Отклики средств измерений на входные воздействия (единичная ступень, единичный импульс). Метод суперпозиции.

1. Простейшим видом такого воздействия является единичная ступень:Q(t)=0 при t≤0; и Q(t)=1 при t>0. Отклик на нее обозначается через h(t) и называется переходной характеристикой. h(t) отражает переходный процесс от одного установившегося состояния на выходе СИ к другому при переходе входного воздействия от 0 к 1. Единичная ступень еще обозначается 1(t). Зная переходную характеристику СИ, м. рассчитать его реакцию или отклик на любое входное воздействие. Расчет основывается на принципе суперпозиции: каждое входное воздействие м. представить как сумму Q(0)·1(t) и мн-во следующих через =ые промежутки времени Δτ ступеней.

Отклик на каждую ступень, смещенную на время n·Δτ пропорционален величине этой ступени, т.е. ΔQ(n·Δτ)≈ ΔτQ’(n·Δτ).

Переходя к пределу при n→∞ b Δτ→0, получим одну из форм интеграла Дюамеля (интеграла наложения):

Можно было бы предположить, что с помощью этих формул при известной переходной характеристике h(t) решается основная задача измерения – определение входного воздействия Q(t) по отклику на него x(t). Однако, вследствие того, что x(t) и h(t) при измерениях всегда известны с некоторой неопределенностью, решение этой задачи наталкивается на исключительные трудности.

На практике чаще всего ограничиваются оценкой ζ(t) сверху и снизу. Для этого, учитывая априоную информацию об изменяемой физ.вел. Q(t), выбирают модели входных воздействии Q₁(t) и Q₂(t), при которых ζ₁(t) и ζ₂(t) будут соответственно больше заданной ζ(t). Затем с помощью одного из интегралов Д при известной переходной характеристике, вычисляют x₁(t) и x₂(t), после чего по известной формуле ζ(t)= Q(t)-x(t) определяют ζ₁(t) и ζ₂(t), позволяющие установить границы интервала неопределенности измерений Q(t).

2. Другим видом испытательного сигнала простейшего входного сигнала является единичный импульс: Q(t)=0 при t≠0, и Q(t)=∞ при t=0. Он называется так потому, что площадь, ограниченная этой фигурой, равна 1-ой производной от единичной ступени – δ(t) и называется дельта-функцией или функцией Дирака.

Отклик СИ на единичный импульс м. рассматривать во временном, частотном или операторном представлении. В зависимости от этого различают 3 вида динамических характеристик: 1) импульсную хар-ку; 2) комплексный коэффициент преобразования (компл.коэф.передачи); 3) передаточную функцию.

Отклик СИ на единичный импульс во временном представлении наз. импульсной хар-кой и обозн-ся как g(t). Поскольку единичный импульс является производной от единичной ступени, то отклик на единичный импульс на выходе линейного СИ (амплитудная хар-ка) является производной отклика на единичную ступень (переходная хар-ка): g(t)=h’(t). Используя это соотношение из интеграла Д м.записать:

Эти выражения при выборе соответствующих моделей входных воздействий позволят с помощью импульсной хар-ки установить пределы, в которых находится ζ(t).

Переходная или импульсная хар-ки определяются экспериментально. При их использовании по м-ду суперпозиции осуществляется вначале разложение входной функции на элементарные функции времени, а затем суммируются отклики на них. Эту последнюю операцию называют свертыванием, а сами интегралы – интегралами свертки. Из них выбирается тот интеграл, у которого проще подынтегральная функция.

Спектр отклика СИ на единичный импульс называется комплексным коэффициентом преобразования и обозначается , где модуль к(ω) и аргумент φ(ω) называются соответственно АЧХ и ФЧХ.

3. При подаче на вход СИ гармонического колебания Q(t)=Q_maxsin(ωt+φ_Q), амплитуда x_m отклика x(t): x(t)=x_msin(ωt+φ_x) на выходе линейного СИ связана с амплитудой входного воздействия через коэффициент передачи к на частоте ω: x_m=кQ_m, а разность фаз φ=φ_x-φ_y определяет задержку выходного сигнала по отношению к входному на той же частоте.

Подавая на вход сигналы различных частот м. построить АЧХ и ФЧХ.

Изображение по Лапласу отклика СИ на единичный импульс называется передаточной функцией и обозначается как W(p). Т.о. передаточная функция связана с импульсной хар-кой прямым преобразованием Лапласа. Важной особенностью передаточной функции является возможность ее определения теоретическим путем посредством решения операторным м-дом ДУ-я, описывающего работу СИ.

Однозначная связь между рассмотренными динамическими хар-ми означает их полную эквивалентность и предполагает возможность реального выбора в каждом конкретном случае наиболее подходящей из них. Так, если работа СИ описывается известным ДУ-ем, то в кач. динамической хар-ки целесообразно выбрать передаточную функцию, получаемую путем решения этого ур-ния операторным м-дом. Если динамическая хар-ка определяется экспериментально, то ее выбор зависит от типов имеющихся приборов и видов входных воздействий. Вполне возможен как временной так и частотный подход к решению вопроса.

Динамические хар-ки относятся к нормируемым метрологическим хар-кам СИ и вследствие этого должны поверяться.

Статья 2. Основные понятия Федерального закона. Статья 5. Требования к измерениям.

Статья 2.Основные понятия

В настоящем Федеральном законе применяются следующие основные понятия:

1) аттестация методик (методов) измерений- исследование и подтверждение соответствия

методик (методов) измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям;

2) ввод в эксплуатацию средства измерений- документально оформленная в установленном

порядке готовность средства измерений к использованию по назначению;

3) государственный метрологический надзор- контрольная деятельность в сфере

государственного регулирования обеспечения единства измерений, осуществляемая уполномоченными

федеральными органами исполнительной власти и заключающаяся в систематической проверке

соблюдения установленных законодательством Российской Федерации обязательных требований, а

также в применении установленных законодательством Российской Федерации мер за нарушения,

выявленные во время надзорных действий;

4) государственный первичный эталон единицы величины- государственный эталон

единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с

наивысшей в Российской Федерации точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном

порядке и применяемый в качестве исходного на территории Российской Федерации;

5) государственный эталон единицы величины- эталон единицы величины, находящийся в

федеральной собственности;

6) единица величины- фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной

величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин;

7) единство измерений- состояние измерений, при котором их результаты выражены в

допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности

измерений не выходят за установленные границы;

8) измерение- совокупность операций, выполняемых для определения количественного

значения величины;

9) испытания стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа-

работы по определению метрологических и технических характеристик однотипных стандартных

образцов или средств измерений;

10) калибровка средств измерений- совокупность операций, выполняемых в целях

определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений;

11) методика (метод) измерений- совокупность конкретно описанных операций, выполнение

которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности;

12) метрологическая служба- организующие и (или) выполняющие работы по обеспечению

единства измерений и (или) оказывающие услуги по обеспечению единства измерений структурное

подразделение центрального аппарата федерального органа исполнительной власти и (или) его

территориального органа, юридическое лицо или структурное подразделение юридического лица либо

объединения юридических лиц, работники юридического лица, индивидуальный предприниматель;

13) метрологическая экспертиза- анализ и оценка правильности установления и соблюдения

метрологических требований применительно к объекту, подвергаемому экспертизе. Метрологическая

экспертиза проводится в обязательном (обязательная метрологическая экспертиза) или добровольном

порядке;

14) метрологические требования- требования к влияющим на результат и показатели

точности измерений характеристикам (параметрам) измерений, эталонов единиц величин, стандартных

образцов, средств измерений, а также к условиям, при которых эти характеристики (параметры) должны

быть обеспечены;

15) обязательные метрологические требования- метрологические требования,

установленные нормативными правовыми актами Российской Федерации и обязательные для

соблюдения на территории Российской Федерации;

16) передача единицы величины- приведение единицы величины, хранимой средством

измерений, к единице величины, воспроизводимой эталоном данной единицы величины или

стандартным образцом;

17) поверка средств измерений(далее также - поверка) - совокупность операций,

выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям;

18) прослеживаемость- свойство эталона единицы величины или средства измерений,

заключающееся в документально подтвержденном установлении их связи с государственным

первичным эталоном соответствующей единицы величины посредством сличения эталонов единиц

величин, поверки, калибровки средств измерений;

19) прямое измерение- измерение, при котором искомое значение величины получают

непосредственно от средства измерений;

20) сличение эталонов единиц величин- совокупность операций, устанавливающих

соотношение между единицами величин, воспроизводимых эталонами единиц величин одного уровня

точности и в одинаковых условиях;

21) средство измерений- техническое средство, предназначенное для измерений;

22) стандартный образец- образец вещества (материала) с установленными по результатам

испытаний значениями одной и более величин, характеризующих состав или свойство этого вещества

(материала);

23) технические системы и устройства с измерительными функциями- технические

системы и устройства, которые наряду с их основными функциями выполняют измерительные функции;

24) технические требования к средствам измерений- требования, которые определяют

особенности конструкции средств измерений (без ограничения их технического совершенствования) в

целях сохранения их метрологических характеристик в процессе эксплуатации средств измерений,

достижения достоверности результата измерений, предотвращения несанкционированных настройки и

вмешательства, а также требования, обеспечивающие безопасность и электромагнитную совместимость

средств измерений;

25) тип средств измерений- совокупность средств измерений, предназначенных для

измерений одних и тех же величин, выраженных в одних и тех же единицах величин, основанных на

одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той

же технической документации;

26) тип стандартных образцов- совокупность стандартных образцов одного и того же

назначения, изготавливаемых из одного и того же вещества (материала) по одной и той же технической

документации;

27) утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений- документально

оформленное в установленном порядке решение о признании соответствия типа стандартных образцов

или типа средств измерений метрологическим и техническим требованиям (характеристикам) на

основании результатов испытаний стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения

типа;

28) фасованные товары в упаковках- товары, которые упаковываются в отсутствие

покупателя, при этом содержимое упаковки не может быть изменено без ее вскрытия или

деформирования, а масса, объем, длина, площадь или иные величины, определяющие количество

содержащегося в упаковке товара, должны быть обозначены на упаковке;

29) эталон единицы величины- техническое средство, предназначенное для

воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Статья 5.Требования к измерениям

1. Измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства

измерений, должны выполняться по аттестованным методикам (методам) измерений, за исключением

методик (методов) измерений, предназначенных для выполнения прямых измерений, с применением

средств измерений утвержденного типа, прошедших поверку. Результаты измерений должны быть

выражены в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации.

2. Методики (методы) измерений, предназначенные для выполнения прямых измерений,

вносятся в эксплуатационную документацию на средства измерений. Подтверждение соответствия этих

методик (методов) измерений обязательным метрологическим требованиям к измерениям

осуществляется в процессе утверждения типов данных средств измерений. В остальных случаях

подтверждение соответствия методик (методов) измерений обязательным метрологическим

требованиям к измерениям осуществляется путем аттестации методик (методов) измерений. Сведения

об аттестованных методиках (методах) измерений передаются в Федеральный информационный фонд

по обеспечению единства измерений проводящими аттестацию юридическими лицами и

индивидуальными предпринимателями.

3. Аттестацию методик (методов) измерений, относящихся к сфере государственного

регулирования обеспечения единства измерений, проводят аккредитованные в установленном порядке в

области обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели.

4. Порядок аттестации методик (методов) измерений и их применения устанавливается

федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке

государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства

измерений.

5. Федеральные органы исполнительной власти, осуществляющие нормативно-правовое

регулирование в областях деятельности, указанных в частях 3 и 4 статьи 1 настоящего Федерального

закона, по согласованию с федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по

выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения

единства измерений, определяют измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования

обеспечения единства измерений, и устанавливают к ним обязательные метрологические требования, в

том числе показатели точности измерений.

6. Федеральный орган исполнительной власти, осуществляющий функции по оказанию

государственных услуг и управлению государственным имуществом в области обеспечения единства

измерений, ведет единый перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования

обеспечения единства измерений.