книги / Методы электрических измерений

устанавливают методику сбора и алгоритм обработки данных для оценки метрологических характеристик. Критерии существен­ ности дрейфа, вариации и случайной составляющей погрешности должны соответствовать установленным в стандартах (см. гл. 10).

Число и расположение испытуемых точек в диапазоне измере­ ний должно соответствовать установленным в стандартах на СИ конкретного типа. Обычно эти точки выбирают соответствующими 5, 25, 50, 75, 95 % диапазона измерений, при наличии вариации показаний, и 0, 25, 50, 75, 100 % — при ее отсутствии. При наличии особых точек (точек с экстремальными значениями по­ грешности) они должны включаться в число испытуемых.

Предел допускаемого значения основной погрешности образ­ цового средства измерений (ОСИ) при ориентировочной оценке метрологических характеристик должен быть не более 25 % предела допускаемого значения основной погрешности испытуе­ мого СИ.

При оценке метрологических характеристик с заданными по­ казателями точности и достоверности погрешность ОСИ должна выбираться с таким расчетом, чтобы обеспечить заданную допу­ скаемую относительную погрешность аД2 или заданную вели­ чину доверительного интервала /р2 (А) оценки погрешности А при заданной доверительной вероятности рд.

Значения рд выбирают из ряда 0,90; 0,95; 0,99. Значение до­ пускаемой относительной погрешности аД2 оценки характери­ стики А не должно превышать технологического запаса Зт по определяемой характеристике:

где Ад. т — максимальное значение характеристики А, допускае­ мое технологией для всего множества СИ данного типа.

При контроле метрологических характеристик погрешность образцового СИ должна выбираться такой, чтобы обеспечить ве­ роятность необнаруженного брака рцб не выше заданного, при заданном значении относительной погрешности — аД2. Значе­ ние рвб выбирают из ряда 0,005; 0,025; 0,050. Погрешность образ­ цового СИ при этом рассчитывают в соответствии с рекоменда­ циями ГОСТ 8.508—84. Там же имеются указания по выбору методики оценки ориентировочной и точной метрологических характеристик СИ.

Общая теория определения объема выборки при определении характеристик погрешности СИ приведена в гл. 1. Далее при­ водятся практические соотношения, использование которых ре­ комендуется существующими стандартами. Естественно, что в каж­ дом Конкретном случае знание основ теории позволит корректно оценить используемые соотношения.

При определении метрологических характеристик средств из­ мерений предварительно должны проводиться все предусмотрен­ ные в ' эксплуатационной документации операции по подготовке

к измерению: прогрев, установка рабочего положения СИ, уста­ новка указателя на нулевую отметку и калибровка, учет попра­ вок и пр. (ГОСТ 22261—82).

Определение основной погрешности и погрешности в интер­ вале влияющих факторов производится сличением или прямым измерением с использованием образцовых СИ.

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

Оценка вариации показаний и абсолютной максимальной по­ грешности. Методика оценки заключается в /i-кратной подаче на вход СИ сигнала Xj, соответствующего /-й испытуемой точке диапа­ зона измерений, и отсчете выходного сигнала. При наличии вариа­ ции показаний Я подход к заданной точке осуществляется со сто­ роны меньших и больших значений. Обработка результатов состоит в определении максимального значения погрешности из числа полученных значений или в определении и исключении вариаций показаний с последующей оценкой погрешности.

Для нахождения метрологических характеристик измеритель­ ного преобразователя рекомендуется пользоваться следующими

где /ном (*) — номинальная функция преобразования измеритель­

образцового СИ. Для нахождения максимального значения по­ грешности Ау полученные погрешности объединяются в ряд

где

Aj, = max | Agi |.

Число экспериментов n при ориентировочной оценке не пре­ вышает 10, при точных оценках п выбирают исходя из заданной достоверности определения характеристик СИ.

Оценка систематической и случайной составляющих погреш­ ности без учета вариации показаний. Обработка результатов измерения в этом случае заключается в нахождении среднего значения наблюдаемого ряда Лсг/ и его среднего квадратического

отклонения ац [А]:

П

Оценка систематической и случайной составляющих погреш­ ности с учетом вариации показаний. Обработка результатов изме­ рения заключается в этом случае в раздельной обработке рядов погрешностей, соответствующих подходам к испытуемой точке со стороны меньших и больших значений, с последующей комби­ нацией полученных результатов, что соответствует исключению вариаций показаний из результатов измерения. Это делают, используя соотношения

Оценка составляющих инструментальной погрешности при наличии линейного дрейфа d без учета и с уютом вариации пока­ заний. Обработка результатов измерения состоит в исключении дрейфа с помощью вычисления первой разности наблюдаемого

уровню. Зависимость этой погрешности 6П от числа уровней квантования приведена ниже:

Неточность определения погрешностей повлечет за собой также появление погрешности Аг^ (<г) в определении корреляционной

функции г» (т). Значение этой погрешности можно найти из соотношения

где Dm — дисперсия шума; Dx — дисперсия погрешности. Если значения сотах и Тп неизвестны, то необходимые пара­

метры для определения г° (т) можно найти, задаваясь допускае­

мыми погрешностями аппроксимации корреляционной функции [281. Значение коэффициента корреляции, после которого корреля­ ционную функцию считают практически равной нулю, определяют на основании среднего квадратического отклонения выборочных коэффициентов корреляции. Значение среднего квадратического отклонения коэффициентов корреляции для <с > ттах определяют

по формуле

Если все г (т), начиная с г (тк), таковы, что интервал г (т) ±

± За [г^ (т)] включает в себя нулевое значение корреляционной

функции, то тк устанавливается в качестве интервала корреляции. Интервал времени между отсчетами погрешности при оценке характеристик погрешности, -вариации показаний и дрейфа вы­

бирается большим либо равным тк.

Динамические погрешности средства измерений на практике не определяются экспериментально, а рассчитываются на основа­ нии экспериментально определенных динамических характери­ стик СИ.

Глава десятая

МЕТОДЫ НОРМИРОВАНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

10.1. НОРМИРУЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Установление границ для отклонений реальных метрологиче­ ских свойств средств измерений от их номинальных значений — нормирование метрологических свойств — предопределяет каче­ ство средств измерений. Известно .(101, что средства измерений можно использовать для измерений только тогда, когда известны

их метрологические характеристики. Отсутствие сведений о ме­ трологических характеристиках СИ или недостаточно достовер­ ные их оценки полностью или частично обесценивают получаемую в результате измерений информацию о свойствах объектов и про­ цессов, качестве продукции, об эффективности технологических процессов, о количестве сырья, продукции и пр.

Некорректная оценка погрешностей измерений может привести к большим экономическим потерям или другим техническим по­ следствиям. Так, например, по данным Свердловского филиала НПО «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», снижение погрешности измерения температуры в реакторах атомных электростанций

с4 до 1 °С дает возможность увеличить мощность реактора на 9 %. Заниженная оценка погрешности измерения ведет к увеличе­

нию брака продукции, неэкономичному или неправильному рас­ ходованию материальных ресурсов, неправильным выводам при научных исследованиях, ошибочным решениям при испытаниях технических и других объектов.

Завышенные оценки погрешностей измерения, как правило, ведут к необходимости увеличения затрат на проведение измери­ тельного эксперимента, вызывают необоснованные затраты на разработку, промышленный выпуск и эксплуатацию средств измерений.

Поэтому в основу методологии выбора системы нормирования метрологических характеристик должно быть положено стремле­ ние максимально приблизить оценку погрешности измерения к ее действительному значению, так чтобы она оставалась при этом, в выбранной метрике, «оценкой сверху», поскольку из практики применения средств измерений выявлено, что ущерб от примене­ ния средств о заниженными характеристиками значительно пре­ вышает этот ущерб от применения СИ с завышенными ха­

оценки, определяет одну из тенденций развития практической метрологии.

В то же время необходимо отметить, что математически строгое решение сформулированной выше задачи нормирования метроло­ гических характеристик СИ практически вряд ли возможно, учитывая тот факт, что погрешность измерения вызывается мно­ гими факторами, достоверными сведениями о которых экспери­ ментатор не всегда обладает. Здесь необходимо подчеркнуть также отличие описания метрологических свойств СИ от норми­ рования их. Описание может быть весьма детальным и точным. Детальное и точное описание характеристик конкретного СИ позволяет, например, значительно повысить точность измерений этим СИ, что постоянно и используется в метрологии. В то же время переносить методы описания на методы нормирования в общем случае нельзя, поскольку это сильно усложнит процесс поверки и испытаний СИ.