Методи нормування складових інструментальної похибки вимірювань (стр. 2 из 5)

Зміна метрологічної характеристики ЗВТ, викликана зміною впливної величини, - це різниця (без урахування знака) між значенням метрологічної характеристики, що відповідає деякому заданому значенню впливної величини в границях робочих умов застосування, і значенням даної метрологічної характеристики, яке відповідає нормальному значенню впливної величини.

Для нормування функцій впливу використовують два методи:

1) нормування номінальної функції впливу

і допустимих відхилень від неї;

2) нормування граничних функцій впливу - верхньої

і нижньої , які обмежують область допустимих значень функції впливу для будь-якого ЗВТ даного типу.

Другий метод нормування додаткових похибок застосовується для ЗВТ певного типу, для сукупності яких розкид функції впливу великий, в силу чого встановити номінальну функцію впливу неможливо.

Оскільки функції впливу визначені як залежності зміни МХ ЗВТ від змін впливних величин в робочих умовах застосування ЗВТ, то їх слід нормувати тільки для тих МХ, що нормуються для нормальних (номінальних) умов застосування ЗВТ. Якщо ж деякі МХ нормують для робочих умов застосування ЗВТ, то відповідні функції впливу не нормують. Проте далеко не всі МХ повинні нормуватися для нормальних умов застосування ЗВТ, і ось чому. Майже всі МХ впливають лише на похибку вимірювань, тому можна вважати, що зміна більшості з МХ, яка здійснюється під дією впливних величин, призводить до відповідної зміни похибки вимірювань другого порядку малості, чим можна знехтувати. Тому відповідні МХ слід нормувати для робочих умов застосування ЗВТ, а функції впливу на них не нормувати.

На цей час більш розповсюдженим є нормування не функцій впливу, а характеристик які традиційно визначають додаткові похибки ЗВТ від впливних величин.

Серед таких характеристик найбільш поширеною є границі допустимої (найбільші допустимі зміни) додаткової похибки ±DYxд, що мають місце при зміні впливної величини x на деяке встановлене (задане) значення ±Dx відносно її нормального (номінального) значення xном.

Якщо в реальних умовах експлуатації ЗВТ впливна величина може приймати різні (довільні) значення в межах від нижнього значення xнж до верхнього значення xв, причому xнж< xном< xв, то за вказаною вище характеристикою можна визначити лише граничні (найбільш можливі) зміни похибки ЗВТ:

;

.

При оцінці інструментальної складової похибки вимірювань в реальних умовах експлуатації ЗВТ, що обумовлена дією даної впливної величини x, є тільки одна можливість: врахувати найбільш можливу зміну додаткової похибки ЗВТ DYxмах, яка дорівнює

або

при ,

або

при .

Сумарна допустима інструментальна статична похибка ЗВТ DYд в реальних умовах експлуатації ЗВТ може бути визначена як арифметична сума границі допустимої основної похибки DYод та границь (найбільших) допустимих змін (значень) додаткових похибок ЗВТ від усіх впливних величин

, що враховуються:

.

Очевидно, значення похибки DYд практично завжди буде істотно перевищувати значення дійсної похибки ЗВТ в реальних умовах експлуатації, бо вона розраховується за припущенням, що всі похибки (основна і додаткова) мають найбільше допустиме значення при будь-яких умовах експлуатації, але вірогідність виконання такого припущення вкрай мала.

Отже, кількісна характеристика додаткової похибки DYxмах ЗВТ, яка традиційно регламентується в технічних описах ЗВТ, не дозволяє оцінювати дійсну інструментальну похибку вимірювань в реальних умовах експлуатації (застосування) ЗВТ з допустимою вірогідністю. Але вона є найбільш простою для практичного використання.

Функції впливу

і границі допустимих додаткових похибок ЗВТ нормують, як правило, окремо для кожної впливної величини. І тільки при наявності істотної взаємної залежності декількох функцій впливу різних величин допускається задання сумісних (комплексних) функцій впливу , які й використовують при обчисленні характеристик інструментальної складової похибки вимірювань.

Критерій істотності для впливних величин установлюється в технічній документації на ЗВТ конкретних типів. При відсутності вказаних критеріїв визначають, що впливна величина істотно впливає на метрологічну характеристику ЗВТ, якщо при зміні цієї впливної величини в границях робочого діапазону дана метрологічна характеристика ЗВТ змінюється більш як на 20% від значення, нормованого для номінальних умов. Функцію однієї впливної величини приймають істотно залежною від іншої впливної величини, при зміні якої в границях робочого діапазону зміна функції перевищує 20% від її номінального значення.

Істотність тієї чи іншої складової сумарної додаткової похибки ЗВТ рекомендується визначати таким чином. Якщо найбільш можливі значення всіх додаткових похибок ЗВТ

, відповідно до робочих умов застосування ЗВТ даного типу сумірні, то всі додаткові похибки визнаються істотними при виконанні умови

,

де

- найбільше можливе значення похибки ЗВТ у робочих умовах застосування.

Зауважимо, що додаткові похибки вважаються сумірними, якщо їх значення відрізняються одне від одного не більш як на 30%. Якщо серед додаткових похибок виявляються менші або несумірні з іншими і їх сума менша від

, то такі похибки належать до неістотних.

Функцію впливу рекомендується не нормувати за умови, що її границі допустимих відхилень від номінальної функції впливу не можуть бути встановлені меншими ніж 20% від номінальної функції впливу. У цьому разі рекомендується нормувати границі допустимої додаткової похибки ЗВТ або допустимої зміни іншої НМХ ЗВТ у всьому робочому діапазоні зміни впливної величини відповідно до робочих умов експлуатації ЗВТ даного типу.

Значення допустимої додаткової похибки ЗВТ, як правило, задають у вигляді часткового або кратного значення допустимої основної похибки. Наприклад, додаткова похибка ЗВТ, яка викликана відхиленням його живлення на

% від номінального значення, не повинна перевищувати 0,5 границі основної похибки ЗВТ.

Допустимі значення додаткових похибок, які традиційно застосовуються для розрахунків інструментальної похибки вимірювань, дають завищені результати і тому придатні для одержання тільки досить приблизних оцінок похибки вимірювань. Для одержання більш точних оцінок необхідно враховувати функцію впливу.

Методи нормування додаткових похибок і їх особливості однакові для всіх видів ЗВТ і обох моделей похибки.

Перелік нормованих неінформативних параметрів вхідного і вихідного сигналів ЗВТ, їх номінальні значення і границі допустимих відхилень установлюються в ДСТУ та НТД.

Нормування динамічної похибки засобів вимірювальної техніки

Динамічні похибки ЗВТ нормують опосередковано, шляхом нормування динамічних характеристик (або властивостей) ЗВТ, у зв’язку з тим, що ці похибки залежать не тільки від властивостей ЗВТ, але й від спектральних (частотних) характеристик вхідного сигналу. В існуючих стандартах передбачено нормування таких динамічних характеристик ЗВТ, які дозволяють оцінювати похибки вимірювань під час дії на вході ЗВТ будь-яких змінних сигналів. При цьому головними є вимоги, з одного боку, до детальності опису метрологічних характеристик ЗВТ, а з другого боку - до простоти їх нормування, експериментального визначення і контролю (повірки).

Для задання динамічних властивостей ЗВТ рекомендується використовувати їхні повні і частинні динамічні характеристики (див. підп.3.3.4). Повні динамічні характеристики нормуються або для системних ЗВТ, або для вимірювальних перетворювачів реєструвальних приладів, якщо вони призначаються для роботи з вхідними сигналами, в яких змінюються в часі інформативні параметри. Для таких ЗВТ, якщо для них установлені нормальні та робочі умови застосування, додатково нормують дію впливних величин і неінформативних параметрів вхідного сигналу на повні динамічні характеристики (похибки, що при цьому виникають, належать до додаткових). Для показувальних приладів, вимірювальних перетворювачів і реєструвальних приладів, призначених для роботи з постійними або з такими змінними сигналами, для яких динамічною похибкою можна знехтувати, нормують одну або декілька частинних динамічних характеристик, наприклад час реакції ЗВТ.