2.10.4 Основные и дополнительные погрешности приборов
По влиянию внешних условий различают основную и дополнительную погрешности средства измерений.
Основной называется погрешность средства измерений, определяемая в нормальных условиях его применения. Для каждого средства измерений в нормативно-технических документах оговариваются условия эксплуатации – совокупность влияющих величин (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение, частота питающей сети и др.), при которых нормируется его погрешность (влияющая величина – это физическая величина, не измеряемая данным средством измерений, но оказывающая влияние на его результаты).
Пример задания основной погрешности в нормативно-технической документации.
Для вискозиметра автоматического ротационного типа ВАР-5Ж пределы допускаемой основной приведенной погрешности канала измерения вязкости по показаниям и выходному непрерывному сигналу равны ±2,5 % от диапазона измерения при следующих нормальных условиях:
а) температура окружающего воздуха 20 ± 5 °С;
б) относительная влажность окружающего воздуха до 80 %;
в) атмосферное давление 84 … 106,7 кПа;
г) температура анализируемой среды 20 …30 °С;
д) давление анализируемой среды отсутствует;
е) отклонение напряжения питания не более ± 2 % от номинального;
ж) отсутствие вибрации и ударов;
з) длина линии связи между первичным преобразователем и измерительным блоком не более 10 м;
и) движение анализируемой среды относительно первичного преобразователя отсутствует.
Дополнительной называется погрешность средства измерений, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин, т.е. дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора, возникает, если прибор работает в условиях, отличных от нормальных.
Пример задания дополнительной погрешности в нормативно-технической документации.
Для вискозиметра автоматического ротационного типа ВАР-5Ж дополнительные погрешности в долях предела основной допускаемой погрешности (ОДП) канала измерения вязкости не превышают:
а) 0,5 предела ОДП, вызванной отклонением напряжения питания измерительного блока на + 10 …– 15 % от номинального;
б) 0,5 предела ОДП, вызванной отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной на каждые 10 °С в пределах 5 … 50 °С;
в) 0,25 предела ОДП, вызванной отклонением температуры анализируемой среды от нормальной в пределах рабочих температур на каждые 25 °С;
г) 0,25 предела ОДП, вызванной отклонением давления анализируемой среды 0 … 5 МПа;
д) 0,5 предела ОДП, вызванной движением анализируемой среды относительно первичного преобразователя со скоростью до 0,1 м/с;
е) 0,5 предела ОДП, вызванной отклонением положения первичного преобразователя от вертикального на 90°;
ж) 0,5 предела ОДП, вызванной увеличением длины линии связи между первичным преобразователем и измерительным блоком до 200 м;
з) 0,5 предела ОДП, вызванной наличием вибрации с частотой 5 ± 0,25 Гц амплитудой до 0,1 мм.
2.10.5 Аддитивные и мультипликативные погрешности
В зависимости от характера изменения величины погрешности при изменении измеряемой величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.
Аддитивные погрешности обусловлены смещением статической характеристики прибора вверх или вниз (вправо или влево), например, за счет смещения шкалы. Влияние аддитивных погрешностей на статическую характеристику прибора показано на рис. 2.2.
Рис. 2.5 Влияние аддитивных погрешностей на статическую характеристику прибора: уи − идеальная статическая характеристика, у − фактическая статическая характеристика |
Аддитивная погрешность (при выражении ее в виде абсолютной погрешности) имеет постоянную величину, не зависящую от значения измеряемой величины х:
При выражении аддитивной погрешности в виде относительной погрешности получаем
Аддитивные погрешности преобладают у большинства стрелочных приборов.
Мультипликативные погрешности возникают из-за погрешностей задания передаточного коэффициента k статической характеристики y = kx.
Влияние мультипликативных погрешностей на статическую характеристику прибора показано на рис. 2.6.
Рис. 2.6 Влияние мультипликативной погрешности |
Мультипликативная погрешность (при выражении ее в виде абсолютной погрешности) пропорциональная значению измеряемой величины:
Δy = y − yи = (k + Δk)x − kx = Δkx = var, так как Δk = const, x = var.
При выражении мультипликативной погрешности в виде относительной
погрешности получим:
δy = Δy/ yи = Δkx/kx = Δk/k = const, так как Δk = const.
т.е. у приборов с преобладающими мультипликативными погрешностями
постоянной остается относительная погрешность.
Мультипликативные погрешности преобладают у приборов, относящихся к масштабирующим преобразователям (шунты, добавочные сопротивления, усилители, делители, трансформаторы и т.п.).
Существуют приборы, у которых аддитивные и мультипликативные погрешности соизмеримы. К этому классу приборов относятся цифровые приборы.