Лабораторная работа № 2

по дисциплине «Управление, сертификация и инноватика

(Метрология, стандартизация и сертификация)»

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Метрологические характеристики средств измерения

2. Классы точности средств измерений

• Контрольные вопросы

• Варианты задач

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Законспектировать:

• Ответить на все контрольные вопросы, приведенные в конце лабораторной работы.

Знать:

• Метрологические характеристики средств измерений; группы МХ; функциональную структуру МХ; метрологическую аттестацию; поверку.

• Классы точности средств измерений

Решить:

• индивидуально каждый студент должен решить все варианты задач.

Оформление отчета:

• отчет выполняется индивидуально каждым студентом в отдельной тетрадке рукописным способом. Тетрадь начинается с титульного листа, где указаны ФИО студента и группа. Отчет по лабораторной работе начинается с названия и даты выполнения.

1. Метрологические характеристики средств измерения

Результаты измерений можно использовать только в том случае, если оценена точность, правильность, сходимость, воспроизводимость измерений, т. е. должно быть определено числовое значение погрешности измерений, составной частью которой является погреш­ность средств измерений.

Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики свойств средств измерений, оказывающих влияние на результаты и погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для оп­ределения результатов измерений и расчётной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

В соответствии с ГОСТ 8.009-84 «Нормируемые характеристики средств измере­ний» нормируемые метрологические характеристики (МХ) должны:

- давать исчерпывающую характеристику всех метрологических свойств средств измерений;

- отражать определённые физические свойства средств измерений;

- служить основой для расчёта некоторых производных характеристик, соот­ветствующих различным критериям сравнения средств измерения между собой;

- легко контролироваться.

Заметим, что метрологические характеристики (МХ), установленные выше указанным стандартом, являются составной частью исходной информации:

- для определения результатов измерений;

- определения расчётной оценки характеристик инструментальной состав­ляющей погрешности, измерений;

- расчёта МХ каналов измерительных систем, состоящих из средств измере­ний с нормированными МХ;

- оптимального выбора средств измерений, а также для использования в ка­честве характеристик при контроле средств измерений на соответствие установленным нормам.

В соответствии с ГОСТ 8.009-84 выделяют следующие группы МХ:

1) характеристики, предназначенные для определения результатов измерений;

2) характеристики погрешностей средств измерений;

3) динамические характеристики средств измерений;

4) характеристики средств измерений, отражающие их влияние на инструментальную составляющую погрешности измерений;

5) неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений.

Функциональная структура нормируемых метрологических характеристик представлена на рис. 1.

Рассмотрим подробнее каждую из составляющих номенклатуры нормируемых метроло­гических характеристик.

1. Характеристики для определения результатов измерений:

функция преобразования измерительного преобразователя или измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, градуированной в единицах, отличных от единиц входной величины – f(х).

Функция преобразования измерительного прибора f(х)(градуировочная характеристика, уравнение преобразования) – это зависимость между выходными сигналами ИП (Y) и его входными сигналами (Х) –Y =F(Х).

Функция преобразования, которую должен иметь измерительный прибор при определён­ных условиях внешней среды и неизменных или медленно изменяющихся значениях входного сигнала, называется номинальной статической характеристикой преобразования. Эта функция может быть представлена аналитически, графически или в табличной форме.

Идеальная функция преобразования должна быть линейной. Для определения результатов измерений можно использовать также:

- значение однозначной или значение многозначной меры – Y;

- цену деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры. (Цена деления шкалы аналогового измерительного прибора - это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы:

С=1/S =Х/Y,

где Sэто чувствительность измерительного прибора.)

- вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наимень­шего разряда кода средств измерений для случая выдачи результатов в цифровой форме (в цифровом коде).

2. Характеристики погрешностей средств измерений:

- характеристики систематической составляющей погрешности (_s);

- характеристики случайной составляющей погрешности ();

Систематическая составляющая погрешности средств измерений может быть охарактеризована с помощью:

- значения систематической составляющей _s ;

- математического ожи­дания M [_s];

- среднего квадратического отклонения  [_s] систематиче­ской составляющей погрешности измерений.

При этом систематическая составляющая погрешности средств измерений рассматривается как случайная величина на множестве средств измерений данного типа.

Характеристиками случайной составляющей погрешности средств измерений являются:

- среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности измерений;

- нормализованная автокорреляционная функция() или функцияспектральной плотности () случайной составляющей погрешности.

Характеристикой случайной составляющей погрешности является также погрешность от гистерезиса _н - вариация Н выходного сигнала (показаний) средства измерений.

Характеристика погрешности средств измерений - значение по­грешности. Погрешность средства измерений рассматривается как слу­чайная величина на множестве средств измерений данного вида или ти­па.

3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. К ним относят:

- функцию влияния ();

- изменение значений метрологических характеристик () средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин  в установ­ленных пределах. Здесь () - коэффициент влияния.

4. Динамические характеристики средств измерений:

- переходные характеристики средств измерений - h(t);

- импульсные переходные - g(t);

- амплитудно-фазовые - G(j);

- амплитудно-частотные - ();

- совокупность амплитудно-частотных и фазо- частотных характери­стик;

- передаточные функции средств измерений - W(P).

Перечисленные выше динамические характеристики называют пол­ными. Кроме них, выделяют еще частные характеристики. К част­ным динамическим характеристикам относят любые параметры полных динамических характеристик:

- время реакции, t_r;

- коэффициент демпфирования, _dam

- постоянную времени, Т;

- значение амплитудно-частотной характеристики резонансной частоте, (₀);

- значение резонансной круговой частоты, ₀ .

Частные динамические характеристики аналого-цифровых преобра­зователей (АЦП) и цифровых измерительных приборов (ЦИП), время реакции которых не превышает интервала времени между двумя изме­рениями, соответствующими максимальной частоте (скорости) измере­ний:

- время реакции, t_r;

- погрешность датирования отсчета,t_d;

- максимальная частота (скорость) измерений, f_max.

Для цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) частными характе­ристиками принято считать:

- время реакции преобразователя, t_r;

- переходную характеристику преобразователя, h(t).

5. Характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности средств из­мерений вследствие взаимодействия с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких, как объект измерений, средство измерений и т. п.).

6. Неинформативные параметры выходного сигнала средства изме­рений - это параметры выходного сигнала, не используемые для пере­дачи или индикации значения информативного параметра входного сигнала измерительного преобразователя или не являющиеся выходной величиной меры.

Метрологические характеристики являются показателями качества и технического уровня всех без исключения средств измерения. Для определения MX у конкретных средств измерений они должны пройти метрологическую аттестацию.

Метрологической аттестацией называется всестороннее исследова­ние средств измерений, выполняемое метрологической службой для оп­ределения метрологических свойств этого средства измерений, и выда­ча документа с указанием полученных данных.

Процедура эта длительная, дорогая, целесообразность которой в каждом конкретном случае должна быть обоснована. Обычно пользу­ются сведениями о MX, содержащихся в нормативно-технической до­кументации на средства измерений.

В этих документах приводятся нормы, которым должны удовлетво­рять метрологические характеристики всех серийно выпускаемых средств измерений данного типа. Соответствие этим требованиям (нормам) MX каждого отдельного экземпляра средств измерений долж­но проверяться.

Проверка метрологической службой или специально уполномочен­ным на то лицом соответствия MX нормам и установление на этой ос­нове пригодности средств измерений к применению называют поверкой. Применение не прошедших поверки средств измерений за­прещено законом.