Обработка результатов измерений

При восприятии измеряемой величины или измерительного сигнала средство измерений оказывает  некоторое воздействие на объект измерения или на источник сигнала. Результатом этого воздействия  может быть некоторое изменение  измеряемой величины относительно того значения, которое имело место  при отсутствии средства измерений. Такое обратное воздействие средства измерений на объект измерений особенно четко просматривается при измерении  электрических величин. Так, ЭДС  нормального элемента определяется как напряжение на его зажимах  в режиме холостого хода. При измерении  этого напряжения вольтметром с  некоторым конечным входным сопротивлением результат измерения будет зависеть от соотношения между внутренним сопротивлением нормального элемента (его выходное сопротивление) и входным  сопротивлением вольтметра. Для оценки возникающей при этом погрешности  необходимо знать значения этих сопротивлений, поэтому их следует рассматривать  как метрологические характеристики.

Влияние внешних  воздействий и неинформативных  параметров сигналов (влияющих величин) описывается с помощью метрологических  характеристик, называемых функциями  влияния.

Функция влияния - это зависимость соответствующей  метрологической характеристики из числа вышеперечисленных от влияющих величин (температуры внешней среды, параметров внешних вибраций и т.д.). В большинстве случаев можно  ограничиться набором функций влияния  каждой из влияющих величин но иногда приходится использовать функции совместного влияния нескольких величин, если изменение одной из влияющих величин приводит к изменению функции влияния другой.

Нормирование  метрологических  характеристик средств  измерений

Под нормированием  понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических  характеристик средств измерений  от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических  характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик  определяют при изготовлении средств  измерений и затем проверяют  периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических  характеристик выходит за установленные  границы, то такое средство измерений  либо подвергают регулировке, либо изымают  из обращения [11].

Нормы на значения метрологических характеристик  устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между  нормальными и рабочими условиями  применения средств измерения.

Нормальными считаются  такие условия применения средств  измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т.д.), а также неинформативные параметры  входных и выходных сигналов находятся  в нормальной для данных средств  измерений области значений, т.е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области  значений влияющих величин указываются  в стандартах или технических  условиях на средства измерений данного  вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура  должна составлять 20±2 °С, напряжение питания - 220 В±10% или в форме интервалов значений (влажность 30 - 80%).

Рабочая область  значений влияющих величин шире нормальной области значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно  зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами  на средства измерений в форме  функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами  рабочей области метрологические  характеристики принимают неопределенные значения.

Для нормальных условий эксплуатации средств измерений  должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической  и случайной составляющих. Суммарная  погрешность средств измерений  в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и  нормируется заданием предела допускаемого значения т.е. того наибольшего значения, при котором средство измерений  еще может быть признано годным к  применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для  нормальной, но и для всей рабочей  области эксплуатации средств измерений, если их колебания, вызванные изменениями  внешних влияющих величин и неинформативных  параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном  случае эти характеристики нормируются  только для нормальной области, а  в рабочей области нормируются  дополнительные погрешности путем  задания функций влияния или  наибольших допустимых изменений раздельно  для каждого влияющего фактора; в случае необходимости - и для  совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются  формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Для используемых по отдельности средств измерений, точность которых заведомо превышает  требуемую точность измерений, нормируются  только пределы допускаемого значения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических  характеристик. Если же точность средств  измерений соизмерима с требуемой  точностью измерений, то необходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной  погрешности и функции влияния. Только с их помощью можно найти  суммарную погрешность в рабочих  условиях применения средств измерений.

Динамические  характеристики нормируются путем  задания номинального дифференциального  уравнения или передаточной, переходной, импульсной весовой функции. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамических характеристик  от номинальных.

Класс точности - это обобщенная характеристика средств  измерений, определяемая пределами  допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности регламентируются стандартами на отдельные  виды средств измерения с использованием метрологических характеристик  и способов их нормирования, изложенных в предыдущих главах.

Стандарт не распространяется на средства измерений, для которых предусматриваются  раздельные нормы на систематическую  и случайные составляющие, а также  на средства измеререний, для которых  нормированы номинальные функции  влияния, а измерения проводятся без введения поправок на влияющие величины. Классы точности не устанавливаются  и на средства измерений, для которых  существенное значение имеет динамическая погрешность.

Для остальных  средств измерений обозначение  классов точности вводится в зависимости  от способов задания пределов допускаемой  основной погрешности.

Пределы допускаемой  абсолютной основной погрешности могут  задаваться либо в виде одночленной  формулы

либо в виде двухчленной формулы

где и X выражаются дновременно либо в единицах измеряемой величины, либо в делениях шкалы  измерительного прибора.

Более предпочтительным является задание пределов допускаемых  погрешностей в форме приведенной  или относительной погрешности.

Пределы допускаемой  приведенной основной погрешности  нормируются в виде одночленной  формулы

где число (n = 1, 0, -1, -2…).

Пределы допускаемой  относительной основной погрешности  могут нормироваться либо одночленной  формулой

либо двухчленной  формулой

где - конечное значение диапазона измерений или диапазона  значений воспроизводимой многозначной мерой величины, а постоянные числа q, с и d выбираются из того же ряда, что  и число р.

В обоснованных случаях пределы допускаемой  абсолютной или относительной погрешности  можно нормировать по более сложным  формулам или даже в форме графиков или таблиц.

Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности  которых задаются относительной  погрешностью по одночленной формуле, присваивают классы точности, выбираемые из ряда чисел р и равные соответствующим  пределам в процентах. Так для  средства измерений с класс точности обозначается

Если пределы  допускаемой основной относительной  погрешности выражаются двухчленной  формулой (94), то класс точности обозначается как c/d, где числа с и d выбираются из того же ряда, что и р, но записываются в процентах. Так, измерительный  прибор класса точности характеризуется  пределами допускаемой основной относительной погрешности

Классы точности средств измерений, для которых  пределы допускаемой основной приведенной  погрешности нормируются по формуле (92), обозначаются одной цифрой, выбираемой из ряда для чисел р и выраженной в процентах. Если, например, то класс  точности обозначается как 0.5 (без кружка).

Классы точности обозначаются римскими цифрами или  буквами латинского алфавита для  средств измерений, пределы допускаемой  погрешности которых задаются в  форме графиков, таблиц или сложных  функций входной, измеряемой или  воспроизводимой величины. К буквам при этом допускается присоединять индексы в виде арабской цифры. Чем  меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Недостатком такого обозначения  класса точности является его чисто  условный характер.

В заключение следует  отметить, что никакое нормирование погрешностей средств измерений  само по себе не может обеспечить единства измерений. Для достижения единства измерений необходима регламентация  самих методик проведения измерений.

Список  литературы

1. Новицкий П.В., Зограф Э.Н. Оценка погрешностей измерений. - Л.: Энергия, 1983, 380 с.

2. Электрические  измерения неэлектрических величин // Под ред. П.В. Новицкого. 5-е изд., перераб. и доп.-Л.: Энергия, Ленингр. отделение, 1975, 576 с.

3. Планирование  эксперимента в исследовании  технологических процессов // К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер и др.-М.: Мир, 1977, 552 с.

4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976, 279 с.

5. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. - М.: Наука, 1981.

6. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. - М.: Наука, 1964.

7. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику / Пер.  с англ. под ред. Г.И. Косоурова. - М.: Мир, 1970.

8. Оптическая  обработка информации / Под ред.  Д. Кейсесента; Пер с англ. под ред. С.Б. Гуревича. - М.: Мир, 1980.

9. Бурсиан Э.В. Физические приборы. - М.: Просвещение, 1984, 270 с.

10. Куликовский К.Р., Купер В.Я. Методы и средства измерений. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

11. Аналоговые  электроизмерительные приборы // Под ред. А.А. Преображенского. - М.: Высшая школа, 1979, 351 с.