2. Погрешности измерительных преобразователей
Краткая классификация
Качество передачи информации измерительными преобразователями, а также качество результатов измерений принято характеризовать не их точностью, а размером допущенных погрешностей.
Погрешность характеризует отклонение измеряемой величины от истинного (действительного) значения. Истинное значение измеряемой величины установить практически невозможно, поэтому на практике пользуются понятием действительное значение измеряемой величины, измеренное образцовым прибором.
Класс точности прибора устанавливается в зависимости от значения пределов допустимых основной и дополнительной погрешностей.
Основная погрешность дается для нормальных условий: температура окружающей среды 293 К (+ 20 0С); атмосферное давление 101,325 кПа (760 мм. рт. ст.); влажность воздуха до 80 %.
Все погрешности классифицируются по целому ряду признаков.
Методические и инструментальные погрешности (П).
Инструментальные П возникают из-за недостаточного высокого качества элементов прибора (инструмента). Методическая П - погрешность самого метода.
Основная и дополнительные погрешности. Суммарная результирующая погрешность, возникающая при нормальных условиях, называется основной погрешностью. Основная П возникает от независимых параметров: колебаний, температуры, атмосферного давления… Изменение показаний при отклонении условий эксплуатации от нормальных называются дополнительными погрешностями.
Систематические, прогрессирующие и случайные погрешности. Систематическая погрешность измерений – составляющая погрешности измерений, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.Эти погрешности могут быть полностью устранены введением соответствующих поправок. Прогрессирующими называются погрешности, медленно изменяющиеся с течением времени. Эти погрешности возникают в процессе старения, разрядке источников питания… Особенностью этих погрешностей является то обстоятельство, что они могут быть скорректированы введением поправок лишь на данный момент времени, затем они будут монотонно возрастать. Случайными называются неопределенные по своей величине и знаку, или недостаточно изученные погрешности, при которых не удается установить какой – либо закономерности.
Абсолютная, относительная и приведенная погрешности. Погрешности прибора или преобразователя есть отклонения его реальной функции преобразования (рис. 2.1) от номинальной. Эти отклонения реальной характеристики от номинальной, отсчитанные вдоль оси х или вдоль оси у, т.е. разности вида Δ у = ур – ун или Δх = хн – хр, есть абсолютные погрешности, выраженные в единицах величин Х и Y.
Абсолютная погрешность не всегда может служить мерой точности, поэтому вводится понятие относительной погрешности γ = Δ х /х = Δ у/ у, выраженное обычно в процентах. Однако вследствие изменения значений х и у вдоль шкалы прибора текущее значение относительной погрешности γ не остается постоянным, а, наоборот, оказывается различным для различных значений х и при х = 0 стремиться к бесконечности. Вследствие этого в измерительной технике введено еще одно понятие – понятие приведенной погрешности, равной γ0 = Δ к/Хк = Δ у/Yк и являющейся, по существу, выраженной в процентах абсолютной погрешностью, так как в этом случае Δх относится не к текущему значению х, а к постоянной величине конечного значения предела измерения Хк (или Yк).
Рис. 2.1. График функции преобразования
Статические и динамические погрешности различают по их зависимости от скорости изменения измеряемой величины во времени. Погрешности, не зависящие от этой скорости, называют статическими. Погрешности отсутствующие, когда скорость близка к нулю, и возрастающие при ее отклонении от нуля, называют динамическими.
Погрешность квантования - это погрешность, возникающая в дискретных измерительных преобразователях, где выходной величиной является скачкообразное перемещение (реостатный преобразователь)
Методы измерительных преобразований. Состав суммарной погрешности преобразования во многом зависит от применяемой структуры преобразования, т.е. способа соединения между собой используемых преобразователей. Методы построения измерительных преобразователей делятся на два основных класса: метод прямого преобразования и метод уравновешивающих преобразователей.
Метод прямого преобразования характеризуется тем, что все преобразования информации производятся только в одном, прямом направлении – от входной величины Х через посредство одной цепи измерительных преобразователей П1, П2,… к выходной величине Yвых(рис. 2.2, а). Y1,Y2… - промежуточные выходные величины преобразователей. Результирующая чувствительность всего канала определяется произведением чувствительностей всех составляющих его преобразователей, а результирующая погрешность канала в равной мере определяется погрешностями всех преобразователей.
Метод уравновешивающих преобразователей характеризуется тем, что используются две цепи преобразователей (рис. 2.2, б): цепь прямого преобразования, состоящая из преобразователей К1, К2… и цепь обратного преобразования, состоящая из преобразователя β. Метод уравновешивания отличается тем, что с помощью цепи β создается величина Ху, однородная с входной преобразуемой величиной Х и уравновешивающая ее, в результате чего на вход цепи К поступает только небольшая часть входной преобразуемой величины Х, и цепь служит лишь для обнаружения степени неравновесия.
Рис. 2.2. Схемы построения измерительных преобразователей
а) метод прямого преобразования;
б) метод уравновешивания.