9. Основными метрологическими характеристиками являются диапазон измерений (или показаний) и различные составляющие погрешности средства измерений.

Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики.

Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями, т. е. наименьшим и наибольшим значениями измеряемой величины.

Шкала - это часть устройства, представляющая собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчетов или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины.

Отметка шкалы - это знак (штрих, точка и т. п.) на шкале, соответствующий некоторому отдельному значению измеряемой величины.

Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.

Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Чувствительность измерительного прибора - отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Различают абсолютную и относительную чувствительность.

Абсолютная чувствительность определяется по формуле

Относительная чувствительность определяется по формуле

где Д/ - изменение сигнала на выходе; х - измеряемая величина; Ах - изменение измеряемой величины.

Неизменность во времени метрологических характеристик измерительного прибора определяет его стабильность.

Стабильность средств измерений определяется как наибольшая разность между повторными показаниями измерительного прибора (наибольший разброс показаний) при многократном измерении одной и той же величины при неизменных внешних условиях. Этот показатель является конструктивной характеристикой и отражает качество изготовления прибора.

10. Порог реагирования (чувствительности) — изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение пока­заний, обнаруживаемое наблюдателем при нормальном для данно­го прибора способе отсчета.

Вариация показаний — средняя разность между пока­заниями прибора, соответствующими данной точке диапазона из­мерений, при двух направлениях медленного многократного изме­нения измеряемой величины. Показанием называется значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству при­бора и выраженное в принятых единицах этой величины. Вариация характеризует, насколько устойчиво повторяются показания прибо­ра'при измерениях одних и тех же значений величин.

Время установления показаний (время - -успокое­ния) — промежуток времени, прошедший с момента изменения из­меряемой величины до момента установления показаний. Для ана­логовых приборов момент установления показаний определяется моментом, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погрешность прибора.

11. Разность между измеренным и действительным значением величины называется абсолютной погрешностью прибора. 

Разность между измеренным и действительным значением величины называется абсолютной погрешностью прибора. Число, указывающее класс точности прибора, показывает в процентах наибольшую погрешность 7-прибора от его максимального показания. Иначе говоря, оно показывает номинальную погрешность прибора.

Если класс точности на шкале прибора не указан, то абсолютную погрешность прибора обычно принимают равной половине цены наименьшего деления шкалы прибора. Например, абсолютная погрешность измерения длины миллиметровой линейкой часто принимается равной 0.5 мм. 

12. Основная и дополнительная погрешности в метрологии имеют большое значение. Они характеризуют взаимодействие измерения и различных сил, противодействующих точности измерения. Я хочу рассмотреть определения этих величин(т.е. ответить на вопрос – что же такое основная и дополнительная погрешность), и дать определения тем вещам, которые имеют места в их определении.

Основная погрешность – реализуется при условии, когда влияющие величины несут несущественное воздействие.

Влияющая величина – не является измеряемой данным СИ, но оказывает влияние на результаты.

Рабочие условия – условия применения СИ, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей.

Рабочая область – область значений, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность СИ.

Дополнительная погрешность – изменение погрешности СИ, вызванное отклонением одной из влияющих величин от ее нормального значения, или выход за пределы нормальной области значений.

13. Абсолютная погрешность D -  это разность между измеренным X и истинным Xи значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины:    D = Х - Хи .         Поскольку истинное значение измеряемой величины определить невозможно, вместо него на практике используют действительное значение измеряемой величины Хд. Действительное значение находят экспериментально, путем применения достаточно точных методов и средств измерений. Оно мало отличается от истинного значения и для решения поставленной задачи может использоваться вместо него. При поверке за действительное значение обычно принимают показания образцовых средств измерений. Таким образом, на практике абсолютную погрешность находят по формуле      D » Х – Хд .       Относительная погрешность  d — это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины (она обычно выражается в процентах) :   

14. Систематической погрешностью называется составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. При этом предполагается, что систематические погрешности представляют собой определенную функцию неслучайных факторов, состав которых зависит от физических, конструкционных и технологических особенностей средств измерений, условий их применения, а также индивидуальных качеств наблюдателя. Сложные детерминированные закономерности, которым подчиняются систематические погрешности, определяются либо при создании средств измерений и комплектации измерительной аппаратуры, либо непосредственно при подготовке измерительного эксперимента и в процессе его проведения. Совершенствование методов измерения, использование высококачественных материалом, прогрессивная технология — все это позволяет на практике устранить систематические погрешности настолько, что при обработке результатов наблюдений с их наличием зачастую не приходится считаться.

Систематические погрешности принято классифицировать в зависимости от причин их возникновения и по характеру их проявления при измерениях.

15. Случайная погрешность – это составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Наличие случайных погрешностей выявляется при проведении ряда измерений постоянной физической величины, когда оказывается, что результаты измерений не совпадают друг с другом.

Часто случайные погрешности возникают из-за одновременного действия многих независимых причин, каждая из которых в отдельности слабо влияет на результат измерения.

Во многих случаях влияние случайных погрешностей можно уменьшить путем выполнения многократных измерений с последующей статистической обработкой полученных результатов.

В некоторых случаях оказывается, что результат одного измерения резко отличается от результатов других измерений, выполненных при тех же контролируемых условиях.

В этом случае говорят о грубой погрешности (промахе измерения).

Причиной могут послужить ошибка оператора, возникновение сильной кратковременной помехи, толчок, нарушение электрического контакта и т. д. Такой результат, содержащий грубую погрешность необходимо выявить, исключить и не учитывать при дальнейшей статистической обработке результатов измерений.

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Класс точности выбирается из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)*10ⁿ, где n = 1; 0; -1; -2 и т.д.

16. Аналоговыми называются приборы, показания которых являются непрерывной функцией измерения измеряемой величины. В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной. Они относятся к приборам прямого действия и строятся по следующей структурной схеме, представленной на рис. 68.

  Рис.68. Структурная схема аналогового прибора

 

Здесь ИЦ - измерительная цепь, ИМ - измерительный механизм, ОУ -отсчетное устройство.

Измерительная цепь обеспечивает преобразования измеряемой величины в промежуточную величину, которая уже воздействует на измерительный механизм. Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же измерительный механизм при измерениях разнородных величин: напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.

В измерительном механизме электромагнитная энергия преобразуется в поворот подвижной части на некоторый угол. Возникающий при этом момент называется вращающим.Он определяется выражением

, где W_э - электромагнитная энергия,  a- угол поворота.

Под действием вращающего момента подвижная часть всегда будет поворачиваться до упора. Для того чтобы угол поворота зависел от измеряемой величины, создается противодействующий момент, направленный навстречу вращающему и зависящий от угла поворота. В большинстве электроизмерительных приборов противодействующий момент создается плоской спиральной пружинкой, для которой справедливо соотношение

, где m_a - коэффициент, зависящий от свойств материала и размеров пружинки. При совместном воздействии вращающего и противо действующего моментов положение равновесия, т. е. установившееся отклонение стрелки, определяется из условия равенства моментов по модулю.

Отсюда получим основное уравнение преобразования

 .

Решение этого уравнения представляет собой градуировочную характеристику прибора.

По способу преобразования измерительные механизмы делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические и индукционные.

Наиболее распространенными в практике технических измерений являются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической системы.