Виды погрешностей

Физические величины и их единицы

Физическая величина — это свойство, общее в качественном отношении многим объектам (системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Физическая величина отображает свойства объектов, которые можно выражать количественно в принятых единицах.

Размер физической величины — это количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, процессу или явлению.

Значение физической величины — это выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.

Истинное значение физической величины – это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном соотношении соответствующую физическую величину.

Единица физической величины — физическая величина, которой по определению придано значение, равное единице.

Можно сказать также, что единица физической величины — такое ее значение, которое принимают за основание для сравнения с ним физических величин того же рода при их количественной оценке.

Для построения системы единиц выбирают произвольно несколько физических величин.

Они называются основными. Величины, определяемые через основные, называются производными.

Совокупность основных и производных величин называется системой физических величин.

Система физических величин используется для построения системы единиц физических величин.

Единица физической величины представляет собой значение этой величины, принятое за основание для сравнения с ней значений величин того же рода при их количественной оценке. Ей по определению присвоено числовое значение, равное 1.

Единицы величин, входящих в систему, называются системными.

Внесистемные единицы — это единицы, не входящие в систему (единица мощности — лошадиная сила, единица энергии — киловатт-час, единицы времени — час, сутки, единица температуры — градус Цельсия и многие другие).

Кратной единицей называется такая, которая в целое число раз больше системной или внесистемной единицы: килогерц, мегаватт.

Дольной единицей называется такая, которая в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы: миллиампер, микровольт.

Относительные величины могут выражаться в безразмерных относительных единицах, в процентах, в промилле.

Логарифмическая величина представляет собой логарифм безразмерного отношения двух одноименных величин: бел (Б)

2.1. Системы единиц физических величин

Система СГС. основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г.

Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX века к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр — единица длины, килограмм-сила — единица силы и секунда — единица времени.

Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер.

В 1954 г. Х Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин и свеча) практической системы единиц.

Система, основанная на утвержденных в 1954 г. шести основных единицах, была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ

(SI— начальные буквы французского наименования Systeme International). Был утвержден перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных единиц, а также приставки для образования кратных и дольных единиц.

Аддитивная составляющая — погрешность

Аддитивная составляющая погрешности в приборах с астатической характеристикой обусловлена наличием порога чувствительности звеньев прямой цепи.
 

Аддитивная составляющая погрешности не зависит от коэффициента р, а определяется дрейфом нуля и наличием порога чувствительности у звеньев прямой цепи.
 

Аддитивная составляющая погрешности ЧМ-преобразования вызывается параллельным смещением преобразовательной характеристики. Эту погрешность часто называют погрешностью нуля, которая вызвана неточностью начальной настройки преобразователя и нестабильностью начальной частоты соо генератора. Мультипликативная погрешность ( погрешность чувствительности) связана с изменением крутизны преобразовательной характеристики. Она пропорциональна текущему значению преобразуемой величины видеосигнала.
 

Аддитивная составляющая погрешности АЭП проявляется в возникновении сигнала на выходе прибора или его узлов при отсутствии информационного сигнала на его входе.
 

Наиболее существенной погрешностью является погрешность нуля ( аддитивная составляющая погрешности), что связано с остаточными гистерезисными явлениями и явлением Баркгаузена, наблюдаемыми при намагничивании сердечников переменным полем возбуждения. Погрешность чувствительности ( мультипликативная составляющая погрешности) может быть сведена к относительно малой величине, порядка десятых долей процента, если использовать обратную связь в измерительной цепи. Специфической погрешностью является погрешность, связанная с тем, ЧТО магнитная ОСЬ преобразователя ОбЫЧНО не сдрпадает с геометрической продольной осью, по которой ориентируется преобразователь.
 

Действие системати -.., . ческой и случайной состав-с ляющих аддитивной по-грешности при измерении приращений сигнала / ( ДА.

При измерении приращений величины одним и тем же прибором аддитивная составляющая погрешности сказывается в значительно меньшей степени, чем мультипликативная. При действии только одной мультипликативной составляющей погрешности ошибка при измерении приращений определяется только этой составляющей.
 

Существенно ослабляется ( в К Къ раз) мультипликативная составляющая погрешности звена 1 и не ослабляется аддитивная составляющая погрешности звена обратной связи. Для эффективности метода необходимо, чтобы были пренебрежимо малы погрешности а02, а12 звена 2 обратной связи.
 

Обычно абсолютную погрешность средства измерений представляют в виде двучленной формулы хси а Ьх, где первое слагаемое — аддитивная составляющая погрешности, второе — мультипликативная. Однако в одной партии, поступившей на контроль, колебания контролируемого параметра и, следовательно, погрешности его измерений будут незначительны. Примем также, что плотность распределения погрешности измерений f ( xa) распределена по нормальному закону с математическим ожиданием ти и СКО сти.
 

Обычно абсолютную погрешность средства измерений представляют в виде двучленной формулы леи а Ьх, где первое слагаемое — аддитивная составляющая погрешности, второе — мультипликативная. Однако в одной партии, поступившей на контроль, колебания контролируемого параметра, и, следовательно, погрешности его измерений будут незначительны.
 

Примеры форм нормирования погрешностей и обозначений классов точности.

Так, для платиновых термопреобразователей сопротивления класса В в соответствии с ГОСТ Р50353 ( МЭК 751) предел основной допускаемой погрешности составляет Д, ( 0 3 0 005 М) С. Аддитивная составляющая погрешности, определяемая разбросом начального сопротивления преобразователей, равна 0 3 С, а мультипликативная, зависящая от отклонений чувствительности, равна 0 005 t С.
 

Структурная схема усилителя с МДМ — преобразованием.

Нелинейные составляющие погрешности проявляются в искажении формы выходного сигнала и поэтому нормируются посредством допустимого коэффициента гармоник. Аддитивная составляющая погрешности ИУ переменного тока обычно пренебрежимо мала.
 

Систематические погрешности компенсируются при некоторых видах косвенных измерений. Здесь компенсируется аддитивная составляющая погрешности.
 

Номинальная статическая характеристика — преобразование

Номинальная статическая характеристика преобразования — номинально приписываемая средству измерений зависимость между значениями величин или сигналов на выходе Y и входе х средства измерений в статическом режиме, выраженная в виде формулы, графика или таблицы. При проектировании средств измерений номинальную характеристику / ( рис. 4.1) стремятся выполнить линейной.
 

Прибор позволяет получать номинальные статические характеристики преобразования в виде линейных зависимостей унифицированных выходных сигналов от значений концентрации измеряемого компонента. Переключение диапазонов измерений автоматическое, причем переход на один из диапазонов сопровождается свечением соответствующих светодиодов.
 

Функция ( е, t) является номинальной статической характеристикой преобразования такого первичного измерительного преобразователя. В некоторый фиксированный момент времени она однозначно определяет связь между входными и выходными сигналами.
 

Номинальная статическая характеристика преобразования позволяет рассчитать значение входной величины по значению выходной.
 

При выпуске из ремонта термоэлектрических преобразователей определяют соответствие отремонтированного термопреобразователя ГОСТ 3044 — 84 Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования и производят поверку согласно ГОСТ 8.338 — 78 ГСИ.
 

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений ( без введения поправки) или градуировочные характеристики, определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средств измерений в статическом режиме. К ним относятся, например, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя, номинальное значение однозначной меры, пределы и цена деления шкалы, виды и параметры цифрового кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.
 

Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют некоторые особенности, которые придают магнитоэлектрическим приборам определенные положительные свойства. Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют высокую чувствительность и малое собственное потребление энергии, имеют линейную и стабильную номинальную статическую характеристику преобразования a, f ( l), что объясняется стабильностью свойств применяемых материалов. Однако эти механизмы имеют малую перегрузочную способность по току, относительно сложны и дороги. Недостаток их также в том, что обычные механизмы реагируют только на постоянный ток.
 

Монтаж на объекте T-MASS.

К числу особенностей автомобильных ПРВ следует отнести высокие требования к его динамическим характеристикам. Реакция на скачок расхода в 100 кг / ч лучших зарубежных аналогов составляет, как правило, 10 — 15 мс. В то же время в системах электронного впрыска к ПРВ не предъявляются требования линейности номинальной статической характеристики преобразования.
 

Медные термометры сопротивления в соответствии с ГОСТ 6651 — 78 могут применяться для длительного измерения температуры от — 200 до 200 С. Они выпускаются II и III классов. Номинальные сопротивления при 0 С составляют 10, 50 и 100 Ом ( в эксплуатации пока находятся термометры с о53 Ом), им соответственно присвоены следующие условные обозначения номинальных статических характеристик преобразования: ЮМ, 50М и 100М ( для термометров с о 53 Ом принято обозначение гр. Номинальные статические характеристики преобразования для медных термометров приведены в табл. 6.1. Предел допускаемой основной погрешности выбирается из ряда 0 2; 0 3; 0 5; 1; 2; 3; 5; 10 и 20 С. Для термометров II класса он, как правило, составляет 0 3 или 0 5 С, а для III класса 1 или 2 С.
 

Медные термометры сопротивления в соответствии с ГОСТ 6651 — 78 могут применяться для длительного измерения температуры от — 200 до 200 С. Они выпускаются II и III классов. Номинальные сопротивления при 0 С составляют 10, 50 и 100 Ом ( в эксплуатации пока находятся термометры с о53 Ом), им соответственно присвоены следующие условные обозначения номинальных статических характеристик преобразования: ЮМ, 50М и 100М ( для термометров с о 53 Ом принято обозначение гр. Номинальные статические характеристики преобразования для медных термометров приведены в табл. 6.1. Предел допускаемой основной погрешности выбирается из ряда 0 2; 0 3; 0 5; 1; 2; 3; 5; 10 и 20 С. Для термометров II класса он, как правило, составляет 0 3 или 0 5 С, а для III класса 1 или 2 С.
 

Средства измерений физических величин

Средство измерения (СИ) — это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.

Меры – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения.

Измерительный преобразователь – средство измерения, которое преобразует сигнал измерительной информации в форму, удобную для его передачи, последующего преобразования, а затем обработки и хранения.

Измерительный прибор – средство измерения, которое, в отличие от преобразователя, служит для выработки сигнала в форме, которая доступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительные установки – это совокупность средств измерений (меры, измерительные приборы и преобразователи) и вспомогательных устройств, объединенных функционально.

Измерительные системы – представляет собой такую же совокупность, но составляющие ее звенья соединены между собой каналами связи, которые размещены в разных точках контролируемого пространства.

Система измерения геометрии кузова автомобиля Измерительные индикаторы – представляет собой такую же совокупность, но составляющие ее звенья соединены между собой каналами связи, которые размещены в разных

точках контролируемого пространства.

5.1. Структурная схема средств измерений

На рис. приведены структурные схемы измерительных устройств прямого действия (а, в) и сравнения (б, г).

Первое часто называют измерительными устройствами прямого преобразования, а второе – измерительными устройствами уравновешивающего, или компенсационного, преобразования.

1). Чувствительный элемент; 2). Промежуточный преобразовательный элемент; 3). Измерительный механизм; 4). Выходной сигнал; 5). Преобразовательный элемент;

Метрологические характеристики средств измерения — характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и его погрешность.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами на средства измерений, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально – действительными.

Выделяют следующие метрологические характеристики измерительного инструмента:

1. Диапозон измерения;
2. Стабильность средств измерений;
3. Градуировочная характеристика средств измерений;
4. Погрешность средств измерения

Статические характеристики средств измерений:

1. Функция (характеристика) преобразования – функциональная зависимость выходной величины от входной, которая может быть задана формулой, таблицей, графиком;
2. Чувствительность преобразования — отношение изменения выходной величины прибора или измерительного преобразователя к вызвавшему ее изменению входной величины;
3. Порог чувствительности — изменение значения измеряемой величины, способное вызвать наименьшее обнаруживаемое изменение выходной величины.

5.2. Статические погрешности средств измерений

Частные метрологические характеристики

Цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

Предел показаний и измерений – это минимальное (нижний предел) и максимальное (верхний предел) значения шкалы прибора.

Диапазон показаний – область значений шкалы прибора, ограниченная начальной и конечной отметками шкалы.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности прибора.

• Выходной код;
• Число разрядов кода;
• Номинальная цена единицы наименьшего разряда кода;
• Номинальная ступень квантования.

Просмотров: 690

17.Погрешность квантования.

Погрешности
средств измерений

—
отклонения метрологических свойств
или параметров средств измерений от
номинальных, влияющие на погрешности
результатов измерений (создающие так
называемые инструментальные ошибки
измерений).
Погрешность результата
измерения — отклонение результата
измерения от действительного (истинного)
значения измеряемой величины, определяемая
по формуле — погрешность измерения.

Разным
значениям непрерывной измеряемой
величины
соответствуют дискретные значения
выходной величины.
Показания прибора дискретны с шагом
квантования,
где- чувствительность линейной функции,
которая имела бы место при.

Значение
,
соответствующее зависимостизаменяется дискретным значением,
равнымближайшему

уровню квантования. Несовпадение
ибудет определять погрешность квантования.
Значения погрешности квантованиялежат в пределе отдо.
При этом все значенияравновероятны и математическое ожидание
такой погрешности равно 0. Из этого
следует, что в этом случае погрешность
квантования есть чисто случайная
погрешность с равномерным распределением.