1.2.1. Метрологические свойства ип

При работе с ИП используются следующие метрологические характеристики измерительных преобразователей:

1) статическая характеристика;

2) коэффициент передачи (чувствительность);

3) порог чувствительности;

4) погрешность преобразования.

1. Статическая характеристика – это функциональная зависимость выходной величины y от входной x в установившемся состоянии. Отображается функцией либо графиком. Рисунок 6 представляет типичные примеры статических характеристик датчиков. Идеальной линейностью вряд ли обладает любой преобразователь (линейным его можно считать лишь с определённым допуском). Гистерезис вызывают люфты, зазоры, потери, намагничивание, поляризация и т.п. – несовпадение характеристики ИП при увеличении входной величины и при её последующем уменьшении. Релейной характеристикой обладает, например, биметаллический датчик температуры с электрической контактной группой.

Рис. 6. Статические характеристики датчиков: 1 – линейные;

2 – нелинейные; 3 – датчики с гистерезисом; 4 – релейный датчик

2. Коэффициент передачи:

В измерительной технике для этого параметра чаще используется термин чувствительность (). Для датчиков с линейной статической характеристикой приращение выходной величины связано с вызвавшим его приращением входной величины через чувствительность

3. Порог чувствительности:

Порог чувствительности – минимальное изменение входной величины способное вызвать изменение выходной величины.

4. Погрешности ИП:

Разновидностей погрешностей множество. В метрологии для классификации этих разновидностей используется несколько вариантов. В качестве базового можно использовать вариант классификации, в котором погрешности разделяются на следующие разновидности:

4.1. Инструментальная погрешность.

Вызывается определенным «несовершенством» изготовления ИП. Примерами факторов, определяющих инструментальную погрешность, могут служить: дрейф нуля, нестабильность коэффициента передачи, неточность градуировки, ошибки изготовления. Инструментальную погрешность можно отождествить с отклонением реальной статичной характеристики от номинальной.

4.2. Методические погрешности.

В принципе имеют место даже при идеальности всех элементов ИП. Вызываются «косвенностью» измерительного преобразования. При косвенном измерительном преобразовании выходной физической величиной ИП является величина функционально связанная с преобразуемой (входной) величиной. Т.е. при таком преобразовании о значении измеряемой (входной) величины судить по значению другой физической величины, отражающем значение нужной величины лишь приблизительно. При этом измерительное преобразование или их совокупность выбирается с целью оптимизации технической реализации датчика.

Примеры: 1. Измерение концентрации (измерение плотности раствора по его электропроводности). 2. Получение информации о температуре с использованием терморезистора (информация о температуре по электрическому сопротивлению). 3. Получение информации о влажности воздуха реализуется множеством способов (впрочем, это справедливо для большинства измерительных преобразований). 3.1. При измерении влажности ртутным психрометром о измеряемой величине судят по шкале значений, входными параметрами которой являются уровни «столба» двух термометров – «сухого» и «влажного». 3.2. При использовании электрических гигрометров о влажности воздуха судят по электропроводности влагоабсорбирующих материалов. Например, таблетка спрессованных угольных частиц вполне подойдёт для такого ИП. В современных ИП данного целевого назначения наверняка используются более оптимизированные материалы. 3.3. Механический метод измерения влажности – измерение линейных размеров ЧЭ в зависимости от влажности воздуха. Классическим примером такого ЧЭ является конский волос (позже - капроновая нить). 3.4. Спектрографический метод получения информации о влажности – о влажности воздуха судят по степени поглощения инфракрасного излучения (очевидна необходимость наличия у такого средства измерения источника и приёмника инфракрасного излучения и достаточно сложной электронной измерительной схемы).

4.3. Дополнительные погрешности.

Определены отклонением условий эксплуатации ИП от номинальных. В эту категорию условия эксплуатации может входить множество факторов, например таких как: условия транспортировки, хранения, использования (параметры ОС очевидны и рассматриваются в первую очередь). Обычно границы для этих условий указаны в технической документации на ИП. Указываются диапазоны значений параметров условий эксплуатации, в которых показания ИП нормированы, т.е., имеют нормированную погрешность, являются «относительно точными». Результаты измерения, проводимые ИП в условиях на которые он не рассчитан (погрешность не нормирована), будут включать в себя дополнительные погрешности.

4.4. Количественные оценки погрешностей.

4.4.1. Абсолютная погрешность:

, (3)

где - действительное значение.

4.4.2. Приведенная (относительная) погрешность.

Является наиболее часто используемой оценочной характеристикой погрешности ИП:

, (4)

где - предел измерения, предел изменения входной величины, на который рассчитан ИП. Т.е., это максимальное значение входной величины, на которое он рассчитан. Для измерительного прибора (например, вольтметра) – это последний отсчёт шкалы значений измеряемой величины.

С относительной погрешностью связан класс точности ИП. Имеет место стандартная российская шкала классов точности средств измерений общего назначения (могут быть и специализированные – сверхточные). Наибольшую точность имеют приборы класса 0,25, имеющие приведённую погрешность 0,25. Далее шкала имеет классы точности: 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Логика присвоения цифрового номинала класса точности такая же, как и для класса 0,25.