Погрешности средств измерения.

В общем случае погрешность измерений вызвана действием большого числа факторов, которые могут быть объединены в две группы: случайные и систематические.

В первую группу входят факторы, которые проявляются переменно и интенсивность их трудно предвидеть. Во вторую группу входят факторы, не изменяющиеся постоянно или изменяющиеся закономерно в процессе измерительного эксперимента.

Погрешности измерения подразделяют на систематические и случайные по характеру изменения, а также на абсолютные, приведенные и относительные по способу выражения; основные и дополнительные в зависимости от причины и условий их возникновения; инструментальные и методические по месту возникновения; аддитивные и мультипликативные в зависимости от причин и условий возникновения; статические и динамические в зависимости от режима измерения измеряемой величины.

Абсолютной погрешностью средств измерения называют разность между его показанием X_n и действительным значением измеряемой величины X:

Относительной погрешностью средства измерения называют выраженное в % отношение его абсолютной погрешности к действительному значению воспроизводимой им величины:

Приведенная погрешность – выраженное в % отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению X_N:

Систематические погрешности в зависимости от причины их возникновения объединяются в следующие группы:

1)погрешности метода измерения;

2)инструментальные погрешности;

3)погрешности, обусловленные неправильной установкой и взаимного расположения средств измерений;

4)погрешности, возникающие вследствие внешних влияний;

5)субъективные погрешности и т.д.

Статическая погрешность – погрешность средства измерения, используемого для измерения постоянной величины.

Динамической погрешностью называют разность между погрешностью средства измерения в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей величине, измеряемой в данной момент времени.

Существуют комплексные средства измерений, которые последовательно соединяются друг с другом и образуют измерительный канал.

Классификация технических средств

Виды работ с информацией:

· преобразование информации (изменение форм без изменения содержания),

· перемещение информации в пространстве (н., передача данных),

· перемещение информации во времени (фиксация, хранение данных и т.п.),

· обработка данных,

· размножение данных.

Тех. средства могут выполнять один или несколько видов этих работ. По этим видам и классифицируют тех. средства.

Комплекс технических средств (КТС) представляет собой структуру, которая обеспечивает ввод информации с помощью чувствительных элементов (датчиков), преобразование данных внутри системы с помощью внутрисистемных преобразователей, передачу данных с помощью аппаратуры передачи данных, фиксацию информации в устройствах памяти, обработку информации с помощью средств вычислительной техники, вывод данных персоналу и на исполнительные механизмы с помощью средств вывода и управления.

Имеются следующие виды технических средств:

Чувствительный элемент-преобразователь, который воспринимает физическую величину и преобразует её в необходимую форму. Преобразователь – устройство, обеспечивающее преобразование информации компьютером с помощью АЛУ и устройства управления. Обычно преобразователи следуют один за другим, причем первый чувствительный элемент.

Устройство поиска – выбор необходимого входного и выходного устройства или подключение к нему.

Устройство сравнения – предназначено для сравнения информации поступающей по двум каналам.

Накопитель – все виды памяти от простых регистров, счетчиков до ОЗУ, ПЗУ.

Погрешности измерительных каналов как комплексных средств измерения

Абсолютное значение систематической составляющей суммарной статической погрешности измерительного канала равно полному приращению функции при расчете по точной методике:

где DKi – составляющие систематической погрешности коэффициентов преобразования звеньев.

Относительное значение систематической составляющей суммарной статической погрешности при расчете по точной методике:

В соответствии с ГОСТ 8.009 систематическая составляющая Δсист (Δс) средств измерения должна нормироваться комплексом своих характеристик:

1) пределом допускаемой систематической составляющей погрешности средства измерения данного типа Δс.д. При этом оценка систематической составляющей погрешности конкретного экземпляра ИК в точке х диапазона измерения равна

, где n – число опытов при определении Δсист, Δi – i-ый отсчет погрешности ИК.

2) математическим ожиданием М[Δс]

, где m – число средств измерений, используемых при оценке мат. ожидания ИК.

3) систематической составляющей Δс

4) средним квадратическим отклонением систематической составляющей σ(Δс). Оценка σ(Δс) определяется по формуле

Оценка систематической составляющей погрешности конкретного экземпляра измерительного канала в точке X диапазона измерения определяется по формуле:

где n – число опытов определения D_С;

D_i – i-ый отсчет погрешности измерительного канала.

Оценка математического ожидания D_С определяется по формуле:

где m – число средств измерений.

Оценка СКО систематической составляющей погрешности D_С:

Характеристики случайной составляющей погрешности измерения выбираются из числа следующих:

1.предел допускаемого значения среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности ;

2.нормализованная автокорреляционная функция случайной составляющей погрешности средства измерения данного типа .

Оценка среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности конкретного экземпляра измерительного канала определяется по формуле:

где Dj – j-ый отсчет погрешности.

Оценка нормализованной автокорреляционной функции:

где n – число отсчетов погрешностей при определении автокорреляционной функции;

T₀ – интервал времени между двумя последовательными отсчетами;

;

- дисперсия случайной составляющей;

l - корреляционный коэффициент.

Абсолютная погрешность равна сумме случайной и систематической составляющих:

Методика выбора технических средств измерений.

а) первичные преобразователи (чувствительные элементы, входные преобразователи, датчики) – устройства для непрерывного или прерывистого преобразования параметров (давления, температуры,…) в сигналы, которые могут быть использованы в тех. средствах и системах. При выборе первичных преобразователей технологических параметров и др. средств выделения информации следует учитывать ряд факторов: метрологического, эксплуатационного, режимного характера, наиболее существенные из которых следующие:

1)допустимая для ИК погрешность, определяющая класс точности первичного преобразователя,

2)инерционность первичного преобразователя, характеризуемая его постоянной времени,

3)пределы измерения с гарантированной точностью,

4)влияние физических параметров, контролируемой и окружающей среды (температура, давление, влажность) на нормальную работу первичного преобразователя,

5)разрушающее влияние на первичный преобразователь контролируемой и окружающей среды вследствие её абразивных свойств, химического воздействия и т.п.,

6)наличие в месте установки первичного преобразователя недопустимых для его нормальной работы вибраций, маг. и эл. полей, радиоактивных излучений и т.п.,

7)возможность применения первичного преобразователя с точки зрения требований пожаро- и взрывобезопасности,

8)расстояние, на которое может быть передана информация, выделяемая первичным преобразователем,

9)предельные значения измеряемой величины и др. параметров среды.

б) промежуточные преобразователи (внутрисистемные преобразователи) – предназначены для преобразования одного вида сигнала в другой без изменения информации, используются для согласования устройств. Промежуточные преобразователи выбирают по классификационным признакам, а затем по техническим характеристикам выбирают тип преобразователя. При этом принимается во внимание необходимый класс точности преобразователя, вероятность безотказной работы и т.п.

в) средства вывода информации и управления. Выбор осуществляется аналогично. Предварительно эти средства выбирают по классификационным признакам, а затем по техническим характеристикам.

г) системные комплексы технических средств. Выпускаются комплектно, взаимоувязанный единый набор устройств, предназначенный для автоматизации работ по сбору, регистрации, обработке и выдаче информации. Такие комплексы обеспечивают специализацию тех. средств.

Построение КТС осуществляется по следующим принципам:

1) функциональное соответствие выбранному комплексу задач,

2) обеспечение высокого уровня надежности и живучести за счет рациональной структуры КТС, а также надежности тех. средств и программного обеспечения,

3) минимизация затрат на создание и эксплуатацию,

4) обеспечение обработки информации с достаточной достоверностью,

5) информационная и аппаратурная совместимость на всех этапах преобразования информации.