- •119 П.Г.Леонов - Технические измерения и приборы
- •ТеХнические измерения и приборы
- •Часть I. Принципы, методы и средства измерений
- •Часть I –принципы, методы и средства измерений
- •Технические измерения и приборы.
- •Введение
- •Часть 1. Принципы, методы и средства измерений.
- •Понятие измерения физической величины.
- •1.2. Основные понятия метрологии.
- •1.2.3. Системы единиц измерений
- •1.2.4. Метрологическая служба.
- •1.3 Методы измерений и их классификация.
- •1.4. Погрешности измерений.
- •1.4.1. Основные определения.
- •1.4.2. Виды и источники погрешностей
- •1.5. Технические Средства измерений
- •1.5.1. Понятие меры.
- •1.5.2. Обобщенная структура средств измерений
- •1.5.3. Классификация измерительных средств
- •1.5.4. Характеристики измерительных средств.
- •1.6. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (гсп)
- •1.7. Современные средства измерений
- •1.7.1. Микропроцессоры в средствах измерений.
- •Типовые электронные схемы измерительных приборов
- •1.7.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •1.7.4. Виды микропроцессорных средств измерения
- •1.7.5. Встроенные измерительные системы (виртуальные приборы)
- •1.7.6. Программное обеспечение встроенных систем.
- •1.7.7. Стандарты информационного обмена в измерительных системах.
- •1.7.8.Тендиции развития средств измерения.
- •1.8. Помехи и шумы в измерительных системах.
- •1.8.1. Понятие шума и помехи.
- •1.8.2. Фундаментальные источники шумов.
- •1.8.3. Помехи.
- •1.8.4. Способы уменьшение влияния шумов и помех
- •1.9. Прннципы выбора технических средств.
- •Приложение 1. Обработка результатов измерений и определение погрешности измерений.
- •П.1. Систематическая погрешность.
- •П.2. Случайная погрешность.
- •П.3. Прямое однократное измерение
- •П.4. Прямое многократное измерение
- •П.5. Косвенные измерения.
1.4.2. Виды и источники погрешностей
Традиционно все погрешности измерений разделяют на систематические, случайные и грубые (промахи).
Систематическая погрешность - составляющая абсолютной погрешности, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся в течение всего цикла измерений или (и) при повторных измерениях одной и той же физической величины.
Источником систематических погрешностей служат несовершенство технических средств и методик измерения, процессы, происходящие при взаимодействии средства и объекта измерений
Случайная погрешность – составляющая абсолютной погрешности, которая изменяется случайным образом при повторных измерениях одной и той же физической величины.
Основным источником случайных погрешностей являются шумы и помехи различной природы, которые возникают в самом объекте измерения, в используемых средствах измерений, окружающей среде, устройствах передачи измерительной информации.
Грубая погрешность – погрешность, которая вызывается, как правило, однократными причинами, и существенно превышает величину погрешности, ожидаемой в данных условиях.
Такими причинами могут быть, например, сбои аппаратуры, ошибки персонала, резкие изменения условий окружающей среды.
Традиционное разделение погрешностей на систематические, случайные и грубые достаточно условно. Погрешности, имеющие одинаковую физическую природу, в одной ситуации могут рассматриваться как систематические, в другой - как случайные, а в третьей их вообще будет затруднительно отнести к тому или другому виду.
Поэтому в 1981 году Международным комитетом мер и весов была принята официальная рекомендация, предлагающая классифицировать погрешности не по характеру их проявления (случайные и систематические), а по возможности или невозможности использовать для их определения методы математической статистики.
Такой подход особенно оправдан в связи со все большим использованием цифровых сигналов и компьютерной обработке результатов измерений. В этом случае в результате использования различных методов обработки случайных по своей природе погрешностей может переводить их в разряд систематических..
Методическая и инструментальная погрешности.
Инструментальная погрешность определяется несовершенством используемых средств измерений.
Источником инструментальной погрешности служат неидеальность самих физических принципов, которые используются в средствах измерений, процессы в электронных устройствах средств измерений, несовершенство средств отображения информации.
Методическая погрешность определяется несовершенством принципов и методов измерения.
Источником методических погрешностей могут являться:
взаимное влияние объекта и средства измерений;
свойства объекта, которые не учитываются или не в полной мере учитываются методикой измерений;
ограниченность наших знаний о природе объекта;
динамические характеристики объекта и измерительных средств;
используемые способы обработки измерительных сигналов;
погрешности калибровки или градуировки измерительного средства;
отличие условий измерения от стандартных или нормированных;
неточность нашего знания о истинной величине используемых констант,
а также многие другие факторы.. 1
Отдельно среди методических погрешностей выделяют погрешности, связанные с обработкой результатов измерений, в том числе статистической. Эти погрешности могут быть связаны как с округлением промежуточных и конечных результатов, так и с несоответствием используемых теоретических вероятностных характеристик, тем которые реализуются на опыте.
Современные средства измерений, построенные на последних достижениях аналоговой электроники и цифровой техники, позволяют свести к минимуму величину инструментальной погрешности. Для цифровых и микропроцессорных измерительных приборов без особых проблем можно получить величину инструментальной погрешности на уровне (0,1-0,5)%, т.е. высокий класс точности - 0,1-0,5. Однако результирующая погрешность измерений на практике оказывается, как правило, существенно выше, что определяется наличием методической составляющей погрешности.
В лабораторных условиях или при проведении научных исследований обычно стараются все перечисленные выше факторы учесть и устранить, по меньшей мере, свести их влияние к минимуму. Однако в технических измерениях, т.е. при измерении физических величин, характеризующих производственные объекты, сделать это крайне затруднительно. Поэтому в технике именно методическая погрешность очень часто определяет реальную величину погрешности измерений.
Отличительной особенностью методических погрешностей является то, что они не могут быть указанны в документации на средства измерений и должны выявляться в каждом конкретном случае.
Выявление и устранение методических погрешностей требует глубокого понимания принципов и методов измерений, физических процессов взаимодействия средства измерений с объектом измерений, что особенно важно при использовании сложных наукоемких методов измерений
Существование методической погрешности определяет необходимость очень четко понимать различие между тем, что мы хотим измерить, и тем, что мы измеряем на самом деле.
Аддитивная и мультипликативная погрешности.
Систематическая погрешность измерительных средств (инструментальная погрешность) может зависеть от значения измеряемой величины (входного сигнала). По характеру этой зависимости погрешности средств измерений делятся на аддитивные и мультипликативные.
Аддитивная погрешность остается постоянной при изменении измеряемой входной величины и выражается в смещении нулевых уровней измерительного прибора. Ее причиной может быть смещение, дрейф напряжения источника питания или неточная установкой нуля прибора, наличие паразитной термоЭДС, помехи в измерительных цепях и другие факторы.
Мультипликативная погрешность есть погрешность средства измерений, которая изменяется пропорционально измеряемой величине и определяется нестабильностью коэффициента передачи элементов измерительной цепи. Эта нестабильность может быть связана с, изменениями характеристик этих элементов во времени (старение), под воздействием внешней среды, условий внешней среды, отличием условий эксплуатации средства измерений от нормальных. Например, изменение входного сопротивления прибора при изменении температуры.
Мультипликативная и аддитивная погрешности могут быть частично устранены путем введения соответствующих поправок, определяемых при градуировке измерительного средства.
Статическая и динамическая погрешность.
Статическая погрешность это погрешность средств измерения, которая возникает при измерении физической величины, остающейся неизменной в процессе измерений.
Динамическая погрешность возникает при измерении физических величин, изменяющихся во времени. Величина динамической погрешности определяются двумя факторами:
собственными динамическими (инерционными) свойствами средства измерения
характером (скоростью) изменения измеряемой величины.
Обычно динамические погрешности обычно рассматриваются как систематические. Однако при случайном характере измеряемой величины динамические погрешности приходится рассматривать как случайные
Контрольные вопросы
Поясните содержание понятий «принцип» и «метод» измерений.
Какими характеристиками описывается точность методов и средств измерений
Назовите основные метрологические принципы измерений
Какие существуют варианты метода сравнения, в чем их общность и различие.
В чем различие методов прямого и косвенного измерений.
Объясните суть понятия «совокупные измерения»
К какому виду погрешностей – случайным или систематическим, относятся мультипликативная и аддитивная погрешности.
Разъясните, какие причины могут являться потенциальным источником методической погрешности и почему