АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ

По степени коррелированности погрешности обычно подразделяются на два вида;

сильнокоррелированные (г=0,7 – 1,0);

слабокоррелированные (г = 0 - 0,7).

Для оценки результирующей погрешности необходимо:

1. разделить частные погрешности на аддитивные и мультипликативные для их последующего раздельного суммирования;

2. для каждой частной составляющей погрешности должны быть по исходным данным найдены оценки ее СКО;

3. должны быть выделены группы сильнокоррелированных между собой составляющих погрешности;

4. внутри этих групп произведено алгебраическое суммирование СКО.

суммарные по группам и оставшиеся вне группы погрешности можно считать уже некоррелированными и складывать по правилу геометрического суммирования

Зависимость коэффициента «К»от доверительной вероятности Р_Ддля свертки законов распределений двух частных погрешностей

Кривая 1 – равномерный закон распределения;

Кривая 2 – нормальный закон распределения;

Кривая 3 – «смешаный» закон распределения (треугольный, трапецевидный, антимодальный и т.д.)

Зависимость коэффициента «К» от относительного веса «m» дисперсии (σ₂) или СКО (s₂²)при суммировании двух случайных некоррелированных погрешностей

с различными законами распределения для Р_д= 0.95

m = σ₂²/(σ₁²+σ₂²) = s₂²/ (s₁²+ s₂²)

Кривая 1 – погрешности σ₁ и σ₂ подчиняются атимодальному закону распределения

Кривая 2 – погрешность σ₁ – атимодальный, а погрешность σ₂ – равномерный закон распределения

Кривая 3 - погрешности σ₁ и σ₂ подчиняются равномерному закону распределения

Кривая 4 – погрешность σ₁ – равномерный, а погрешность σ₂ – нормальный закон распределения

Кривая 5 – погрешности σ₁ и σ₂ подчиняются нормальному закону распределения

21. Образцовые и рабочие меры. Однозначные меры …..

Образцовые и рабочие меры и измерительные приборы предприятий, организаций, учреждений Министерства, перечисленные в приложениях 1 2, подлежат государственной поверке в учреждениях Комитета стандартов в порядке и в сроки, определяемые этими учреждениями. [1]

Контрольно-измерительные образцовые и рабочие меры и приборы в процессе эксплуатации должны подвергаться обязательной государственной проверке в органах Государственного комитета стандартов Совета Министров Союза ССР, другие контрольно-измерительные приборы подлежат ведомственной проверке

Эталоны, которые воспроизводят единицу измерения, называют мерами. По назначению меры делят на образцовые и рабочие. Меры, утвержденные в качестве образцовых, предназначаются для поверки и градуировки рабочих средств измерений. Рабочие меры служат для измерений.
По точности воспроизведения физической величины образцовые меры бывают 1, 2 и 3-го разрядов, причем наименьшая погрешность воспроизведения у меры 1-го разряда. По допускаемой погрешности воспроизведения значения физической величины рабочие меры относят к различным классам точности.
По наименованию воспроизводимой единицы меры делятся на меры э.д.с. или электрического напряжения; меры электрического сопротивления; меры электрической емкости; меры индуктивности и взаимной индуктивности; меры магнитной индукции; меры магнитного потока. По количеству воспроизводимых размеров величины меры делят на однозначные и многозначные и наборы мер. Однозначные меры воспроизводят одно значение физической величины. Многозначные меры воспроизводят (плавно или дискретно) ряд значений одной и той же физической величины. Широкое применение имеют магазины сопротивлений, емкости и индуктивности, обеспечивающие ряд дискретных значений.
Меры э.д.с. и электрического напряжения. В качестве образцовой меры э.д.с. используют нормальные элементы (НЭ). НЭ представляют собой специальный источник химической энергии, состоящий из стабильного обратимого гальванического элемента с точно известной э.д.с. Обратимость гальванического элемента заключается в том, что при его разряде химическая реакция протекает в одном направлении, а при заряде, т.е. при восстановлении, в обратном. Выпускают нормальные элементы двух типов - насыщенные и ненасыщенные, в зависимости от того, насыщенный или ненасыщенный водный раствор сернокислого кадмия используется в них в качестве электролита. Отличаются они своими характеристиками.
Насыщенный нормальный элемент (рис. 5.1) состоит из Н-образного стеклянного сосуда, заполненного определенными веществами. Верхние концы сосуда запаяны, а в нижние впаяны платиновые проволочки— выводы.

Положительным электродом насыщенного нормального элемента является ртуть, а отрицательным— амальгама кадмия. Анодная ветвь имеет следующее заполнение: ртуть - 1, сульфат ртути - 2, кристаллы сульфата кадмия - 3. Катодная ветвь состоит из следующих частей: амальгама кадмия – 4 (10-12 % кадмия и 88-90 % ртути), кристаллы сульфата кадмия – 5. Средние части 6 обеих ветвей заполнены насыщенным раствором сульфата кадмия, содержащего избыток кристаллов CdS04×8/3Н2О. Кристаллы сульфата кадмия 3 и 5 обеспечивают сохранение насыщения электролита 6. Нормальный элемент заключен в металлический, деревянный или пластмассовый кожух с хорошо изолированными зажимами, к которым присоединяются проводники от электродов.
Значения э.д.с. насыщенного НЭ при 20 0С лежат в диапазоне Е20 = 1,018540 – 1,018730 В. Согласно ГОСТ 1954-82 насыщенные НЭ могут иметь один из следующих классов точности: 0,0002; 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005. Эти значения соответствуют наибольшим допускаемым изменениям э.д.с. за 1 год – на 2, 5, 10, 20, и 50 мкВ. Наибольший ток, который можно пропускать через насыщенный НЭ, определяется временным режимом работы и зависит от класса точности элемента. Согласно ГОСТ 1954-82 наибольший допустимый ток лежит в диапазоне от 0,002 до 1 мкА. Если температура НЭ отличается от 20 0С, то изменение э.д.с. следует учитывать по формуле
Et = E20 – 40,6×10-6(t-20) – 0,95×10-6(t-20)2 +0,01×10-6(t-20)3 ,
где Et – э.д.с, В, при температуре t,0C; Е20 – э.д.с., В, при температуре 20 0С, указанная в паспорте НЭ. Внутреннее сопротивление насыщенных НЭ составляет 500 – 2000 Ом.
Ненасыщенные НЭ отличаются от насыщенных тем, что у них применяется ненасыщенный раствор сульфата кадмия, который не содержит кристаллов CdS04×8/3Н2О при температуре выше 4 0С. Воспроизводимость и стабильность значения э.д.с. ненасыщенных НЭ ниже, чем насыщенных.
Конструкция ненасыщенных нормальных элементов аналогична конструкции насыщенных. Ненасыщенные НЭ выпускаются с классами точности 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02. Это соответствует допустимым изменениям э.д.с. на 20, 50, 100 и 200 мкВ в год. Э.д.с. ненасыщенных НЭ лежит в диапазоне Е = 1,018800 - 1,019600 В и незначительно зависит от температуры (не более 0,0002 % на 1 К). Внутреннее сопротивление 300 - 600 Ом. Вследствие пониженных требований к точности воспроизведения значения э.д.с. ненасыщенных нормальных элементов максимальный ток их больше, чем у насыщенных, и составляет 100 мкА. При работе с НЭ следует оберегать их от тряски, опрокидывания, перегрева и воздействия сильного света. Эти требования менее жестки для ненасыщенных НЭ, поэтому они нашли широкое применение в переносных средствах измерения.
В последнее время для получения весьма точного постоянного напряжения с погрешностью 5×10-8 используют открытый в 1962 г. эффект Джозефсона. Элемент Джозефсона состоит из двух сверхпроводников, соединенных друг с другом посредством тонкого слоя несверхпроводящего материала. При протекании через сверхпроводники постоянного тока в контактной зоне элемента Джозефсона устанавливается напряжение (эффект постоянного тока Джозефсона). Если на этот постоянный ток наложить переменный ток высокой частоты, то возникает эффект переменного тока Джозефсона. Переменный ток влияет таким образом, что вольт-амперная характеристика у элемента имеет ступенчатую форму. Напряжение каждой ступени
DU = h×f / 2e.
Так как отношение h/e двух постоянных ( h — постоянная Планка, е -элементарный заряд) также постоянно, то определение напряжения сводится к измерению частоты f. Как известно, частота может быть измерена с очень высокой точностью. При частоте 10 ГГц напряжение ступени DU равно примерно 20 мкВ. Это напряжение в противоположность э.д.с. нормального элемента не зависит от внешних факторов, таких как температура, сотрясения, вибрации, электрические нагрузки, старение и т. д. Правда, из-за больших технических сложностей, возникающих при изготовлении установки с элементом Джозефсона, он применяется только при очень высоких требованиях к точности.
В качестве рабочего образцового напряжения в последнее время широко применяют стабилизированные источники со стабилитронами.
Меры электрического сопротивления. Мерами электрического сопротивления называют образцовые резисторы, если они для этой цели сконструированы, изготовлены и прошли государственную поверку. Все другие резисторы называют измерительными. Они могут быть иногда использованы также в качестве образцовых резисторов более низкого порядка, если имеют соответствующее свидетельство о государственной поверке. Предполагается при этом, что они удовлетворяют минимальным требованиям к точности и стабильности.
Образцовые резисторы изготавливают из манганина. Манганин представляет собой сплав из 84 % меди, 12 % марганца и 4 % никеля. Он имеет большое удельное электрическое сопротивление, очень малый температурный коэффициент - порядка 1×10-5 К-1 и малую термо-э.д.с. в паре с медью. Для резисторов сопротивлением от 10-4 до 10-2 Ом применяют листовой манганин, от 10-1 до 102 - манганиновую проволоку, намотанную бифилярно, а для 103— 105 Ом - намотанную по Шаперону (рис. 5.2).
Образцовые резисторы могут иметь класс точности от 0,0005 до 0,1 при номинальном сопротивлении от 10-5 до 1010 Ом.

На рис. 5.3 показан внешний вид образцового резистора. На металлический или фарфоровый каркас 1 наматывается обмотка 2 из манганиновой проволоки, концы которой припаиваются к зажимам 3 и 4. Каркас катушки крепится к корпусу с отверстиями для лучшего охлаждения обмотки. В некоторых конструкциях каркас заполняется трансформаторным маслом, что повышает влагостойкость изоляции и улучшает условия теплоотдачи обмотки.
Катушки снабжаются четырьмя зажимами, два из которых называются токовыми (зажимы 4) и предназначены для включения образцовой катушки в цепь тока, два других называются потенциальными (зажимы 3). Потенциальные зажимы предназначены для измерения падения напряжения на сопротивлении катушки. Образцовые резисторы из манганина могут быть нагружены в воздухе до 1 Вт, а в масляной ванне - до 4 Вт.
При работе в цепях переменного тока может существенную (и нежелательную) роль играть реактивность резистора, обусловленная её индуктивностью L0 и собственной емкостью C0 . При этом полное сопротивление образцового резистора приближенно дается формулой
Z = R + jw(L0 - R2C0).
Отношение t = (L0 - R2C0)/R характеризует степень реактивности резистора. Величина t называетсяпостоянной времени. Её значение обычно лежит в пределах 10-8 – 10-5 с. Чтобы уменьшить t, применяют специальные виды намотки (см. рис. 5.2).
Магазины сопротивлений являются образцовыми мерами с переменным значением сопротивлений. Применяемые в магазинах катушки сопротивлений обычно имеют простую бифилярную намотку. В магазинах сопротивлений, изготовляемых для измерений с повышенной точностью в цепях переменного тока, для уменьшения постоянной времени катушек применяют более сложные намотки. Во многих случаях магазины сопротивлений используются в качестве реостатов или потенциометров для регулирования тока или напряжения в маломощных электрических цепях. В зависимости от способа переключения сопротивлений магазины делятся на штепсельные и рычажные. Штепсельные имеют набор катушек сопротивлений, соединенных последовательно (рис.5.4).

Каждая катушка подсоединяется к латунным пластинам, которые можно соединять между собой с помощью штепселей - конических стержней, вставляемых в специаль-ные гнезда, и тем самым закорачивать катушки. При полностью вставленных штепселях все катушки сопротивлений будут закорочены и сопротивление магазина будет мини-мальным, наоборот, если все гнезда будут свободны от штепселей, сопротивление магазина будет максимальным.

Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких декад (рис. 5.5). Рычажные магазины сопротивлений состоят из нескольких декад (рис.5.5).

Концы однотипных катушек сопротивлений для каждой декады подсоединяются к контактам, по которым скользят щетки, жестко скрепленные с рычагами. Суммарное сопротивление магазина отсчитывается по положению рычагов в каждой декаде.
Магазины сопротивлений выпускаются следующих классов точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1,0. При работе ток (мощность рассеяния) не должен превышать допустимого значения, указанного на маркировке. Магазины сопротивлений, предназначенные для использования на высоких частотах (сотни килогерц и выше), изготовляют из непроволочных резисторов. Точность таких магазинов не лучше класса 1,0.
Меры индуктивности и взаимной индуктивности. Меры индуктивности и взаимной индуктивности выполняют в виде образцовых катушек и магазинов. Образцовая катушка состоит из изолированного провода, намотанного на плоский каркас из мрамора, фарфора или пластмассы (рис. 5.6).

Для уменьшения активного сопротивления и влияния поверхностного эффекта используется провод, состоящий из большого числа тонких изолированных жил, называемый «литцендрат». Для улучшения изоляции витков и повышения стабильности индуктивности обмотку пропитывают парафином. Витки жестко скрепляются между собой и каркасом.
Катушки взаимной индуктивности состоят из двух индуктивно связанных образцовых катушек (рис. 5.6 б) и могут быть использованы как двухполюсник или четырехполюсник. Катушки индуктивности изготовляют на значения от 0,0001 до 10 Гн, а катушки взаимной индуктивности - на значения от 0,001 до 0,1 Гн. Классы точности таких катушек 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.
Меры индуктивности применяются для измерения в цепях переменного тока. Каждая катушка, кроме собственной индуктивности L0, имеет межвитковую емкость С0 и некоторое омическое сопротивление R. Значения С0и R в мерах индуктивности стремятся получить минимальными.
Катушки индуктивности характеризуются добротностью Q = w×L0/R, причем, чем выше добротность, тем качественней катушка.
Мерами переменных и взаимных индуктивностей служат магазины индуктивностей и вариометры. Магазины индуктивностей представляют собой набор катушек индуктивностей, расположенных в одном корпусе с переключающими устройствами. Чтобы при различных значениях индуктивностей не изменялось активное сопротивление цепи, предусмотрены катушки сопротивления, замещающие активное сопротивление R выключаемых катушек индуктивности.
Вариометры изготовляют из двух индуктивно связанных катушек. Меняя плавно взаимное расположение этих катушек, можно изменять коэффициент взаимной индуктивности. Катушки вариометра можно соединять последовательно или параллельно, что позволяет менять общую индуктивность вариометра в зависимости от угла поворота одной катушки относительно другой. Угол поворота отсчитывается по шкале, а значения индуктивности и взаимной индуктивности определяют по градуировочным таблицам.
Меры электрической емкости. Меры электрической емкости изготовляют в виде образцовых измерительных конденсаторов постоянной емкости, магазинов емкостей и конденсаторов переменной емкости. В образцовых конденсаторах постоянной емкости диэлектриком является воздух или слюда. Такие «воздушные» и «слюдяные» конденсаторы имеют большое сопротивление изоляции и малые потери в диэлектрике; их емкость не зависит от частоты и формы приложенного напряжения, а зависимость от температуры - минимальна. Особо высокая точность воспроизведения емкости обеспечивается конденсаторами с воздушным диэлектриком, однако из-за больших габаритов они выпускаются до емкости 0,01 мкФ. Конструкция образцовых конденсаторов определяется рабочим напряжением: при низких напряжениях пластины плоскопараллельные, при высоких - цилиндрические. Погрешность емкости образцовых воздушных конденсаторов находится в пределах ± (0,03—0,05) %.
Конденсаторы со слюдяным диэлектриком позволяют получить большие значения емкости при меньших размерах и потому широко применяются как образцовые и рабочие меры, а также в магазинах емкостей. Слюдяные конденсаторы выпускаются с номинальным значением емкости от 0,01 до 1 мкФ; диэлектрические потери и температурный коэффициент емкости у них в несколько раз больше, чем у воздушных.
В магазинах емкостей необходимое значение емкости подбирается с помощью переключающих устройств штепсельного (рис. 5.7 а) или рычажного (рис. 5.7 б) типа. В последнее время образцовые конденсаторы малой емкости - от 1 до5×103 пФ — изготовляют с воздушно-кварцевым или воздушно-полистироловым диэлектриком, а большой емкости - до 108 пФ - со стирофлексным.
В качестве образцовых конденсаторов переменной емкости применяются исключительно воздушные конденсаторы с высококачественной изоляцией ротора от статора и совершенным отсчетным устройством. Максимальная емкость таких конденсаторов не превышает 0,01 мкФ, потери в диэлектрике

tgd = 10-4, погрешность установки емкости составляет (0,05—0,1) %, температурный коэффициент емкости не превышает 0,003 % на 1°С.
.

22. Многозначные меры. Измерительные генераторы. Калибры. RLC магазины.

Ме́ра физи́ческой величины́ (мера величины, мера) — средство измерений в виде какого-либо тела, вещества или устройства, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров,значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью

· Однозначная мера — мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг)

· Многозначная мера — мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины)

· Набор мер — комплект мер разного размера одной и той же физической величины (например, набор концевых мер длины)

· Магазин мер — набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство (например, магазин электрических сопротивлений)

· Стандартный образец — мера в виде вещества, при помощи которой размер физической величины воспроизводится как свойство или как состав вещества, из которого изготовлен стандартный образец

Измери́тельный генера́тор (генератор сигналов, от лат. generator производитель) — мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверкеи калибровке средств измерений и в других целях.