Тема 15 погрешности измерений

Погрешность измерения — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения.

Точность средства измерений — степень совпадения показаний измерительного прибора с истинным значением измеряемой величины. Чем меньше разница, тем больше точность прибора.

Правильность измерений – это близость среднего арифметического бесконечно большого числа повторно измеренных значений величины к опорному значению величины.

Сходимость результатов измерений – близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость результатов измерений – близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

 

Классификация погрешностей:

1) По характеру изменений:

a) систематические – составляющая погрешности, остающаяся постоянной или изменяющаяся по известной закономерности во все время проведения измерений.

b) случайные – это составляющие погрешности, изменяющиеся случайным образом, причины нельзя точно указать, а значит, и устранить нельзя.

Грубая погрешность - Это погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях измерения.

2) В зависимости от влияния характера изменения измеряемой величины:

a) Статическая – погрешность СИ при измерении неизменной или медленно изменяющейся величины.

b) Динамическая – погрешность СИ, возникающая при измерении быстро меняющейся во времени ФВ. Динамическая погрешность является следствием инерционности прибора.

Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

Субъективные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

Инструментальная погрешность – это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.

Способы обнаружения систематических погрешностей

Внешняя погрешность - важная составляющая погрешности измерения, связанная с отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормальных значений или выходом их за пределы нормальной области (например, влияние влажности, температуры, внешних электрических и магнитных полей, нестабильности источников питания, механических воздействий и т.д.).

Способы обнаружения систематической погрешности

• устранением источников погрешностей до начала измерений.

• определением поправок и внесением их в результат измерения;

• оценкой границ неисключенных систематических погрешностей.

Для устранения постоянных систематических погрешностей при­меняют следующие методы:

• Метод замещения, представляющий собой разновидность ме­тода сравнения, когда сравнение осуществляется заменой измеряе­мой величины известной величиной, причем так, что при этом в состоянии и действии всех используемых средств измерений не про­исходит никаких изменений.

• Метод противопоставления, при котором измерение выполняется дважды и проводится так, чтобы в обоих случаях причина постоянной по­грешности оказывала разные, но известные по закономерности воздействия на результаты наблюдений.

• Метод компенсации погрешности по знаку (метод изменения знака систематической погрешности), предусматривающий измерение с двумя наблюдениями, выполняемыми так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результат каждого из них с разными знаками.

• Метод рандомизации — наиболее универсальный способ ис­ключения неизвестных постоянных систематических погрешностей.

 

 

ТЕМА 16 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Сре́дство измере́ний — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Классификация

По техническому назначению:

• мера физической величины — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

• измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

• измерительный преобразователь — техническое средство с нормируемыми метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;

• измерительная установка (измерительная машина) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте;

• измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

• измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

• автоматические;

• автоматизированные;

• ручные.

По стандартизации средств измерений:

• стандартизированные;

• нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

• эталоны;

• рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

• основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

• вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

По измерительным физико- химическим параметрам:

• для измерения температуры;

• давления;

• расхода и количества;

 

Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

• Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

1. Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;

2. Значение однозначной меры;

3. Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

4. Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

• Характеристики погрешностей средств измерений;

• Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

• Динамические погрешности средств измерений

Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы

Диапазон шкалы - диапазон делений аналоговой шкалы между начальным и конечным делениями шкалы.

Диапазон измерений – это область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Пределом измерения прибора называется значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы.

Набор частных МХ измерительного преобразователя может включать такие номинальные характеристики, как диапазон и пределы преобразования, чувствительность СИ, вид выходного кода и число разрядов выходного кода, цена единицы наименьшего разряда кода, номинальная ступень квантования. Остальные МХ выбирают из той же номенклатуры, что и для измерительных приборов.

Для измерительных преобразователей диапазон и пределы преобразования могут вообще не устанавливаться, если они зависят не от самого преобразователя, а от устройств, с которыми он используется. Например, для тензопреобразователей, используемых в первичных измерительных преобразователях силы и деформаций, диапазон преобразуемых величин зависит не от самого тензопреобразователя, а от свойств применяемого упругого элемента. Для предельных электроконтактных преобразователей диапазон измерений полностью зависит от конструкции стойки или скобы, в которую преобразователь установлен. Пределы преобразования (нижний и верхний) соответствуют наименьшему и наибольшему значениям диапазона преобразования.

Для некоторых первичных измерительных преобразователей диапазон преобразования может ограничиваться их физическими свойствами. Это касается термопар, фотоприемников лучистой энергии, емкостных и других преобразователей.

Для преобразователей с дискретной (цифровой, числовой) выдачей сигнала измерительной информации вместо диапазона и пределов преобразований приходится использовать такие МХ, как вид выходного кода и число разрядов выходного кода. Именно эти МХ ограничивают возможности выдачи сигнала измерительной информации сверху и снизу.

Цена единицы наименьшего разряда кода или номинальная ступень квантования, если последняя больше цены единицы наименьшего разряда кода, для устройств с дискретной выдачей измерительной информации ограничивает фиксируемый уровень изменения входного сигнала снизу. В соответствии с этим положением можно провести аналогию между номинальной ступенью квантования и порогом чувствительности СИ.

Нормирование погрешностей средств измерений заключается в установлении предела допускаемой погрешности.

 

Под этим пределом понимается наибольшая (без учёта знака) погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению.

 

Подход к нормированию погрешностей средств измерений заключается в следующем:

 

1 в качестве норм указывают пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя и систематические, и случайные составляющие;

2 порознь нормируют все свойства средств измерений, влияющие на их точность.

 

Класс точности – это обобщенная характеристика СИ, выражаемая пределами допускаемых значений его основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности не является непосредственной оценкой точности измерений, выполняемых этим СИ, поскольку погрешность зависит еще от ряда факторов: метода измерений, условий измерений и т.д. Класс точности лишь позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ данного типа.

 

 

Тема 17