Приклади нормування допустимих границь похибок та класів точності для різних ЗВТ

Вираз для оцінювання границь основних допустимих похибок	Позначення класу точності	Примітка
У доку-ментації	На ЗВТ
Абсолютної	Кл.точ. М	М	-
Абсолютної	Кл.точ. С	с	-
Зведеної Х_к - нормоване значення	Кл.точ. 0,5	0,5	виражено в одиницях величини
Кл.точ. 1,5	1,5	визначається довжиною (чи частиною) шкали
Відносної	Кл.точ. 0,02		-
Відносної	Кл. точ. 0,02/0,01	0,02/0,01

Для стислого відображення характеристик точності ЗВТ та можливості порівняння різних ЗВТ, призначених для вимірювання однієї і тієї самої фізичної величини, щодо їх точності, кожному ЗВТ встановлюють клас точності.

Клас точності– узагальнена характеристика ЗВТ, що визначається границями його допустимих основної і додаткової похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентуються стандартами на окремі види засобів вимірювань.

Клас точності ЗВТ характеризує його властивості щодо точності, але не є безпосереднім показником точності вимірювань, що виконуються за його допомогою. Іншими словами, клас точності - це не похибка ЗВТ, а характеристика, за допомогою якої можна оцінити похибку ЗВТ. Можна застосувати вимірювальний прилад високого класу точності, але

Із порівняння виразів (8) і (9) за їх структурою і змістом випливає, що для цифрового ЗВ стала збігається з ціною поділки і дорівнює розміру кроку квантування

. Вказані на шкалі найменше і найбільше значення величини

називають відповідно початковим і кінцевим значеннями шкали ЗВ. Інтервал значень шкали ЗВ, обмежений початковим і кінцевим її значеннями, називається діапазоном показів. Та частина діапазону показів ЗВ, для якої пронормовані границі допустимих похибок, називається діапазоном вимірювань. Найменше і найбільше значення діапазону вимірювань називають нижньою і верхньою границею вимірювань. Досить часто діапазон вимірювань подається не в одиницях вимірюваної величини, а у вигляді нормованого сигналу для відповідних числових значень шкали засобу вимірювання і називається градуювальною характеристикою. Вона встановлюється як залежність між значеннями вимірюваної величини на вході та виході засобу вимірювань, отриманими під час градуювання та поданими у вигляді таблиці, графіка або формули. Наприклад, градуювальна характеристика автоматичного потенціометра, моста, логометра та інших приладів подана таблично як залежність показів температури на шкалі приладу від вхідного сигналу. Поряд з наведеними характеристиками важливе значення мають характеристики якості засобів вимірювань, які вказують на близькість результатів вимірювань, виконаних як в однакових, так і в різних умовах експерименту. Збіжність засобу вимірювань — характеристика якості, яка вказує на близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини, виконаних у однакових умовах. Відтворюваність засобу вимірювань —характеристика якості, яка відтворює близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини, виконаних у різних умовах, різних місцях, різними методами, засобами вимірювань та різними операторами. Стабільність засобу вимірювань — характеристика якості засобу вимірювань, яка вказує на незмінність у часі його метрологічних властивостей. Надійність засобу вимірювання -це його здатність зберігатисвої характеристики у заданих межах за даних умов експлуатації упродовж заданого часу.Для характеристики надійності застосовують такі показники: час безвідмовної роботи, термін роботи, наробка на відмову та ін. Інколи надійність роботи засобу вимірювання характеризують за його працездатністю або можливістю виконувати свої функції відповідно до технічних вимог. Надійність розглядається як властивість ЗВТ безвідмовно виконувати свої функції при збереженні точності в заданих межах. Вона

обумовлена експлуатаційною надійністю, що визначається ймовірністю безвідмовної роботи, і метрологічною, при якій метрологічні характеристики ЗВТ знаходятьсяв допустимих межах при даних умовах експлуатації за даний час. Для підвищення надійності при конструюванні повинні бути передбачені блочно-модульний принцип конструювання, резервування найбільш відповідальних елементів та регулярна метрологічна перевірка в процесі експлуатації. Слід зауважити, що на характеристики засобів вимірювальної техніки негативно впливають зовнішні умови (температура, тиск, вологість, вібрація, магнітні поля та ін.), тому умови експлуатації засобів вимірювальної техніки повинні відповідати умовам їх градуювання, вказаним у технічних паспортах. 3. Похибки засобів вимірювальної техніки Вимірювання фізичних величин не можна виконати абсолютно точно через недосконалість методів і засобів вимірювальної техніки, а також через вплив зовнішнього середовища та залежно від індивідуальних особливостей спостерігача. Внаслідок дії багатьох випадкових та детермінованих чинників, які проявляються як у процесі виготовлення та експлуатації засобів вимірювань, так і в процесі вимірювань, покази вимірювальних приладів неминуче відрізняються від істинного значення вимірюваної величини. Такі відхилення характеризуються похибками засобів вимірювань. Класифікують похибки за різними ознаками. Основними з них є класифікації за 1) за способом нормування метрологічних характеристик (за способом вираження): - абсолютна похибка, - відносна, - зведена; 2) за режимом роботи засобу вимірювання: -статична похибка, - динамічна похибка перехідних процесів, - похибка періодичних процесів; 3) за характером прояву: - систематична, - випадкова; 4) за відношенням до зовнішніх впливів : - основна, - додаткова; 5) за взаємодією з вихідним сигналом: - адитивна, - мультиплікативна, - змішана (адитивно-мультиплакітивна), - лінійності, - гістерезису. Абсолютною похибкою вимірювального приладуназивається різниця між його показом та істинним значенням вимірюваної величини за

вимірювальної техніки допускається до використання за призначенням. Додатковою називається похибка, властива засобам вимірювальної техніки, які застосовуються для вимірювання за умови відхилення впливових величин від їх нормальних значень. Впливові величини можна групувати за такими ознаками: - технологічними - механічними, - кліматичними, - конструктивними. До технологічних впливових величин належать збурення, зумовлені технологічними причинами, які мають зв’язок зі структурою і властивостями вимірюваного середовища: розподіл швидкостей в перерізі потоку, пульсації витрати і тиску в потоці, гідравлічні удари, фізичні та фізико-хімічні властивості потоку, параметри стану потоку. Розподіл швидкості в перерізі потоку злежить, як правило, від конструкції трубопроводу, наявності місцевих гідравлічних опорів. Пульсації витрати та тиску переважно зумовлені роботою компресорів та помп і інших технологічних агрегатів, які є в гідравлічній схемі трубопроводів. Гідравлічні удари виникають в момент запуску та зупинки потоку, і їх інтенсивність зумовлена режимом роботи відсікаючих клапанів. Фізичні і фізико-хімічні властивості середовища залежать від якості його підготовки (фільтрація, сушіння) і змінюються від температури і меншою мірою від тиску середовища. Параметри стану потоку залежать від дії технологічних агрегатів та дії оточуючого середовища. До механічних впливів належать механічні вібрації, акустичний шум, механічні удари і лінійні прискорення. До кліматичних впливових величин відносять температуру навколишнього середовища, атмосферний тиск, вологість, теплові сонячні потоки, атмосферні опади. Ці фактори вливають, як правило, на пристрої з електронними радіоелементами, і оцінюються як залишкові впливи. Прикладом конструктивних впливових величин можуть бути: орієнтація засобу вимірювання в просторі, режим живлення, напруга джерела живлення, опір і ємність кабельних ліній. Основні та додаткові похибки нормуються межами допустимих їх значень і аналітично задаються за допомогою формул або ж встановлюються за таблицями граничних допустимих абсолютних та зведених похибок для різних номінальних значень і впливових величин. Для зменшення і усунення додаткових похибок застосовують такі методи: 1) наближення умов градуювання до умов експлуатації, 2) впровадження конструктивних заходів захисту засобів вимірювання від дії впливових факторів або застосування інваріантних до цих факторів схем. 3) введення поправок в результати вимірювання. Межі допустимої основної похибки засобів технологічних вимірювань задаються у вигляді абсолютних, відносних та зведених похибок, формули яких наведених у таблиці 1. Таблиця 1

Рис.1. Похибки засобів вимірювальної техніки а –мультиплікативна, б – адитивна. Адитивноюназивається похибка, яка має стале значення на всій шкалі (рис. 1, б). Значення похибок засобів вимірювань встановлюється відповідно до стандартів і вимог при нормальних умовах їх використання, а також при відхиленні впливових величин від нормальних значень. Під нормальнимирозуміють такі умови застосування засобів вимірювань, при яких величини, що впливають на процес вимірювання (температура, вологість, тиск, частота, напруга, зовнішні магнітні поля, вібрація тощо) мають нормальні значення, Останні встановлюються стандартами або вказуються у технічних умовах для відповідних засобів вимірювання як номінальні значення з відхиленнями. Наприклад, температура повинна становити 20 ± 2 °С; тиск — 101 325 Па; вологість — не перевищувати 80 %; напруга -220±10 В та ін. Відповідно до стандарту, нормальні умови застосування засобів вимірювальної техніки — це умови, за яких величини, що виявляють зовнішній вплив, мають нормальні значення або перебувають у межах нормального інтервалу значень. Похибка, властива засобам технічного вимірювання, що працюють у нормальних умовах використання, називається основною і нормується межами допустимої основної похибки. Лише тоді, коли основна похибка не перевищує допустимих меж, засіб

відсутності методичних похибок і похибок від взаємодії засобу вимірювань з об'єктом вимірювання: D = х -Q, (10) де х, — показання засобу вимірювань; Q— істинне значення вимірюваної величини, Проте у метрологічній практиці вимірювань замість істинних величин мать справу з дійсними значеннями Х_д вимірюваних величин, визначених розрахунковим або експериментальним шляхом за допомогою точніших зразкових засобів вимірювань. Тому абсолютна похибка дорівнює: D = х - Х_д. , (11) Границі дапутсимої абсолютної похибки встановлюються за формулою D = ± a (12) або D = ± (a+bx) (13) де D -границі допустимої абсолютної похибки, виражені в одиницях вимірюваної величини або умовно в поділках шкали, a,b –додатні числа, незалежні від x. Відносною похибкою засобу вимірювань називається відношення абсолютної похибки засобу вимірювань до істинного або дійсного значення вимірюваної величини, виражене у відсотках: d_х=(D / Х_д)×100% (14) Границі допустимої відносної похибки d встановлюються за формулою

(15) якщо D встановлено за формулою (12) або за формулою

(16) якщо D встановлено за формулою (13), де Х_k -більша за модулем межа вимірювань, c,d –додатні числа, c=b+d : d=a/׀ Х_k ׀ (17) Зведеною похибкою засобу вимірювань називається відношення абсолютної похибки до розмаху шкали засобу вимірювань, виражене у відсотках:

(18)

де Х_N — розмах шкали засобу вимірювань, p –додатнє число. Зауважимо, що при імітаційному методі повірки засобу вимірювання в формулі замість шкали Х_N підставляється нормоване значення шкали, яке відповідає градуювальним характеристикам. Варіацієюназивається найбільша різниця між двома показами засобу вимірювання, коли одне й те саме дійсне значення вимірюваної величини досягається в результаті її збільшення чи зменшення. Статичні похибкимають місце при вимірюванні величини після закінчення перехідних процесів в елементах та перетворювачах засобу вимірювання, тобто незмінної в часі величини. Динамічні похибкиз'являються при вимірюванні змінних величин і зумовлені інерційними властивостями засобів вимірювань. На практиці кожне вимірювання фізичної величини виконується з деякою похибкою. Наявність похибки пояснюється різними причинами. Основними з них є: малий досвід оператора, спрацювання вимірювального приладу, неправильне установлення вимірювального приладу при виконанні вимірювань, зміна параметрів навколишнього середовища (температури, тиску, вологості), вплив зовнішнього електромагнітного поля і т. ін. Всі ці причини називають джерелами похибок. Для розробки методів виключення чи зменшення похибок, а також визначення їх значень всі похибки за причинами, які їх викликають, поділяють на групи: -систематичні похибки, які виникають під дією постійних або змінних за відомим законом факторів; -випадкові похибки, які виникають під дією випадкової сукупності змінних за часом причин; -грубі похибки, які, в основному, обумовлені помилками оператора, різкою зміною напруги, живлення і ін., -промахи, які є наслідком несправності ЗВТ, порушення правил його експлуатації, помилкового зчитуваня показів, їх запису тощо. Промахи виявляються безпосередньо в процесі вимірювань. Систематичні похибки можна визначити, урахувати заздалегідь і виключити із результатів вимірювань при виконанні деяких технічних рекомендацій (проведення калібрування приладу перед початком вимірювань, прогрівання приладу протягом часу, який указаний в інструкції по експлуатації, правильне розміщення приладу, розташування приладів удалині від сторонніх нагрівальних предметів і т. ін.). Систематична похибка вважається виключеною якщо ׀D׀ ≤ 0,05D при n=1 (19) та D׀ ≤ 0,05D при n=2 (20) де n – число значущих цифр, яким виражається границя D допустимої похибки результату вимірювань. Випадкові похибки можна виявити при багаторазовому вимірюванні однієї і тієї ж величини за допомогою одних і тих же приладів. Їх не можна виключити, але можна урахувати, використовуючи методи теорії

ймовірностей і математичної статистики Систематичні похибки як функцію вимірюваної величини можна показати як суму похибок схеми, яка визначається самою структурою засобу вимірювань, та технологічних похибок, зумовлених похибками виготовлення елементів цього засобу. Похибки схеми і технологічні похибки можна розглядати як систематичні лише при вимірюванні постійної вимірюваної величини за допомогою одного засобу вимірювань. У загальній же масі вимірювань фізичних величин за допомогою багатьох засобів вимірювань одержані систематичні похибки слід відносити до класу випадкових. Похибки схеми і технологічні похибки суттєво та принципово відрізняються. Якщо перші впливають на характер зміни по шкалі сумарної похибки всіх засобів вимірювання, то технологічні похибки індивідуальні для кожного зразка ЗВТ, тобто їх значення для кожного приладу в одній і тій самій точці різні. Характеристики елементів засобів вимірювальної техніки змінюються при їх експлуатації в екстремальних умовах або агресивному середовищі. Це відбувається з двох причин: природні процеси старіння та зношування елементів засобів вимірювань, навіть якщо їх експлуатація відбувається в умовах, близьких до умов градуювання. Ці причини можна віднести до інструментального виявлення нестабільності характеристик. Крім того, необхідність регламентування додаткових похибок може зумовлюватись суттєвими змінами зовнішніх умов експлуатації засобів вимірювань порівняно з умовами виконаного градуювання. Цю причину можна вважати методичною, вона зумовлена мінливістю навколишнього середовища. Всі ці обставини спричиняють зміну відхилення статичної характеристики у той чи інший бік від градуювальної характеристики (рис. 1). Якщо ширина смуги зростає пропорційно до зростання вхідної величини х, а при х = 0 вона також дорівнює нулю, то така похибка називається мультиплікативною. Смуга, обмежена прямими S'_х та S ''_х, (рис..1, а) є областю невизначеності і характеризується похибкою чутливості.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Нормовані метрологічні характеристики засобів вимірювальної техніки	\|	ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.