Предмет и задачи метрологии

   2) для  средств измерений, у которых  нулевое значение располагается на краю шкалы измерения или вне шкалы, нормирующее значение принимается равным конечному значению из диапазона измерений. Исключением являются средства измерений с существенно неравномерной шкалой измерения;

   3) для  средств измерений, у которых  нулевая отметка располагается внутри диапазона измерений, нормирующее значение принимается равным сумме конечных численных значений диапазона измерений;

   4) для  средств измерения (измерительных  приборов), у которых шкала неравномерна, нормирующее значение принимается равным целой длине шкалы измерения или длине той ее части, которая соответствует диапазону измерения. Абсолютная погрешность тогда выражается в единицах длины.

   Погрешность  измерения включает в себя  инструментальную погрешность, методическую  погрешность и погрешность отсчитывания. Причем погрешность отсчитывания возникает по причине неточности определения долей деления шкалы измерения.

   Инструментальная  погрешность – это погрешность,  возникающая из—за допущенных  в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.

   Методическая  погрешность – это погрешность,  возникающая по следующим причинам:

   1) неточность  построения модели физического  процесса, на котором базируется  средство измерения;

   2) неверное  применение средств измерений.

   Субъективная  погрешность – это погрешность  возникающая из—за низкой степени  квалификации оператора средства  измерений, а также из—за погрешности  зрительных органов человека, т.  е. причиной возникновения субъективной  погрешности является человеческий фактор.

   Погрешности  по взаимодействию изменений  во времени и входной величины  делятся на статические и динамические  погрешности.

   Статическая  погрешность – это погрешность,  которая возникает в процессе  измерения постоянной (не изменяющейся  во времени) величины.

   Динамическая  погрешность – это погрешность,  численное значение которой вычисляется  как разность между погрешностью, возникающей при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью  значения измеряемой величины в определенный момент времени).

   По характеру  зависимости погрешности от влияющих  величин погрешности делятся  на основные и дополнительные.

   Основная  погрешность – это погрешность,  полученная в нормальных условиях  эксплуатации средства измерений (при нормальных значениях влияющих величин).

   Дополнительная  погрешность – это погрешность,  которая возникает в условиях  несоответствия значений влияющих  величин их нормальным значениям,  или если влияющая величина  переходит границы области нормальных значений.

   Нормальные  условия – это условия, в  которых все значения влияющих  величин являются нормальными  либо не выходят за границы  области нормальных значений.

   Рабочие  условия – это условия, в  которых изменение влияющих величин  имеет более широкий диапазон (значения влияющих не выходят за границы рабочей области значений).

   Рабочая  область значений влияющей величины  – это область значений, в которой  проводится нормирование значений  дополнительной погрешности.

   По характеру  зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.

   Аддитивная  погрешность – это погрешность,  возникающая по причине суммирования  численных значений и не зависящая  от значения измеряемой величины, взятого по модулю (абсолютного).

   Мультипликативная  погрешность – это погрешность,  изменяющаяся вместе с изменением  значений величины, подвергающейся  измерениям.

   Надо  заметить, что значение абсолютной  аддитивной погрешности не связано  со значением измеряемой величины  и чувствительностью средства измерений. Абсолютные аддитивные погрешности неизменны на всем диапазоне измерений.

   Значение  абсолютной аддитивной погрешности  определяет минимальное значение  величины, которое может быть  измерено средством измерений.

   Значения мультипликативных погрешностей изменяются пропорционально изменениям значений измеряемой величины. Значения мультипликативных погрешностей также пропорциональны чувствительности средства измерений Мультипликативная погрешность возникает из—за воздействия влияющих величин на параметрические характеристики элементов прибора.

   Погрешности,  которые могут возникнуть в  процессе измерений, классифицируют  по характеру появления. Выделяют:

   1) систематические  погрешности;

   2) случайные  погрешности.

   В процессе измерения могут также появиться грубые погрешности и промахи.

   Систематическая  погрешность – это составная  часть всей погрешности результата  измерения, не изменяющаяся или  изменяющаяся закономерно при  многократных измерениях одной  и той же величины. Обычно систематическую погрешность пытаются исключить возможными способами (например, применением методов измерения, снижающих вероятность ее возникновения), если же систематическую погрешность невозможно исключить, то ее просчитывают до начала измерений и в результат измерения вносятся соответствующие поправки. В процессе нормирования систематической погрешности определяются границы ее допустимых значений. Систематическая погрешность определяет правильность измерений средств измерения (метрологическое свойство).

   Систематические  погрешности в ряде случаев  можно определить экспериментальным  путем. Результат измерений тогда  можно уточнить посредством введения  поправки.

   Способы  исключения систематических погрешностей  делятся на четыре вида:

   1) ликвидация  причин и источников погрешностей  до начала проведения измерений;

   2) устранение  погрешностей в процессе уже  начатого измерения способами  замещения, компенсации погрешностей  по знаку, противопоставлениям,  симметричных наблюдений;

   3) корректировка результатов измерения посредством внесения поправки (устранение погрешности путем вычислений);

   4) определение  пределов систематической погрешности  в случае, если ее нельзя устранить.

   Ликвидация  причин и источников погрешностей  до начала проведения измерений. Данный способ является самым оптимальным вариантом, так как его использование упрощает дальнейший ход измерений (нет необходимости исключать погрешности в процессе уже начатого измерения или вносить поправки в полученный результат).

  Для устранения систематических погрешностей в процессе уже начатого измерения применяются различные способы

   Способ  введения поправок базируется  на знании систематической погрешности  и действующих закономерностей  ее изменения. При использовании  данного способа в результат измерения, полученный с систематическими погрешностями, вносят поправки, по величине равные этим погрешностям, но обратные по знаку.

   Способ  замещения состоит в том, что  измеряемая величина заменяется  мерой, помещенной в те же  самые условия, в которых находился объект измерения. Способ замещения применяется при измерении следующих электрических параметров: сопротивления, емкости и индуктивности.

   Способ  компенсации погрешности по знаку  состоит в том, что измерения  выполняются два раза таким образом, чтобы погрешность, неизвестная по величине, включалась в результаты измерений с противоположным знаком.

   Способ  противопоставления похож на  способ компенсации по знаку.  Данный способ состоит в том,  что измерения выполняют два  раза таким образом, чтобы источник погрешности при первом измерении противоположным образом действовал на результат второго измерения.

   Случайная  погрешность – это составная  часть погрешности результата  измерения, изменяющаяся случайно, незакономерно при проведении повторных измерений одной и той же величины. Появление случайной погрешности нельзя предвидеть и предугадать. Случайную погрешность невозможно полностью устранить, она всегда в некоторой степени искажает конечные результаты измерений. Но можно сделать результат измерения более точным за счет проведения повторных измерений. Причиной случайной погрешности может стать, например, случайное изменение внешних факторов, воздействующих на процесс измерения. Случайная погрешность при проведении многократных измерений с достаточно большой степенью точности приводит к рассеянию результатов.

   Промахи  и грубые погрешности – это  погрешности, намного превышающие  предполагаемые в данных условиях  проведения измерений систематические  и случайные погрешности. Промахи  и грубые погрешности могут появляться из—за грубых ошибок в процессе проведения измерения, технической неисправности средства измерения, неожиданного изменения внешних условий.

15. Качество  измерительных приборов 

 

   Качество  измерительного прибора – это  уровень соответствия прибора своему прямому предназначению. Следовательно, качество измерительного прибора определяется тем, насколько при использовании измерительного прибора достигается цель измерения.

   Главная  цель измерения – это получение  достоверных и точных сведений об объекте измерений.

   Для того  чтобы определить качество прибора,  необходимо рассмотреть следующие  его характеристики:

   1) постоянную  прибора;

   2) чувствительность  прибора;

   3) порог  чувствительности измерительного  прибора;

   4) точность измерительного прибора.

   Постоянная  прибора – это некоторое число,  умножаемое на отсчет с целью  получения искомого значения  измеряемой величины, т. е. показания  прибора. Постоянная прибора в  некоторых случаях устанавливается  как цена деления шкалы, которая представляет собой значение измеряемой величины, соответствующее одному делению.

   Чувствительность  прибора – это число, в числителе  которого стоит величина линейного  или углового перемещения указателя  (если речь идет о цифровом  измерительном приборе, то в числителе будет изменение численного значения, а в знаменателе – изменение измеряемой величины, которое вызвало данное перемещение (или изменение численного значения)).

   Порог  чувствительности измерительного  прибора – число, являющееся  минимальным значением измеряемой величины, которое может зафиксировать прибор.

   Точность  измерительного прибора – это  характеристика, выражающая степень  соответствия результатов измерения  настоящему значению измеряемой  величины. Точность измерительного  прибора определяется посредством установления нижнего и верхнего пределов максимально возможной погрешности.

   Практикуется  подразделение приборов на классы  точности, основанное на величине  допустимой погрешности.

   Класс  точности средств измерений –  это обобщающая характеристика средств измерений, которая определяется границами основных и дополнительных допускаемых погрешностей и другими, определяющими точность характеристиками Классы точности определенного вида средств измерений утверждаются в нормативной документации. Причем для каждого отдельного класса точности утверждаются определенные требования к метрологическим характеристикам Объединение установленных метрологических характеристик определяет степень точности средства измерений, принадлежащего к данному классу точности.

   Класс  точности средства измерений  определяется в процессе его  разработки. Так как в процессе  эксплуатации метрологические характеристики  как правило ухудшаются, можно  по результатам проведенной калибровки (поверки) средства измерений  понижать его класс точности.

16. Погрешности  средств измерений 

 

   Погрешности  средств измерений классифицируются  по следующим критериям:

   1) по  способу выражения;

   2) по  характеру проявления;

   3) по  отношению к условиям применения. По способу выражения выделяют абсолютную и относительную погрешности.

   Абсолютная  погрешность вычисляется по формуле:

   ΔQn =Qn −Q0,

   где ΔQ n – абсолютная погрешность проверяемого  средства измерения;

   Qn – значение  некой величины, полученное с  помощью проверяемого средства измерения;

   Q0 – значение  той же самой величины, принятое  за базу сравнения (настоящее  значение).

   Относительная  погрешность – это число, отражающее  степень точности средства измерения.  Относительная погрешность вычисляется  по следующей формуле:

 

 

 

   где ΔQ  – абсолютная погрешность;

   Q 0 –  настоящее (действительное) значение  измеряемой величины.

   Относительная  погрешность выражается в процентах.

   По характеру  проявления погрешности подразделяют  на случайные и систематические.

   По отношению к условиям применения погрешности подразделяются на основные и дополнительные.

   Основная  погрешность средств измерения  – это погрешность, которая  определяется в том случае, если  средства измерения применяются  в нормальных условиях.

   Дополнительная  погрешность средств измерения – это составная часть погрешности средства измерения, возникающая дополнительно, если какая—либо из влияющих величин выйдет за пределы своего нормального значения.

17. Метрологическое  обеспечение измерительных систем 

 

   Метрологическое обеспечение – это утвержение и использование научно—технических и организационных основ, технических приборов, норм и стандартов с целью обеспечения единства и установленной точности измерений. Метрологическое обеспечение в своем научном аспекте базируется на метрологии.

   Можно  выделить следующие цели метрологического  обеспечения:

   1) достижение  более высокого качества продукции;

   2) обеспечение  наибольшей эффективности системы  учета;

   3) обеспечение  профилактических мероприятий, диагностики и лечения;

   4) обеспечение  эффективного управления производством;