Раздел 2. Метрологические характеристики средств измерения

Метрологические характеристики - характеристики СИ, влияющие на результаты и погрешности измерений. От того насколько они точно будут выдержаны при изготовлении, насколько они будут стабильны при эксплуатации, зависит точность результатов, получаемая с помощью СИ.

К статистическим метрологическим характеристикам СИ относятся:

- функция преобразования,

- чувствительность

- цена деления шкалы

- порог чувствительности

- диапазон измерений

- диапазон показаний

- вариации выходного сигнала

- вариации входного сигнала

- погрешность СИ.

Функция преобразования (статическая характеристика преобразования) - функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов средства измерений:

α = F(x)

Функцию преобразования, принимаемую для средства измерения (типа) и устанавливаемую в научно-технической документации на данное средство (тип), называют номинальной функцией преобразования средства (типа). Номинальная статическая характеристика преобразования позволяет рассчитать значение входной величины по значению выходной. Она может задаваться аналитически, таблично или графически.

Чувствительность средства измерений - отношение приращения выходного сигнала Dy средства измерений к вызвавшему это приращение изменению входного сигнала Dx.

При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от X, при линейной характеристике чувствительность постоянна и определяется как S=Y/X.

У измерительных приборов при постоянной чувствительности шкала равномерная, т.е. расстояние между делениями шкалы одинаковое.

Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления. В приборах с неравномерной шкалой цена деления может быть разной на разных участках шкалы и в этом случае нормируется минимальная цена деления. Цена деления шкалы прибора может быть определена через его абсолютную чувствительность и равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы прибора (постоянная прибора):

Порог чувствительности это наименьшее изменение входной величины, обнаруживаемое с помощью данного средства измерений. Порог чувствительности выражают в единицах входной величины.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Диапазон измерений ограничивается наибольшим и наименьшим своими значениями. С целью повышения точности измерений диапазон измерений средства 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.

Диапазон показаний - о бласть значений шкалы, ограниченная начальными и конечными значениями шкалы. Для средства измерений, выдающих результаты измерений в цифровом коде, указывают цену единицы младшего разряда (единицы младшего разряда цифрового отсчетного устройства), вид выходного кода (двоичный, двоично-десятичный) и число разрядов кода.

Вариация выходного сигнала это разность между значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же действительному значению входной величины при медленном подходе слева и справа к выбранному значению входной величины.

Вариация показаний прибора - наибольшая вариация выходного сигнала прибора при неизменных внешних условиях. Она является следствием трения и люфтов в узлах приборов, механического и магнитного гистерезиса элементов и др.

Погрешность СИ является важнейшей метрологической характеристикой и определяет, насколько действительные свойства СИ близки к номинальным.

На практике чаще измеряемая величина меняется во времени, время измерения ограничено, параметры измерительного прибора только приближенно неизменны.
К метрологическим характеристикам СИ относятся динамические характеристики, т.е. характеристики инерционных свойств (элементов) измерительного устройства, определяющие зависимость выходного сигнала средства измерений от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. К динамическим метрологическим характеристикам СИ относятся:

- переходная характеристика,

- импульсная переходная характеристика,

- амплитудно-фазовая характеристика,

- передаточная функция

- динамическая погрешность и т.д.

Динамические свойства средства измерений определяют динамическую погрешность.

Динамической погрешностью называют разность между погрешностью прибора в динамическом режиме и его статической погрешностью

Для каждого вида СИ, исходя из их специфики и назначения, нормируется определенный комплекс метрологических характеристик, указываемый в нормативно-технической документации на СИ. Нормируемые метрологические характеристики, включаемые в этот комплекс, должны отражать реальные свойства СИ и их номенклатура должна быть достаточной для оценки инструментальной составляющей погрешности измерений в рабочих условиях применения СИ с той степенью достоверности, которая требуется для решения поставленной измерительной задачи. Общий перечень нормируемых метрологических характеристик СИ, формы их представления и способы нормирования установлены в ГОСТ.

К нормируемым метрологическим характеристикам СИ относятся:

- пределы измерений, пределы шкалы;

- цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или многозначной меры, при неравномерной шкале – минимальная цена деления;

- выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда цифровых СИ;

- номинальное значение однозначной меры, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя;

- погрешность СИ;

- вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразователя;

- полное входное сопротивление измерительного устройства, полное выходное сопротивление измерительного преобразователя или меры;

- неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя или меры;

- динамические характеристики СИ; функции влияния

Кроме метрологических характеристик, при эксплуатации средств измерений, важно знать и неметрологические характеристики такие как показатели надежности, электрическую прочность, сопротивление изоляции, устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима и др.

Надежность средства измерений – это способность средства измерений сохранять нормированные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Основными критериями надежности приборов являются вероятность безотказной работы и средняя продолжительность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы определяется вероятностью отсутствия отказов прибора в течение определенного промежутка времени.

Средняя продолжительность безотказной работы определяется отношением продолжительности безотказной работы к числу отказов за это время.