Таким образом, для расчета результирующей погрешности этим методом для каждого из суммируемых составляющих надо знать оценки ε(x) ,σ(x) и ε(у),σ(у).

Далее находится σΣ = σ2x + σ2y , по (7) определяется вес дисперсии одной из

составляющих, а по (6) находится оценка εΣ суммарной погрешности. Если суммируемых составляющих больше двух, то суммирование и определениеεΣ производится последовательно - первой со второй, затем полученной с третьей и так далее.

3.4.Пример расчета

При расчете результирующей погрешности канала необходимо каждой из составляющих погрешности приписать соответствующий закон распределения, найти СКО и подразделить погрешности на аддитивные и мультипликативные. Все расчеты как максимальных погрешностей, так и СКО следует вести в относительных приведенных значениях и сохранять при промежуточных округлениях один лишний недостоверный знак в их значениях

стем, чтобы округление произвести лишь над окончательным результатом.

1.Погрешность от наводки на линию связи может быть приближенно рассчитана следующим образом. При присоединении к линии электронного

вольтметра с входным сопротивлением Rвх = 1 МОм падение напряжения на этом сопротивлении составляет 1600 мВ , т. е. через него проходит ток

	I =	Uнав	=	1600 ×10−3	= 16 ×10−7 А.
		Rвх		106

При замыкании линии связи на сопротивление датчика Rд =200 Ом падение напряжения на нем от этого тока составит

U = I ×R д = 16 ×10−7 ×200 = 0,32мВ.

Таким образом, приведенная погрешность от наводки при максимальном сигнале с датчика, равном 200 мВ, будет

γнав =	U	=	0,32	×100% = 0,16%.
			200
	Eд

Поскольку исходное значение наводки Uнав = 1600мВ было отсчитано по шкале вольтметра, т.е. являлось действующим (средним квадратическим ) значением, то полученная оценка погрешности от наводки и есть её СКО

σнав =0,16% .

Погрешность от наводки на вход прибора или линии связи синусоидального напряжения силовых цепей с частотой 50 (400) Гц имеет арксинусоидальное распределение. Следовательно (табл.2), энтропийный коэффициент этого распределения Кнав = 1,11 , контрэксцесс χ = 0,816 , эксцесс ε =1,5. Максимальное значение погрешности от наводки

γmax нав = σ 2 = 0,16 2 = 0,225%.

Вданном случае напряжение наводки возрастает линейно с ростом входного

сигнала, т. е. погрешность от наводки оказывается мультипликативной.

2. Определим СКО Д , исходя из следующих соображений. Основная погрешность Д нормирована по паспорту максимальным значением γmД = 0,15% .

Для того, чтобы от этого значения перейти к СКО, необходимо знание вида закона распределения погрешности. Одной из составляющих погрешности Д является погрешность дискретности, обусловленная конечным числом витков его обмотки, по которым скользит подвижный контакт. Эта типовая погрешность имеет нормальное распределение. Абсолютная погрешность дискретности при п = 500 составляет ± 0,5 вит. Относительная погрешность дискретности

σ = n = 5000,5 ×100% = 0,1% .

Однако для Д нормируется погрешность 0,15%. Следовательно, есть еще какие-то составляющие, которые нам неизвестны (погрешность линейности, т. е. неравномерность намотки, люфт в опорах оси подвижного контакта и т.п.). Но так как они незначительно увеличили результирующую погрешность, то превалирующей, видимо, является погрешность дискретности и поэтому общее распределение погрешности можно считать близким к равномерному. Тогда γmД = 0,15% можно считать половиной ширины этого равномерного

	распределения. Тогда СКО составит σД =	γmД	=	0,15	= 0,087% . В соответствии с
		3		3

табл. 2 для равномерного распределения k = 1,73, χ = 0,745 и ε = 1,8.

3. Определим температурную погрешность Д, исходя из следующих соображений. Датчик с RД = 200 Ом включен последовательно с двумя жилами

медной линии сопротивления rсв =2 Ом каждая. Абсолютное изменение сопротивления каждой из жил составит

rсв = θαθ ×rсв = 15 × 1004×10 ×2 = 0,12Ом , где αθ = + 4%/10°С - температурный коэффициент меди. Относительная температурная погрешность Д

	σmθД =	rсв =	0,12	×100% = 0,06% .
			200
		R Д

Поскольку закон распределения температуры в испытательном цехе нормальный, то по таблице нормального распределения находим, что вероятности Pд = 0,98 соответствуют границы ±2,3σ [2]. Отсюда СКО

σθД	=	σmθД	= 0,026% . Параметры	закона распределения k=2,066;	ε =3;
	2,3
χ = 0,577.
	4.Определим погрешность Д			от колебаний напряжения питания. Она

мультипликативна и распределена по тому же закону, что и отклонения напряжения сети от своего номинального значения 220 В. Распределение напряжения сети близко к треугольному с пределами ± 15%.Стабилизатор снижает размах колебаний напряжения в Кст =25 раз, т.. на выходе стабилизатора распределение так же треугольное, но с размахом 15% /25=

= 0,6%. Поэтому максимальное значение этой погрешностиγmUД = 0,6%.

Согласно табл.2 СКО для треугольного распределенияσuД = γm	= 0,6 = 0,245% .
6	6

Параметры этого распределения : k = 2,02; ε = 2,4; χ = 0,65.

5. Погрешность коэффициента усиления У является чисто мультипликативной и распределена также по треугольному закону, так как вызывается колебаниями напряжения питания. Максимальное значение погрешности

γmUД = 0,03 ×10−2 ×15 =0,45%. СКО составляет σUД =	γmUД	=0,184%.
	6

Параметры распределения приведены выше ( в п.3) .

6. Погрешность смещения нуля У при колебании температуры является аддитивной, а закон ее распределения повторяет закон распределения температуры в лаборатории, где установлены У и ЦВ. Поскольку закон распределения температуры в лаборатории в пределах от 18 до 24 ° С можно считать равномерным со средним значением 21° и размахом ±3° С , то максимальное значение этой погрешности при ψθу = 0,2% / 10°С составляет

	γmθу =ψθу	× θ =	2 ×3	= 0,06%. СКО	σθy = 0,06 = 0,034%. Параметры этого
			10
					3

распределения k=1,73, χ =0,745 и ε = 1,8.

7. Погрешность цифрового вольтметра ЦВ нормирована двучленной формулой. Ее приведенное значение равно 0,15 при Х = 0 и линейно возрастает до 0,2% в конце шкалы. Но при использовании в измерительном канале ЦВ возникает ситуация, которая требует особого рассмотрения. Максимальный сигнал датчика в данном случае равен 200 мВ. При номинальном коэффициенте усиления У Кe =1 , выходное напряжение У также равно 200 мВ. Пределы же

измерений ЦВ, как правило, кратны 10 (например, 100, 10 и 1 В). При

использовании в рассматриваемом канале измерений на пределе 1В=1000 мВ он обеспечивает удобный отсчет измерений непосредственно в мВ, но расчет его погрешности в этом случае имеет некоторые особенности, ввиду неполного использования шкалы. Особенность расчета погрешности в таком случае состоит в том, что приведенное значение погрешности должно рассчитываться для предела измерений именно 200 мВ , в то время как приведенная погрешность ЦВ дана для предела измерений Хк = 1000 мВ. Для этого должна быть вычислена абсолютная погрешность в точках начала и конца этого нового диапазона и отнесена к его концу. Абсолютная погрешность при Х = 0 ЦВ класса c/d

0 = 100d × Xк = 1000,1 ×1000 = 1мВ.

Приведенное значение погрешности к пределу измерений Хк кан. данного

канала

γнцв =

0 ×102

=

1×102

= 0,5% . Абсолютная погрешность ЦВ при Х=

200

200

200мВ

c −d

0,2 − 0,1

= 1,2мВ.Приведенное к пределу

200 =

0

+

× X =

1 +

×200

100

100

измерений канала значение погрешности γкцв

=

200

=

1,2

×102 = 0,6% .

Хкан

200

Таким образом, неполное использование диапазона ЦВ приводит к существенному возрастанию приведенной погрешности измерения, в данном случае с 0,2 /0,1 до 0,6 / 0,5. Для перехода от максимальной погрешности ЦВ к СКО необходимо знание вида закона распределения этой погрешности. Будем считать, что распределение погрешности ЦВ является композицией равномерного распределения (ряд узлов) и экспоненциального с показателем степени а = 0,5 и с дисперсией, составляющей 1/13 общей дисперсии. Тогда погрешность ЦВ содержит две части при Х = 0;

						γ	нцв	2		12		= 0,278% ;
				σнцв =					×
							3			13
							γнцв		2		1		= 0,08% ;
				σ2нцв =						×
							3				13
в конце диапазона измерений канала
		γкцв 2		12	= 0,332% ;										γкцв 2			1	= 0,096% .
σ1кцв =			×							σ2кцв =							×
				13											3			13
		3

Параметры экспоненциального распределения с α = 0,5 [4, с. 58]

к =1,35, χ =0,2, ε = 25,2.

Таким образом, после выполнения пп. 1 - 7 все составляющие разделены на аддитивные и мультипликативные, им приписаны законы распределения и вычислены СКО. Этот результат для наглядности представлен на рис. 3, где буквами А и М в кружках отмечены соответственно аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности.

8. Произведем суммирование погрешностей, т. е. расчет результирующей погрешности канала. Результирующая погрешность канала сводится к вычислению приведенной погрешности при Х = 0 (которая складывается из аддитивных составляющих) и в конце диапазона (которая складывается из всех

составляющих - аддитивных и мультипликативных).
Выбор метода суммирования (складывать	алгебраически	или

геометрически) зависит от того, являются ли суммируемые погрешности коррелированными или независимыми. Следовательно, целесообразно сразу выделить коррелированные погрешности и произвести их алгебраическое сложение. Коррелированными являются те погрешности, которые вызываются одной и той же общей причиной, а поэтому имеют одинаковую форму закона распределения, которая остается справедливой для их алгебраической суммы.

В данном примере это погрешность датчика Д и усилителя У от колебаний напряжения питания U , имеющая треугольный закон распределения, а также погрешность У и ЦВ от колебаний температуры в лаборатории, имеющая равномерный закон распределения. Однако погрешность от колебания температуры Д и У – это некоррелированные погрешности, так как их вызывают разные температуры (в цехе и в лаборатории). Для алгебраического суммирования коррелированных погрешностей необходимо установить их знаки. Так, коэффициент влияния на погрешность Ку от колебаний напряжения питания является положительнымΨUу = +0,3% / (10% U / U), т.е. коэффициент

усиления с ростом напряжения питания возрастает. Также положительным является коэффициент влияния на погрешность от колебания напряжения питания датчика. Поэтому результирующее значение этих погрешностей равно просто их сумме σU(Д+У) = σUД + σUУ = 0,245+0,184 = 0,429 0,43%, а закон

распределения этой суммарной погрешности сохраняется треугольным. Уточним правила пренебрежения малыми составляющими при

геометрическом суммировании погрешностей. Могут быть опущены одна малая составляющая, если она в 5 раз меньше наибольшей из суммируемых составляющих, две составляющие, если они в 6 раз меньше наибольшей из суммируемых составляющих, три составляющих, если они в 7 раз меньше. Но делать такое заключение можно только после суммирования коррелируемых составляющих и приведенных числовых значений погрешности к СКО

В данном случае погрешность начала диапазона канала будет складываться

из двух составляющих			погрешности ЦВ ( с равномерным распределением			с
σ1нцв = 0,278%	и	с	экспоненциальным распределением	σ2нцв =	0,080%)	и
погрешности Д	с	равномерным распределением и		σД	= 0,087%.

Составляющими же σθД = 0,026% и σθУ = 0,034% можно пренебречь,так как

даже большая из них в 8 раз меньше, чем σ1нцв = 0,278%.

Начнем суммирование с двух равномерно распределенных составляющих.

	Тогда σД+ЦВ =	σ2Д + σ12нцв =		(0,087)2 + (0,278)2			= 0,291% .	Вес дисперсии второй
	составляющей	P =	σЦВ2	=	(0,287)2	= 0,91.	Эксцесс	этого распределения
					(0,291)2
			σ2Д+ЦВ
	определим по (6):

εД+ЦВ = ε(x)×p2 + 6p(1 −p)+ ε(y)(1 −p2 )=1,8(0,91)2 + 6×0,91(1 -91)+ 1,8(1 - 0,912) = 2,0

Контрэксцесс распределения χД+ЦВ =	1	= 1 = 0,7 . По кривой 3 ( рис. 2а)
	εД+ЦВ	2

определим значение энтропийного коэффициента кД+ЦВ = 1,83 .

Для суммирования этого распределения с экспоненциальной составляющей погрешности Р с α = 0,5 и k = 1,35 соответствующей кривой на рис. 2а нет. На рис. 2б при Р = 0 она должна начинаться в точке k = 1,83, а заканчиваться при Р = 1 в точке k = 1,35. При Р = 0,1 - 0,2 она пойдет вверх, как и все кривые на рис. 2б, но достигает максимума в области при Р > 0,3 аналогично кривой 4 (рис. 2а), имеющей максимум при Р = 0,7. Этот максимум .по-видимому, не должен превышать К = 2,02 , характерного для максимума кривой 3 на рис. 2а, а спад ее в области Р = 0,9 - 1 должен быть аналогичен спаду кривых 4 и 5 на рис. 2б. Этих соображений достаточно, чтобы ориентировочно провести эту кривую. С.к.о. погрешности в начале диапазона канала

			σн =	σ2Д+1ЦВ + σ22	ЦВ = (0,291)2 + (0,08)2 = 0,302					≈ 0,3% .
	Вес экспоненциальной составляющей P =					σ22нцв	=	(0,08)2	=	0,07 .	Эксцесс этого
								(0,3)2
						σн2
	распределения εн			= 2 ×(0,07)2 + 6 ×0,07 ×0,93 + 25,2 ×0,995 = 25,47 .							Контрэксцесс
	χ =	1	= 0,198 .Отсюда значение энтропийного коэффициента по построенной
		ε	н

нами кривой составляет Кн = 2,02			и энтропийное значение погрешности в
начале	диапазона	канала	с	цифровым	регистратором
γн = кн ×σн = 2,02 ×0,302 = 0,61% . Для			определения погрешности в конце

диапазона канала нужно к составляющим погрешности ЦВ в конце диапазона с равномерным (σ1кцв =0,332%) и экспоненциальным(σ2кцв =0,096%) распре-

делением прибавить мультипликативные погрешности от колебаний

напряжения питания ( σU(Д+У)=0,429%) с треугольным распределением и

погрешностью от наводки (σнав =0,16 % ) с арксинусоидальным распределением. В данном случае погрешностью датчика можно пренебречь, так как отношение

σU(Д+У)

=

0,429

≈ 5

. Просуммируем

сначала самые низкоэнтропийные

из этих

σУ

0,087

составляющих (σнав =0,16% с кнав

=1,11 и σ2ЦВ

=0,96% с к2цв =1,35)

σнав+2цв =

(0,16)2 + (0,096)2

= 0,187% .

Вес дисперсии экспоненциальной составляющей P =

σ22цв

=

(0,096)2

= 0,26 .

(0,187)2

σнав2

+2цв

Эксцесс

εнав+2цв

= 1,5 × (0,74)2 + 6 × 0,74 × 0,26 + 25,2 × (0,932) = 25,47.

Контрэксцесс

γнав+2цв = 1

= 0,198

25,47

Для определения значения энтропийного коэффициента воспользуемся кривой 4 ( рис. 2а ), соответствующей суммированию арксинусоидальной (k = 1,11) и равномерной (k=1,73) составляющих. Нужная нам кривая в своей начальной части совпадает с этой кривой, а при Р1 проходит несколько

ниже. При малых значениях Р (Р = 0,26)	расхождение будет малым. Отсюда
кнав+2цв =1,94. Теперь возьмём треугольное	распределение с σU =0,429% и

кU = 2,02 и сложим с ним полученную составляющую. Вес дисперсии второй составляющей Р = 0,48 / 0,2188 = 0,16.

Эксцесс εU +нав+2цв = 2,4 ×(0,84)2 +6×0,84× 0,16 +3,7× (0,16)2 =2,6

Контрэксцесс χ = 0,62

При столь малом весе второй составляющей для суммирования можно воспользоваться начальным участком кривой 2 рис.2б), откуда кU+нав+2цв =2,04.

Последнее суммирование будем рассматривать как сложение равномерно

распределённой составляющей σ1кцв	= 0,332 %	с близкой к	нормальной
составляющей с k = 2,04. СКО	погрешности	в конце	диапазона

σк = (σ1кцв )2 + (σU+нав+2цв )2 = (0,332)2 + (0,486)2 = 0,57% .

Вес близкой к нормальному распределению составляющей равен

		(σU+нав+2цв )2		0,2188			. Эксцесс εк = 1,8	2
	P =		=			= 0,66		× (0.34) + 6	× 0,34 × 0,66 +
		σК2		0,3290
	2,6 × (0,66)2 = 2,7.				Контрэксцесс = 0,61ч.

На кривой 2 (рис.2а) такому весу соответствует энтропийный коэффициент, почти совпадающий с K нормального распределения, следовательно, и в нашем случае К будет почти совпадать с K= 2,04. Энтропийное значение погрешности в конце диапазона канала будет γк = Кк ×σк = 2,04 ×0,57 ≈ 1,2% .

Общая формула для вычисления приведенной погрешности результатов измерения при любом Х может быть записана

γ(x)= γк + γн		xr	−1	= 1,2	+ 0	,6	xк	−1 .
		x					x

Пределы допускаемых погрешностей канала при его ежегодных поверках сделаем не менее чем с 25%-ным запасом по отношению к вычисленным погрешностям. Для внесения в официальные документы в соответствии с ГОСТ 8.401-80 класс точности канала должен быть указан как 1,5/1,0 .

	СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		3
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		3
1.1.Рабочая программа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		3
1.1.1. Принципы построения измерительных приборов . . . . . . . . . .		4
1.1.2. Точность измерительных приборов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		5
1.1.3. Оптимизация характеристик измерительных приборов . . . . .		6
1.2.	Тематический план лекций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	6
1.3.	Перечень лабораторных работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..	7
2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		7
3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ . . . . . .		7
3.1. Содержание контрольной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		7
3.2. Методические указания к выполнению
	контрольной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8
3.3. Основы теории и справочные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		10
3.4. Пример расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .		16

Редактор: А.В.Алехина Сводный темплан 2004г.

Лицензия ЛР №020308 от 14.02.97

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003г.

Подписано в печать 2004 Формат 60х84 1/16

Б.кн.-журн.п.л. П.л. 1,75	Б.л.0,875 РТП РИО СЗТУ
Тираж 50	Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет

РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга

191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, 5