3.9. Метрологические характеристики средств измерения

Измерение — процесс, итогом которого является результат измерения. Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.

Основными характеристиками качества результата измерения являются точность и достоверность, т. е. степень доверия, которые результат заслуживает. Стремясь повысить точность результата из­мерения, стараются уменьшить его погрешность и тем самым как можно больше приблизиться к истинному значению измеряемой ве­личины. Пути повышения точности сложны, дорогостоящи, трудо­емки и требуют длительного времени. Поэтому уровень точности, к которому следует стремиться, определяется критерием целесооб­разности, зависящим от конкретных условий и цели измерения.

Из всего множества критериев целесообразности метрология для средств измерений нормирует следующие метрологические характеристики, от кото­рых зависят точность и достоверность измерений:

• номинальную статическую характеристику преобразования измеритель­ного устройства;

• динамические характеристики средств измерений;

• характеристики суммарной, систематической и случайной составляю­щих погрешности средств измерений;

• вариацию показаний измерительного прибора и сигнала измерительного преобразователя;

• входное сопротивление измерительного устройства;

• цену деления равномерной шкалы, минимальную цену деления неравно­мерной шкалы и пределы шкалы измерительного прибора;

• характеристики выходного кода цифровых средств измерений;

• неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преоб­разователя и меры;

• функции влияния как зависимости изменений метрологических характе­ристик средств измерений от влияющих величин или неинформативных пара­метров входного сигнала;

• характеристики погрешности средств измерений в интервале изменений влияющей величины или неинформативного параметра входного сигнала;

• наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик, вы­званные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных пара­метров входного сигнала.

Нормирование прочих метрологических характеристик подчинено нор­мированию характеристик средств измерений, их погрешностей, которое осуществляется с подразделением погрешности средства измерений на систематическую и случайную составляющие или без такого подразделения.

Для систематической составляющей нормируют значения математического ожидания М и среднего квадратического отклонения . Норми­руемыми характеристиками случайной составляющей являются: среднее квадратическое отклонение, нормализованная автокорреляционная функция или функция спектральной плотности случайной составляющей погрешности.

Статические характеристики средств измерений соответствуют статическому режиму применения средств измерений, при котором измеряемая величина не зависит от времени, а длительность преобразования достаточная для затухания переходных процессов в измерительной цепи.

Связь между информативным параметром х входного сигнала и информативным параметром у выходного сигнала выражается функцией преобразования

y = f (x) . (3.1)

Средству измерений присваивается номинальная функция преобразования

Y_sf = f_sf (x) , (3.2)

называемая градуировочной характеристикой.

На основании зависимостей (3.1) и (3.2) определяют коэффициенты преобразования

K = y / x и K_sf =y_sf / x,

причем K_sf = const только тогда, когда зависимость (3.2) линейная и проходит через начало системы координат.

Производная от функции преобразования

S = dy / dx = f'(x)

или в конечных приращениях

S = y / x

называется чувствительностью средства измерений.

Номинальная чувствительность

S _sf (x) = y_sf / x .

Размерность чувствительности определяется отношением размерностей выходной и входной величин.

Порог чувствительности – наименьшее значение входной величины, вызывающее фиксируемое прибором изменение выходной величины.

Характеристики, соответствующие динамическому режиму применения средств измерений, при котором измеряемая величина зависит либо не зависит от времени, но погрешности измерения зависят от момента времени отбора измерительной информации, называют динамическими характеристиками.

В качестве динамической характеристики средства измерения используется переходная функция. Переходная функция h (t) - это отклик (реакция) динамической системы на входное воздействие в виде единичной функции 1 (t). Переходная функция позволяет определить динамические параметры и динамические свойства системы.