или знака на стеклянном торце лампы. Число ламп соответствует числу деся тичных разрядов устройства индикации.
В цифровых приборах со светодиодами цифры образуются из то чечных или штриховых сегментов. Световое излучение возбуждает ся в результате полупроводникового эффекта, заключающегося в перемещении носителей зарядов (электронов и дырок) с одного энергетического уровня на другой и обратно. Перемещение носите лей зарядов сопровождается рекомбинацией электронов и дырок, при которой часть энергии отдается в виде излучения.
На рис. 10, а показан цифровой индикатор со штриховыми сег ментами. Подключение тех или иных, в зависимости от требуемой цифры, сегментов осуществляется кодовым преобразователем.
В индикаторах с жидкими кристаллами используются соедине ния углерода и кислорода, имеющие при температуре ниже опреде ленной критической форму кристаллов, а при температуре выше кри тической, переходящих в жидкое состояние. В индикаторах исполь зуются нематические (нитевидные) жидкие кристаллы. На рис. 10, б показана принципиальная схема устройства жидкокристалличе ской ячейки. Ячейка состоит из двух параллельных стеклянных пластинок I, между которыми помещено жидкокристаллическое ве щество 3. Внутренняя поверхность пластин покрыта токопроводя щим слоем 2. При отсутствии напряжения на обкладках 2 ячейка прозрачна. Если к обкладкам приложить напряжение, то молеку лы вещества 3 ориентируются относительно электрического поля (вдоль или поперек), а возникающий поток ионов стремится нару шить эту ориентацию, что визуально воспринимается как помутне ние отдельных участков ячейки. Конфигурация темных участков (форма цифры или другого знака) определяется приложенным на пряжением, значение которого устанавливается кодовым преобразо
вателем в зависимости от значения измеряемой величины на входе преобразователя. Возбуждение световой эмиссии начинается, как только на ячейку попадает свет.
В цифровых и микропроцессорных измерительных приборах ши роко распространены ЦПУ По способу получения изображаемых знаков различают механические и немеханические ЦПУ [7]. В груп пе механических ЦПУ процесс печатания информации основан на создании механическим путем ударного давления между печатаю щим органом и носителем информации — бумагой. Процесс перенесе ния знаков с печатающего органа на бумагу может быть организо ван двумя способами.
При первом способе используются ударные печатающие органы, представляющие собой рычаги с выпуклыми контурами знаков (ли терами). Между рычагами и бумагой, лежащей на опорной поверх ности, помещается красящая лента; при ударе рычага по бумаге на нее переносится краска ленты по контуру знака. Этот вариант реа лизован в электрифицированных пишущих машинках. Перемещение каждого рычага осуществляется соответствующим электромагнитом, управляемым специальным электронным блоком (транскриптором), воспринимающим код регистрируемой информации. Быстродейст вие печатающих машинок — до 900 знаков в минуту.
Второй способ характерен тем, что литероноситель представляет собой знаковый барабан, состоящий из ряда однотипных знаковых колес. На поверхности каждого знакового колеса по его окружности нанесены литеры. При работе ЦПУ барабан вращается вокруг своей оси. Красящая лента, разделяющая литероноситель и бумагу, за крепляется у поверхности барабана вдоль строки знаков. Для каж дого знакового колеса предусматривается свой печатающий молото чек. Бумажная лента передвигается прерывисто специальным меха низмом. Молоточки приводятся в действие с помощью электромаг нитов, управляемых электронным блоком под воздействием регист рируемого сигнала. Во время рабочего цикла, когда знаковый бара- 6 a iH делает оборот, бумага неподвижна. Максимальная скорость пе чатания барабанных ЦПУ — не менее 30 строк в секунду при числе знаков в строке, равном 16.
Механические ЦПУ не отличаются высокой надежностью и, кро ме того, создают при работе значительный по уровню шум.
Из немеханических ЦПУ наиболее перспективными являются электротермические, в которых используется изменение цвета бумаги при ее контакте с электронагреваемой до 80 100 °С термопеча тающей головкой (ТПГ), являющейся литероносителем. Достиже ния в области микроэлектроники позволили создать нагревательные элементы малого размера и строить их на основе термопечатающей головки с управлением от больших интегральных схем (БИС).
Термопечатающие головки по способу образования знака делятся на два класса: сегментные, формирующие знаки комбинацией сег ментов, и точечные, воспроизводящие знаки комбинацией точек.
Как правило, ТПГ находится в постоянном контакте с термочувст вительной бумагой с фиксированным усилием прижима. Поэтому в электротермических печатающих устройствах число механических подвижных узлов, задача которых сводится только к транспортиро ванию бумаги минимально, а все остальное управление обеспечива ется электронными схемами устройства управления прибора. Электротермические ЦПУ позволяют печатать до 160 знаков в секунду.
2.4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерения — процесс, итогом которого является результат из мерения. Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.
Основными характеристиками качества результата измерения являются точность и достоверность, т. е. степень доверия, которые результат заслуживает. Стремясь повысить точность результата из мерения, стараются уменьшить его погрешность и тем самым как можно больше приблизиться к истинному значению измеряемой ве личины. Пути повышения точности сложны, дорогостоящи, трудо емки и требуют длительного времени. Поэтому уровень точности, к которому следует стремиться, определяется критерием целесооб разности, зависящим от конкретных условий и цели измерения.
Из всего множества критериев целесообразности метрология для средств измерений нормирует следующие метрологические характеристики, от кото рых зависят точность и достоверность измерений [3, 8, 13]:
номинальную статическую характеристику преобразования измеритель ного устройства;
динамические характеристики средств измерений; характеристики суммарной или систематической и случайной составляю
щих погрешности средств измерений; вариацию показаний измерительного прибора и сигнала измерительного
преобразователя; входное сопротивление измерительного устройства;
цену деления равномерной шкалы, минимальную цену деления неравно мерной шкалы и пределы шкалы измерительного прибора;
характеристики выходного кода цифровых средств измерений; неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преоб
разователя и меры; функции влияния как зависимости изменений метрологических характе
ристик средств измерений от влияющих величин или неинформативных пара метров входного сигнала;
характеристики погрешности средств измерений в интервале изменений влияющей величины или неинформативного параметра входного сигнала; наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик, вы званные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных пара
метров входного сигнала.
Нормирование прочих метрологических характеристик подчинено нор мированию характеристик средств измерений, их погрешностей, которое осуществляется с подразделением погрешности А средства измерений на си-
о
стематическую А, и случайную А составляющие или без подразделения.
Для систематической составляющей Д8 нормируют значения математиче ского ожидания М (Д8) и среднего квадратического отклонения о[Д8]. Норми-
руемыми |
характеристиками |
случайной составляющей |
э |
Д являются: среднее |
|||
квадратическое отклонение |
о |
автокорреляционная |
|
а [Д], нормализованная |
|||
функция |
га (т) или функция спектральной плотности S 0((o) случайной состав- |
||
ляющей |
д |
д |
|
погрешности. |
|
|
|
о
Для погрешности Д (без подразделения на Д8 и Д) средств измерений нор мируемые характеристики те же, что и для погрешности Д8.
Статические характеристики средств измерений соответствуют статичес кому режиму применения средств измерений, при котором измеряемая вели чина не зависит от времени, а длительность преобразования достаточная для затухания переходных процессов в измерительной цепи.
Связь между информативным параметром х входного сигнала и информа тивным параметром у выходного сигнала выражается функцией преобразова
ния |
У = [ ( х ) . |
(4) |
|
||
Средству |
измерений присваивается |
номинальная функция преобразова |
ния |
|
|
|
= |
(5) |
называемая |
градуировочной характеристикой. |
|
На основании зависимостей (4) и (5) определяют коэффициенты преобра зования
К — ylx и Ksf = ysf/x,
причем /(8;-= const только тогда, когда зависимость (5) линейная и проходит через начало системы координат.
Производная от функции преобразования |
|
|
S = dy/dx = |
f'(x) |
(6> |
или в конечных приращениях |
|
|
S |
— AylAx |
(7) |
называется чувствительностью средства измерений. |
|
|
Номинальная чувствительность |
|
|
S*f (X) = k y silbx. |
( 8) |
|
Размерность чувствительности определяется отношением размерностей выходной и входной величин.