- •1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ
- •1.1. Краткая историческая справка о развитии метрологии
- •1.2. Физические свойства и величины
- •Средства измерений
- •3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
- •Погрешности измерений
- •3.2. Систематические погрешности: обнаружение и исключение
- •3.3. Компенсация систематической погрешности в процессе измерения
- •3.4. Случайные погрешности (вероятностное описание)
- •4.1. Электромеханические приборы
- •4.4. Компенсаторы постоянного тока
- •4.5. Измерительные мосты
- •7.2. Параметрические измерительные преобразователи
- •9.2. Научно-технические принципы стандартизации
- •9.3. Определение оптимального уровня унификации и стандартизации
- •10. СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ
- •Системы и схемы сертификации.
измеряемой неэлектрической величины в электрическую и объединенных в единую конструкцию.
|
|
Средства измерений |
|
||
|
Элементарные |
Комплексные |
|||
|
Z Z 3 Z Z |
3 1 |
|
|
|
|
Устройства |
Измерительные |
Измерительные |
Измерительные |
|
Меры |
сравнения |
преобразователи |
приборы |
системы |
|
|
(компараторы) |
|
|
||
|
|
|
|
М/ |
|
^ Однозначные |
Первичный |
Измерительные |
Измерительно |
||
установки |
вычислительные |
||||
|
|
|
|||
Многозначные |
Промежуточный |
|
комплексы |
||
|
|
||||
Наборы мер |
Масштабный |
Аналоговые |
|
||
Магазины мер |
Аналоговый |
Цифровые |
|
||
|
|
|
|||
т1 Установочные |
|
|
|
||
|
Аналого-цифровой <- |
Регистрирующие |
|||
_ ^ Ввозимые |
|
|
|
||
|
Цифро-аналоговый |
Показывающие |
|||
Встроенные |
|
|
|
Рис. 5. Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям
По характеру преобразования входной величины ИП делятся на линейные (имеющие линейную связь между входной и выходной величинами) и нелинейные (имеющие нелинейную связь).
По виду входных и выходных величин различают следующие ИП:
•аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;
•аналого-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;
•цифро-аналоговые (ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.
Устройство сравнения (компаратор) - это средство измерений, дающее
возможность выполнять сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов. Примером могут служить рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается образцовая гиря, а на другую - проверяемая. Во многих относительно простых СИ роль компаратора выполняют органы чувств человека, главным образом зрение, например при сравнении отклонения
указателя прибора и числа делений, нанесенных на его шкале. Особенно широкое распространение компараторы получили в современной электронной технике, где они используются для сравнения напряжений и токов.
Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В зависимости от формы представления информации различают аналоговые и цифровые приборы. Аналоговым называют измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины. Например, ртутно-стеклянный термометр, стрелочный вольтметр (в аналоговых вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в угол поворота стрелки с помощью первичного электромеханического ИП). В цифровом приборе осуществляется преобразование аналогового сигнала измерительной информации в цифровой код, и результат измерения отражается на цифровом табло.
Обобщенная структурная схема измерительного прибора приведена на рис.6.
Рис. 6. Обобщенная структурная схема измерительного прибора
Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.
Измерительная система - совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в системах управления, контроля, диагностирования и т.п.
3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапазоне с известной точностью вводят метрологические характеристики СИ с целью: обеспечения возможности установления точности измерений; достижения взаимозаменяемости СИ, сравнения СИ между собой и выбора нужных СИ по точности и другим характеристикам; определения погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических характеристик входящих в них СИ; оценки технического состояния СИ при поверке.
По ГОСТ 8.009-84 устанавливают перечень метрологических характеристик, способы их нормирования и формы представления. На практике наиболее распространены следующие метрологические характеристики СИ.
Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ (для преобразователей - это диапазон преобразования).
Предел измерения - наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения.
Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Для приборов с неравномерной шкалой нормируется минимальная цена деления.
Чувствительность - отношение изменения сигнала Ау на выходе СИ к вызвавшему это изменение изменению Ах сигнала на входе:
S=Ay/Ax.
Говоря о чувствительности, указывают чувствительность тока, напряжения ит.д.
Порог чувствительности - наименьшее значение измеряемой величины, вызывающее заметное изменение показаний прибора.
Величину, обратную чувствительности, называют постоянной прибора
C=\/S.
Вариация (гистерезис) - разность между показаниями СИ в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании измерений величины и неизменных внешних условиях.
Зависимость между выходным и входным сигналом СИ, полученную экспериментально, называют градуировочной характеристикой, которая может быть представлена аналитически (уравнение преобразования), графически или в виде таблицы. Градуировочная характеристика может изменяться под воздействием внешних и внутренних причин. Например, при быстром изменении тока подвижная часть СИ, вследствие инерции, не успевает «следить» за изменением тока. Градуировочная характеристика в этом случае должна выражаться дифференциальным уравнением.
Основная метрологическая характеристика СИ - погрешность СИ - есть разность между показаниями СИ X и истинными (действительными) значениями ФВ Q.
3.1. Основные понятия теории погрешностей
Качество средств и результатов измерений принято характеризовать, указывая их погрешности.
Погрешность результата каждого конкретного измерения складывается из многих составляющих, обязанных своим происхождением различным факторам и источникам. Классификация погрешностей измерения приведена на рис. 7.
По характеру проявления погрешности делятся на случайные, систематические, прогрессирующие и грубые (промахи).