Принципы, приемы и способы обработки результатов измерения

В зависимости от специфики  и назначения средств измерений  нормируются различные наборы или  комплексы метрологических характеристик. Однако эти комплексы должны быть достаточны для учета свойств средств измерений при оценке погрешностей измерений.

Метрологические характеристики, входящие в установленный комплекс, выбирают такими, чтобы обеспечить возможность их контроля при приемлемых затратах. В эксплуатационной документации на средства измерений указывают  рекомендуемые методы расчета инструментальной составляющей погрешности измерений  при использовании средств измерения  данного типа в реальных условиях применения.

По ГОСТу 8.009 – 84 “ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений” предусмотрена следующая номенклатура метрологических характеристик:

1). Характеристики, предназначенные  для определения результатов  измерений (без введения поправок):

функция преобразования измерительного преобразователя - f(x);

значение однозначной  или многозначной меры – у;

цена деления шкалы  измерительного прибора или многозначной меры;

вид входного кода, число  разрядов кода, цена единицы наименьшего  разряда средств измерений, предназначенных  для выдачи результатов в цифровом коде.

2). Характеристики погрешностей  средств измерений включают: значение  погрешности, ее систематические  и случайные составляющие, погрешности  случайной составляющей DслН от гистерезиса – вариация Н выходного сигнала (показания).

Для систематической составляющей Dсист погрешности средств измерений выбирают характеристики из числа следующих:

значение систематической  систематической составляющей Dсист;

значение систематической  составляющей Dсист, математическое ожидание М[Dсист] и среднее квадратическое отклонение s[Dсист] систематической составляющей погрешности.

Для случайной составляющей Dсл погрешности выбирают характеристики из числа следующих:

среднее квадратическое отклонение s[Dсл] случайной составляющей погрешности;

среднее квадратическое отклонение s[Dсл] случайной составляющей погрешности и нормализованная автокорреляционная функция rDсл(t) или функция спектральной плотности SDсл(w) случайной составляющей погрешности.

В нормативно-технической  документации на средства измерений  конкретных видов или типов допускается  нормировать функции или плотности  распределения вероятностей систематической  и случайной составляющих погрешности.

3. Характеристики чувствительности  средств измерений к влияющим  величинам выбираются из числа  следующих:

функция влияния y(x);

изменения e(x) значений метрологических характеристик средства измерения, вызванные изменением влияющих величин x в установленных пределах.

4. Динамические характеристики  отражают инерционные свойства  средства измерений при воздействии  на него меняющихся во времени  величин - параметров входного  сигнала, внешних влияющих величин,  нагрузки.

По степени полноты описания инерционных свойств средств измерений динамические характеристики делятся на полные и частные.

К полным динамическим характеристикам  относятся:

дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений;

передаточная функция;

переходная характеристика;

импульсная переходная характеристика;

амплитудно-фазовая характеристика;

амплитудно-частотная характеристика для минимально-фазовых средств  измерения;

совокупность амплитудно-фазовых  и фозово-частотных характеристик.

Частичными динамическими  характеристиками могут быть отдельные  параметры полных динамических характеристик  или характеристики, не отражающие полностью динамических свойств средств измерений, но необходимые для выполнения измерений с требуемой точностью (например, время реакции, коэффициент демпфирования, значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте, значение резонансной собственной круговой частоты). Комплекс их оговаривается в соответствующих стандартах.

Нормы на отдельные метрологические  характеристики приводятся в эксплуатационной документации (паспорте, техническом  описании, инструкции по эксплуатации и т. д.) в виде номинальных значений, коэффициентов функций, заданных формулами, таблицами или графиками пределов допускаемых отклонений от номинальных  значений функций.

В ГОСТе 8.009 – 84 приведены способы нормирования рассмотренных выше метрологических характеристик.

1.5.6. Классы точности средств измерений

Учёт всех нормируемых  метрологических характеристик  средств измерений является сложной  и трудоёмкой процедурой. На практике такая точность не нужна. Поэтому  для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято  деление на классы точности, которые  дают их обобщённую метрологическую  характеристику.

Требования к метрологическим  характеристикам устанавливаются  в стандартах на средства измерений  конкретного типа.

Классы точности присваиваются  средствам измерений с учётом результатов государственных приёмочных испытаний.

Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и  корпуса средств измерений, приводятся в нормативно-технических документах. Классы точности могут обозначаться буквами (например, М, С и т. д.) или  римскими цифрами (I,II,III и т. д.). Обозначение  классов точности по ГОСТу 8.401–80 может сопровождаться дополнительными условными знаками:

q  0,5, 1,6, 2,5 и т. д.- для приборов, приведенная погрешность g=D/ХN которых составляет 0,5, 1,6, 2,5% от нормирующего значения ХN (D - пределы допустимой абсолютной погрешности). При этом ХN принимается равным бо’льшему из модулей пределов измерений, если нулевое значение входного (выходного) сигнала находится на краю или вне диапазона измерений;

q    - то же, что и в предыдущем случае, но при ХN равным длине шкалы или ее части;

q   , , и т. д. - для приборов, у которых относительная погрешность d=D/х составляет 0,1, 0,4, 1,0% непосредственно от полученного значения измеряемой величины х;

0,02/0,01 - для приборов, у  которых измеряемая величина  не может отличаться от значения  х, показанного указателем, больше, чем на [C + d×

(|Хк ¤х| - 1)]%, где С и d - числитель и знаменатель соответственно в обозначении класса точности; Хк – бо'льший (по модулю) из пределов измерений прибора. Примеры обозначения классов точности приведены на рис. 3.2.

1.5.7. Метрологическая надёжность средств измерения

В процессе эксплуатации любого средства измерения может возникнуть неисправность или поломка, называемые отказом.

Рис. 3 .2. Лицевые  панели приборов: а – вольтметра класса точности 0,5 с равномерной шкалой; б– амперметра класса точности 1,5  с равномерной шкалой;  в – амперметра класса точности 0,02/0,01 с равномерной шкалой;  г - мегаомметра класса точности           с неравномерной шкалой

Метрологическая надёжность - это  свойство средств измерений сохранять  установленные значения метрологических  характеристик в

течение определённого времени  при нормальных режимах и рабочих  условиях эксплуатации. Она характеризуется  интенсивностью отказов, вероятностью безотказной работы и наработкой на отказ.

Интенсивность отказов определяется выражением

 ,

где L - число отказов; N - число  однотипных элементов; Dt - промежуток времени.

Для средства измерения, состоящего из n типов элементов, интенсивность отказов

,

где mi - количество элементов i-го типа.

Вероятность безотказной  работы  .

Наработка на отказ   .

Для внезапного отказа, интенсивность  отказов которого не зависит от времени  работы средства измерения,

Lсум(t) = Lсум = const; P(t) = exp(-Lсум×t); Tср = L/Lсум .

Межповерочный интервал, в течение которого обеспечивается заданная вероятность безотказной работы, определяется по формуле

 ,

где Рмо - вероятность метрологического отказа за время между поверками; 

Р(t) - вероятность безотказной работы.

В процессе эксплуатации может  производиться корректировка межповерочного интервала.

1.5.8. Метрологическая аттестация средств измерений

Под метрологической аттестацией  понимают исследование средства измерений, выполняемое метрологическим органом  с целью определения его метрологических  свойств и выдачи соответствующего документа с указанием полученных данных.

По результатам метрологической  аттестации средству измерений приписываются  определённые метрологические характеристики, определяется возможность применения его в качестве образцового или  рабочего средства измерений. В настоящее  время под метрологической аттестацией  обычно понимают всестороннее исследование образцовых или нестандартных средств  измерений, а также стандартных  образцов состава и свойств веществ  и материалов.

Нестандартные средства измерений (НСИ). Установлен порядок метрологического обеспечения эксплуатации нестандартных  средств измерений, который распространяется также на:

ввозимые из-за границы  единичными экземплярами;

единичные экземпляры серийных средств измерений, отличающиеся от условий, для которых нормированы  их метрологические характеристики;

серийно выпускаемые образцы, в схему и конструкцию которых  внесены изменения, влияющие на их метрологические  характеристики.

Нестандартными могут  быть как рабочие, так и образцовые средства измерений.

Задачами метрологического обеспечения НСИ являются:

1. Исследование метрологических  характеристик и установление  соответствия НСИ требованиям  технических заданий, либо паспорту (проекту) завода изготовителя.

2. Установление рациональной  номенклатуры НСИ.

3. Обеспечение НСИ средствами  аттестации, поверки (НТД по поверке)  при их разработке, изготовлении  и эксплуатации.

4. Обеспечение постоянной  пригодности НСИ к применению  по назначению с нормированной  для них точностью.

5. Сокращение сроков и  снижение затрат на разработку, изготовление и эксплуатацию.

Научно-методическое руководство  деятельностью предприятий по метрологическому обеспечению НСИ осуществляют головные и базовые организации метрологической  службы министерств (ведомств), метрологические  институты, центры стандартизации и  метрологии Госстандарта России.

Вновь разработанные или  закупленные по импорту НСИ допускаются  к применению только после их метрологической  аттестации. Если существует договор  о взаимном признании результатов  аттестации средств измерений со страной, из которой импорируется НСИ, то аттестация в России может не проводиться.

За разработкой, изготовлением  и эксплуатацией НСИ ведётся  авторский и государственный (в  сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора) надзор , а также ведомственный конт-роль.

Авторский контроль осуществляется разработчиком НСИ совместно  с метрологической службой разработчика. Он предусматривает участие в  подготовке и проведении метрологической  аттестации НСИ, оказание помощи при  разработке нормативно-технической  документации и организации поверки  НСИ.

Ведомственный метрологический  контроль за разработкой, изготов-лением, аттестацией и поверкой НСИ проводится метрологическими службами министерства (ведомства).

1.5.9. Погрешность измерений

Погрешность измерений - это  отклонение значений величины, найденной  путём её измерения, от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Погрешность прибора - это  разность между показанием прибора  и истинным (действительным) значением  измеряемой величины.

Разница между погрешностью измерения и погрешностью прибора  заключается в том, что погрешность  прибора связана с определёнными  условиями его поверки.

Погрешность может быть абсолютной и относительной.

Абсолютной называют погрешность  измерения, выраженную в тех же единицах, что и измеряемая величина. Например, 0,4В, 2,5мкм и т. д. Абсолютная погрешность

D = А – Хист » А – Хд,

где А - результат измерения; Xист - истинное значение измеряемой величины; Xд - действительное значение измеряемой величины.