Определения погрешности

Все средства измерений, используемые в научных и производственных организациях, подлежат ежегодной метрологической поверке, осуществляемой органами метрологического надзора. Поверкой называется совокупность действий, производимых специальной метрологической службой с целью определения погрешностей средств измерений и установления их пригодности к применению. Пригодными к применению признаются только те средства измерения, параметры которых не выходят за пределы допускаемых норм. Использование в научных исследованиях средств измерений, не прошедших проверку, запрещено и преследуется по закону.

Для определения погрешностей трансформатора движки прибора а' и Б' перемещают так, чтобы получить нулевое значение тока в сравнивающем устройстве СУ, в качестве которого используется вибрационный гальванометр. В этом случае вектор падения напряжения на резисторе Л?вд будет равен сумме векторов падений напряжений на сопротивлениях RA и Rs ( 3.17, а).

Вопросам описания к классификации погрешностей и характеристик погрешностей в метрологической литературе уделяется большое внимание, Соответствующие разделы содержатся во всех учебных пособиях и монографиях [10, 42, 59, 90 и др.], посвященных измерениям. Имеются и специальные монографии, посвященные методам описания и определения погрешностей и характеристик погрешностей результатов измерения [54, 66]. Ниже излагаются формализованные основы описания погрешностей и их характеристик, принятые н настоящей работе.

Предваряя более подробное рассмотрение методов определения погрешностей, которое будет проведено в последующих главах, обратим внимание на то, чтэ в основе их изучения лежит метрологический эксперимент, когда результат измерения сопоставляется с известным значением измеряемой величины. Это значение формируется либо специальным источником — мерой или калибратором, либо высокоточным (образцовым) измерительным средством, гарантирующим получение существенно (в 3... 5 раз) более точного результата измерения, чем с помощью рабочего измерительного средства, точность которого определяется.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Задача аналитических методов определения инструментальной погрешности средства измерений (СИ) состоит в определении основных составляющих общей погрешности средства измерений: основной, дополнительной, динамической и погрешности взаимодействия. Причем эти составляющие общей погрешности СИ, в свою очередь, состоят из нескольких составляющих погрешностей, появление которых обусловлено преобразованиями, осуществляемыми в СИ, свойствами входного сигнала, изменением окружающей среды и неинформативных параметров измерительного сигнала. Например, в число динамических погрешностей включаются погрешности от неидеальности метрологических характеристик СИ, погрешность из-за действия помех, погрешности при дискретных и цифровых представлениях сигналов.

Расчетные методы определения инструментальных составля-ющих погрешности основаны на постулатах теории измерений [67], которые при анализе средства измерений позволяют предполагать наличие некоторого идеализированного СИ, которое при адекватности свойств модели и объекта не имеет погрешностей измерения.

Основы использования имитационного моделирования для установления значений характеристик погрешностей вытекают из структуры измерительной процедуры и способов определения погрешностей и их характеристик. Естественно, что при разработке принципов применения имитационного моделирования в метрологии исгользован опыт, накопленный в смежных областях техники: с втоматическом управлении, вычислительной технике, радиотехнике и др. Результаты обобщения имеющегося опыта представлены в обзорах 146, 63].

Методика определения дополнительных погрешностей должна соответствовать методике, приведенной Б нормативно-технической документации на СИ данного типа, или методике, указанной i- ГОСТ 22261—82. Ниже приводятся соотношения и описывается порядок проведения эксперимента для определения погрешностей СИ.

Неточность определения погрешностей повлечет за собой также появление погрешности А/^ (т) в определении корреляционной функции r^ (t), Значение этой погрешности можно найти из соотношения

При применении этих методов возможен статический или динамический режим поверки. При поверке в статическом режиме скорость перемещения указателя в момент считывания показаний поверяемого и образцового средства измерений равна нулю. В динамическом режиме считывание показаний производится при непрерывном движении указателя, без его остановки на поверяемой отметке шкалы. Создание средств поверки, работающих в динамическом режиме, становится необходимым при автоматизации поверочных работ и связано с разработкой методов автоматического считывания показаний и определения погрешностей измерения в таком режиме.

Для определения погрешности измерения амплитуды импульса необходимо знать погрешность коэффициента отклонения бко, неравномерность переходной характеристики бн, ширину линии луча b и воспользоваться соотношениями (6.5) и (6.6). Пусть значения 5„о, бн и 6 соответственно равны 5 %, 2 % и 0,6 мм. Согласно (6.6) визуальная погрешность измерения напряжения равна

Для определения погрешности измерения длительности импульса бг по ГОСТ необходимо знать погрешность коэффициента развертки dkp, а также определить визуальную погрешность 6»т измерения отрезка /, соответствующего искомой длительности импульса Т, и погрешность, вызванную неточностью определения уровня 0,5 амплитуды импульса бо.ви.

Метрология включает в себя следующие основные разделы: теорию измерений; системы единиц физических величин; методы измерений; средства измерений; методы определения погрешности измерений; способы обеспечения единства и единообразия измерений; системы эталонов и образцовых средств измерений и методы передачи от них размеров единиц рабочим средствам измерений.

9.6. Граф определения погрешности Дху на основе имитационного моделирования

В пределах линейной теории точтести абсолютное значений погрешности определения погрешности в установке можно определить из формулы

Поэтому методика поверки должна предусматривать возможность определения погрешности прибора при условиях, когда погрешность квантования максимальна и складывается с инструментальной погрешностью прибора. Для этой цели измеряемую величину х регулируют до некоторого значения xit соответствующего границе перехода от показаний хи к показанию хи — Ак. а затем — до значения хъ, соответствующего границе перехода от хп к хи + Ак. Максимальная из полученных при этом погрешностей Ап1 = хп — хг или АП2 = XK — xz и определяет полную погрешность прибора при показании хп. Такая методика поверки состоятельна только тогда, когда отсутствуют случайные составляющие погрешности прибора или они малы.

Таким образом, методика определения погрешности цифрового прибора зависит от соотношения систематической и случайной составляющих инструментальной погрешности и погрешности квантования. Поэтому можно выделить четыре варианта составления методики поверки:

Динамическая погрешность определяется характером изменения выходного напряжения ОУ. В первом приближении ее можно рассматривать как однородную функцию скорости изменения выходного напряжения U — dil Bblyi/dt. Обратная зависимость y(At/nm]) называется скоростной характеристикой, типичный вид которой показан на 12.20, б. Использование скоростной характеристики для определения погрешности динамической ОУ соответствует интерпретации ОУ как нелинейного интегратора с дифференциальным входом, для которого при отсутствии статической погрешности (At/ = Л?/дин(

Точность сельсинов в трансформаторном режиме определяется следующим образом. Ротор сельсина-датчика фиксируется на нуле шкалы. Корпус сельсина-приемника фиксируется в положении, при котором нулевому положению стрелки приемника соответствует минимальное выходное напряжение. Затем ротор датчика поворачивается на 20° и снова фиксируется. Стрелка приемника вместе с ротором поворачивается также на 20°. В этом положении снова должен 'быть минимум выходного напряжения. Если его нет, то он достигается поворотом ротора приемника в ту или иную сторону от 20°. Отклонение стрелки от 20° определяет погрешность сельсина-приемника в данном положении ротора датчика. Знак погрешности определяется так же, как и у сельсинов в индикаторном режиме: показание стрелки приемника плюс погрешность должно быть равно показанию датчика. Повторяя описанную процедуру через каждые 20° в диапазоне от 0 до 360°, получим зависимость погрешности от угла поворота ротора датчика ( 9.23). Для более точного определения погрешности следует пользоваться катодным осциллографом, который позволяет лучше фиксировать минимум выходного напряжения. Точность сельсина определяется как полусумма абсолютных значений максимальной положительной и максимальной отрицательной погрешностей.

Погрешность измерения индуктивности определяется по правилам определения погрешности косвенного измерения. Частными погрешностями выступают погрешность определения (установки) частоты и погрешность определения резонансной емкости измерительного контура. Погрешность определения резонансной емкости измерительного контура определяется погрешностью градуировки шкалы образцового конденсатора, погрешностью отсчета и погрешностью, обусловленной настройкой в резонанс. Погрешность измерения индуктивности в последовательной схеме замещения составляет единицы процентов.

Целью математической обработки результатов измерения является нахождение наиболее вероятного значения измеряемой величины и определения погрешности этого значения. Характер и приемы обработки зависят от вида измерений. При обработке результатов ряда непосредственных измерений в качестве наиболее вероятного значения результата берут среднеарифметическое значение данного ряда, а в качестве мерила точности этого результата принимают среднюю квадратичную или вероятную погрешность.