Основные характеристики измерительного прибора

Классификация средств измерений.

Классификация осуществляется на основе  характера зависимости измеряемой величины от времени, условий, определяющих точность измерения, и способов выражения этих результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения средства измерений могут быть разделены на  статические ( измеряемая величина постоянная) и динамические ( измеряемая величина может изменяться).

По способу получения результата - на прямые, косвенные , совокупные и совместные измерения.

Прямые измерения – искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных, при этом измеряемую величину сравнивают с мерой измерительными приборами, градуированными в требуемых единицах.

Косвенные измерения – искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым  измерениям, когда искомую величину сложно измерить прямым измерением.

Совокупные измерения – одновременно измеряют несколько одноименных величин и искомые значения величин находят, решая   систему уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними.

По способу выражения результатов измерения – на абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение – основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и использовании значений физических констант.

Относительные измерения – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

По используемому методу измерения  т.е. по совокупности приемов и использования принципов и средств измерений .

Метод непосредственной оценки – значение величины непосредственно определяют по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации:

противопоставление – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами;

дифференциальный метод – на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой;

нулевой метод – результирующий эффект воздействия величин на прибор доводят до нуля;

метод замещения – измеряемую величину замещают известной, воспроизводимой мерой;

метод совпадения – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Основные характеристики измерений.

1.   Принцип измерений – это физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерения.

2.   Погрешность измерения – отклонение измеряемого значения физической величины от истинного значения.

3.   Точность измерений – качество измерений, отображающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

4.   Правильность измерений – качество измерений, отображающее близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.

5.   Достоверность измерений – степень доверия к результатам измерения. Измерения, для которых известны вероятностные характеристики отклонения результатов от истинного значения, относится к достоверным.

6.   Сходимость измерения – качество измерения отображающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.

7.   Воспроизводимость измерения – качество измерения, отображающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в разных условиях.

Погрешности измерений.

Оценка достоверности измерений – основная задача метрологии.

По способу числового выражения различают абсолютные и относительные погрешности.

В зависимости от источника возникновения могут быть инструментальные, методические и субъективные погрешности. Инструментальная погрешность обуславливается погрешностью средств измерения. Методическая возникает из-за несовершенства разработки теории явлений, положенных в основу метода измерений, из-за неточности соотношений, используемых для нахождения оценки измеряемой величины, а так же из-за несоответствия измеряемой величины ее модели.

По закономерности проявления – случайные и систематические погрешности. Систематические погрешности измерения (c)- составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянно или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность измерения ()-составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Грубые погрешности измерений- случайные погрешности измерений, существенно превышающие ожидаемые при данных условиях погрешности.

Погрешности средств измерения.

Инструментальной погрешностью измерения называется  составляющая погрешности измерений, обусловленная свойствами применяемых средств измерения.

Согласно ГОСТ 8.0009-84 различают четыре составляющих погрешности средств измерений:

1.   Основная;

2.   Дополнительная;

3.   Динамическая;

4.   Обусловленная взаимодействием средств измерения и объекта измерения.

Основная погрешность  – обусловлена неидеальностью собственных средств измерения и показывает отличие действительной функции преобразования средств измерения в нормальных условиях от номинальной функции преобразования.

По способу числового выражения основной погрешности различают: абсолютную, относительную и приведенную погрешности.

 Абсолютная погрешность измерительного прибора- это разность между показаниями прибора Х и истинными значениями А измеряемой величины:

Относительная погрешность измерительного прибора- это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, взятое в %

Относительная погрешность существенно изменяется вдоль шкалы аналогового прибора. С уменьшением значений измеряемой величины относительная погрешность увеличивается.

Приведенная погрешность измерительного прибора- это отношение абсолютной погрешности к нормированному значению  XN, взятое в %.

Основной погрешностью прибора является его погрешность в нормальных условиях работы.

Аддитивная погрешность (а)- не зависит от чувствительности прибора и является постоянной для всех входных величин в пределах диапазона измерений.

Мультипликативная погрешность (bx)- зависит от чувствительности прибора и изменяется пропорционально текущему значению входной величины (прямая 2).

3-аддитивная погрешность;

2-мультипликативная погрешность;

1-суммирующая абсолютная погрешность;

Суммарная абсолютная погрешность: .

Дополнительная погрешность обусловлена реакцией средства измерения на изменение входных величин и непосредственных параметров входных сигналов. Неинформативными называются параметры, не используемые для передачи значения изменяемой величины. Эта погрешность зависит от свойств средств измерений и от изменения влияющих величин, отличных от нормальных. Нормальные условия: температура окружающего воздуха -  20 5С, относительная  влажность воздуха – 30-80%, атмосферное давление – 630-795 мм рт. ст., напряжение сети – 220  4,4 В., частота тока – 50  0,5 Гц.

Погрешность обусловлена взаимодействием средств измерения и объекта измерения- это погрешности которые вносит прибор в функционирование объекта измерения.

Динамическая погрешность- обусловлена реакцией средства  измерения на  скорость (частоту) изменения входного сигнала   и зависит от динамических свойств средств измерений, от частотного спектра входного сигнала, изменения нагрузки и влияющих величин.

Полная динамическая характеристика- это характеристика, полностью описывающая принятую математическую модель динамических свойств средства измерения и однозначно определяющая изменение выходного сигнала средства измерения при любом изменении во времени информативного или неинформативного параметра входного сигнала или влияющей величины.

Частная динамическая характеристика- это любой функционал или параметр полной динамической характеристики.

Классы точности.

Класс точности служит для сопоставления средств измерений одной и той же физической величины.

 Класс точности средства измерения- это общая характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а так же другими свойствами, влияющими на точность измерений, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерения.