Метрологическим характеристикам

Из всех типов акустических волн наибольший практический интерес вызывают так называемые поверхностные акустические волны (ПАВ), основная доля энергии которых сосредоточена в относительно тонком поверхностном слое звукопровода — подложки. Этот интерес обусловлен, во-первых, возможностью конструирования и создания приборов на ПАВ с высокими метрологическими характеристиками и относительной отработанностью методов машинного анализа. Во-вторых, доступностью поверхностных акустических волн на всем пути их распространения, и таким образом возможностью управления характеристиками функционирования создаваемых приборов. В-третьих, следует учитывать, что технология изготовления устройств на ПАВ совместима со стандартной пленарной технологией интегральных схем. Объемные акустические колебания используются в интегральных пьезокварцевых фильтрах.

Данная книга частично восполняет этот пробел и может служить учебным пособием по дисциплинам «Электрические измерения» и «Электрорадиоизмерения». Большое внимание уделяется в ней выбору и расчету параметров электроизмерительных цепей, установлению связей этих параметров с метрологическими характеристиками приборов, правильному выбору средств измерений, оценке точности средств и результатов измерений. В связи с этим книга может быть полезной для широкого круга инженерно-технических работников, разрабатывающих и применяющих электроизмерительную аппаратуру.

Геофизическая аппаратура в зависимости от назначения может быть аналоговой, цифровой или аналого-цифровой. Под аналоговой понимается аппаратура, в которой входной естественно непрерывный сигнал (получаемый от измерительного преобразователя геофизического поля путем преобразования последнего в пропорциональное ему электрическое напряжение) усиливается высокочувствительным предварительным (входным) усилителем, затем отделяется от помех с помощью электрических фильтров и поступает в блок измерителя, в котором измеряются основные параметры сигнала (амплитуда, фаза, частота, длительность, время запаздывания и т. д.). При этом осуществляются чисто аналоговые преобразования сигнала, не приводящие ни к изменению его непрерывности, ни к изменению длительности его существования. Аналоговая аппаратура является по своей сути узкоспециализированной, обеспечивающей реализацию лишь отдельного частного алгоритма обработки сигнала заданного вида. Это и преимущество, и основной недостаток: специализация позволяет создать весьма рационально построенную аппаратуру, реализующую предельные возможности отдельных элементов и узлов (по собственным шумам, фильтрующей способности, степени нелинейности и динамическому диапазону, потреблению энергии питания, массе, габаритам и т. д.). Однако очень'сложно создать аналоговую аппаратуру, обладающую высокими метрологическими характеристиками для широкого класса сигналов.-Кроме .этого, вообще трудно создать высокоточную и достаточно быстродействующую аналоговую аппаратуру, обеспечивающую измерения интенсивности сигналов с погрешностью в десятые доли процента, особенно, если эта аппаратура должна работать в полевых условиях.

Зависимость погрешности средств измерений от влкяющих величин выражается метрологическими характеристиками третьей группы. В нее входят функции ЕЛИЯНИЯ, представляющие собой зависимость погрешности средств измерений (систематической и средней квадратической, доверительного интервала и доверительной вероятности) от изменения влияющих величин, и наибольшие изменения погрешностей средств измерений при изменении влияющих величин в установленных пределах. Погрешности средств измерений, обусловленные отличием значений влияющих величин от нормальных, называются дополнительными погрешностями .

Все эти задачи должны решаться по возможности наиболее просто, но без значительного ущерба для качества их решений. Естественно, что сложные методы описания и нормирования погрешностей измерения нежизнеспособны. Основное условие возможности решения всех этих задач — наличие известней связи между метрологическими характеристиками СИ и инструментальными погрешностями измерения.

Такой усилитель при простоте схемы обладает метрологическими характеристиками, близкими к характеристикам УПТ — МДМ, весьма экономичен и легко может быть реализован в интегральном виде.

Современное развитие и совершенствование измерительных преобразователей (как неотъемлемых элементов информационно-измерительных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами) и системный подход к проектированию этих средств измерений ставят новые задачи и перед разработками первичных преобразователей. Все большее внимание уделяется вопросам унификации и стандартизации конструкций первичных преобразователей, согласованию основных параметров отдельных преобразователей сложных измерительных устройств и систем, что, в свою очередь, требует совершенствования методов коррекции их характеристик. В связи с этим большое значение уделяется структурным методам коррекции характеристик первичных преобразователей как основного звена преобразователя с унифицированным выходным сигналом. Следует отметить, что только одни структурные методы не в состоянии удовлетворить целому комплексу требований, которые могут предъявляться к измерительным преобразователям и которые зачастую могут быть противоречивыми. Все это требует комплексного подхода к проектированию и использованию первичных преобразователей с учетом конкретных условий их эксплуатации при одновременном использовании конструктивных, технологических и структурных методов улучшения их характеристик. Одной из главных особенностей проектирования измерительных преобразователей является установление зависимостей между метрологическими характеристиками и конструктивными параметрами преобразователя для определения оптимальных значений последних.

Для нахождения связи между метрологическими характеристиками и конструктивными параметрами воспользуемся уравнениями преобра-

39. Зарипов М. Ф., Лиманов И. А. Индуктивные датчики с улучшенными метрологическими характеристиками.— Уфа : Изд-во Уфимского авиац. ин-та, 1974.—• 126с.

Понятие и виды средств измерений. Средствами измерений называют технические средства, предназначенные для использования при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Метрологическими характеристиками средств измерений называют те их характеристики, от которых зависит точность результатов измерений, выполняемых с помощью этих средств. Нормирование метрологических характеристик заключается в законодательном регламентирований их состава и норм значений. Различают следующие виды средств измерений: меры, измерительные преобразователи, приборы, установки и системы.

Понятие и виды средств измерений. Средствами измерений называют технические средства, предназначенные для использования при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Метрологическими характеристиками средств измерений называют те их характеристики, от которых зависит точность результатов измерений, выполняемых с помощью этих средств. Нормирование метрологических характеристик заключается в законодательном регламентировании их состава и норм значений. Различают следующие виды средств измерений: меры, измерительные преобразователи, приборы, установки и системы.

Суммирование составляющих погрешности измерения и представление результата измерения. По нормируемым метрологическим характеристикам, которыми характеризуются СИ в настоящее время можно определить только предельные значения составляющих Д,-„ погрешности измерения Д, т. е. такие, для которых с вероятностью

Выпускаемые в СССР измерительные генераторы подгруппы ГЗ различаются в основном по метрологическим характеристикам. Так, относительная погрешность установки частоты составляет 1% для генератора типа ГЗ-102, 3% для генераторов ГЗ-106, ГЗ-107. Погрешность

Результаты измерения формируются с помощью средств измерений. Для описания метрологических свойств средств измерений применяются так называемые метрологические характеристики, к которым относятся характеристики, оказывающие влияние на результаты измерения и их погрешности. То, что средства измерений, неидеально реализуя некоторый принятый метод (алгоритм) измерений, вносят инструментальные погрешности, обусловливает ориентацию метрологических характеристик на описание таких свойств, которые влияют именно на эти компоненты полной погрешности. Однако при расчете характеристик погрешностей по известным метрологическим характеристикам средства измерений всегда учитываются особенности реализуемого метода. Так, всегда необходимо учитывать: способ включения средства измерений — параллельно или последовательно с источником входного воздействия; метод квантования -- равномерное или неравномерное о динамическом диапазоне измерений; наличие преобразований входнэго воздействия (нормализация, усреднение и т. п.) и др.

3) расчетное определение общей погрешности любого объединения СИ по нормируемым метрологическим характеристикам СИ, входящих в это объединение;

Пр'и рассмотрении требований к нормируемым метрологическим характеристикам необходимо учитывать, что метрологические свойства экземпляра СИ данного типа отличаются от метрологических свойств всего множества СИ данного типа. Например, для данного экземпляра СИ систематическая погрешность — детерминированная величина, а для всей совокупности СИ данного типа — случайная величина, меняющаяся от экземпляра к экземпляру. Комплекс нормированных метрологических характеристик СИ конкретного типа устанавливают на основании принятой для него модели его погрешности ь реальных условиях эксплуатации.

Если Адг и Адпн малы, то &ми — А0; тогда модель II может применяться и при наличии существенной случайной составляющей основной погрешности. При выборе типа модели погрешности СИ следует учитывать полную совокупность факторов (технических, экономических, вогможность катастрофических последствии, угрозу для здоровья и т. п.), определяющих тяжесть последствий в случае, если действительная погрешность измерений при применении любого экземпляра СИ данного типа будет превышать значение, рассчитанное по нормируемым метрологическим характеристикам при использовании выбранной модели.

Если при применении СИ данного типа допускается превышение погрешностью измерения, з некоторые моменты времени, значения, рассчитанного по нормируемым метрологическим характеристикам СИ данного типа, то в качестве исходной выбирается модель I погрешности СИ и комплекс нормируемых характеристик должен состоять из характеристик погрешностей этой модели. По этсму комплексу можно рассчитать точечные и интервальные характеристики инструментальной погрешности измерения с заданной вероятностью, меньшей единицы.

Основные технико-метрологические характеристики. К основным технико-метрологическим характеристикам тензорезисторов относятся тензочувствительность, ползучесть, механический гистерезис, температурная нестабильность, динамические характеристики.

В последнее время широкое распространение получили измерители параметров электрических цепей, основанные на преобразовании составляющих комплексных сопротивлений в пропорциональные им напряжения и доследующем их измерении известными способами. Такие измерители С, L, R по своим метрологическим характеристикам незначительно уступают мостам переменного тока, обладают широкими функциональными возможностями, большим быстродействием и удобством в эксплуатации. Последнее качество особенно важно при решении задач производственного контроля и научных исследований, так как практика показывает, что измерение комплексного сопротивления со средней добротностью мостом с ручным уравновешиванием класса 0,5 требует многократных поочередных регулировок переменных параметров и длительность его достигает 10 с.

В последнее время широкое распространение получили измерители параметров электрических цепей, основанные на преобразовании составляющих комплексных сопротивлений в пропорциональные им напряжения и последующем их измерении известными способами. Такие измерители С, L, ?" по своим метрологическим характеристикам незначительно уступают мостам переменного тока, обладают широкими функциональными возможностями, большим быстродействием и удобством в эксплуатации. Последнее качество особенно важно при решении задач производственного контроля и научных исследований, так как практика показывает, что измерение комплексного сопротивления со средней добротностью мостом с ручным уравновешиванием класса 0,5 требует многократных поочередных регулировок переменных параметров и длительность его достигает 10 с.

Комплекс АСЭТ, устройства которого отличаются от устройств, других комплексов ГСП лучшими метрологическими характеристиками и охватывают более широкую номенклатуру (по АЦП и устройствам предварительной обработки информации в первую очередь), может быть использован при создании САК технологических процессов, сложного оборудования, систем испытания объектов новой техники и автоматизации поверочных работ. Для удовлетворения запросов систем автоматизации научного эксперимента по видам измеряемых величин и метрологическим характеристикам комплекс АСЭТ должен пополниться новыми разработками.