Статичні і динамічні похибки засобів вимірювальної техніки

В. При різних значеннях вимірюваної величини відносна адитивна похибка ЗВ набуває різних значень, аж до при . Тому для нормування адитивних похибок ЗВ уводять зведену похибку ЗВ, яка являє собою відношення абсолютної похибки ЗВ до нормованого значення ВВ

. (4.2)

Відмінність зведеної похибки ЗВ від відносної полягає в тому, що абсолютну похибку ділять не на змінне значення результату вимірювання , а на постійне нормоване значення . Отже, зведена похибка не залежить від результату вимірювання (показу ЗВ), що використовується при завданні класів точності ЗВ (див. підр. 4.6). Нормованим значенням називають умовно прийняте значення вимірюваної ФВ. Вибір обумовлюється характеристиками градуювання шкали ЗВ. Існує 5 варіантів завдання нормованого значення (перші 4 придатні для всіх ЗВ, а п’ятий - для ЗВ з суттєво нелінійною шкалою):

1. Якщо нульова позначка знаходиться на краю (поза) діапазоном вимірювань ЗВ, то за приймається більша з меж вимірювань або кінцеве значення діапазону вимірювань ЗВ;

2. Якщо нульова позначка ЗВ розташована всередині діапазону вимірювань ЗВ, то за беруть більшу за модулем межу вимірювань, суму модулів меж вимірювань ЗВ;

3. Для ЗВ, які мають шкалу з умовним нулем, значення установлюється таким, що дорівнює різниці меж вимірювань, наприклад, для термометра з межами вимірювань 400 0С (умовний нуль) і 1000 0С приймають XN = 600 0С;

4. Якщо для ЗВ задане номінальне значення ВВ , то , наприклад, для частотомірів з діапазоном 45...55 Гц і =50 Гц маємо Гц;

5. Для ЗВ із суттєво нерівномірною шкалою, (омметри та ін.), за нормоване значення беруть довжину всієї шкали або її частини, що відповідає діапазону вимірювань ЗВ.

Довжина шкали ЗВ - це довжина лінії, що проходить через середини всіх найкоротших позначок шкали та обмежена початковою та кінцевою позначками.

Г. Границя допустимої похибки ЗВТ- це найбільше за модулем значення похибки ЗВТ, за яким цей засіб ще може бути визнаний придатним до застосування.

Д.Варіація показу ЗВ (або вихідної величини ВП) - різниця між двома показами ЗВ (ВП), що одержують для того самого значення ВВ, якого досягають спочатку при плавному збільшенні, а потім - зменшенні ВВ.

Необхідно чітко відрізняти похибку результату вимірювання і ЗВТ: перша - це число, яке вказує можливі границі невизначеності його результату; друга - це певна властивість ЗВТ, для описування якої виникає потреба користуватися цілою низкою відповідних правил. Скориставшись вольтметром класу точності 1,0 (див підр. 4.6), тобто з границею зведеної похибки 1,0 %, ми не одержимо результат вимірювання з похибкою 1,0 %, бо похибка ЗВТ і похибка результату вимірювання - поняття неідентичні.

 

4.3.2. Систематичні і випадкові похибки засобів вимірювальної техніки Друга ознака для класифікації: закономірність чи характер зміни в часі або від вимірювання до вимірювання, коли розрізнюють систематичні та випадкові похибки.

Систематична складова похибки ЗВТ - це складова похибки даного екземпляра ЗВТ, яка при тому самому значенні ВВ в незмінних умовах застосування ЗВТ залишається постійною чи її змінами за час проведення вимірювань можна знехтувати, або змінюється за певним законом.

Постійні для кожного окремого екземпляра ЗВТ систематичні складовіпохибки являють собою сукупність різних значень для типу ЗВТ, тобто вони є випадковими для сукупності ЗВТ даного типу. Якщо зміни цих значень помітні, використовується корекція систематичної похибки ЗВТ (ручна або автоматична).

Систематична похибка даного типу ЗВТ складається з двох частин:

1. Постійної для всіх екземплярів ЗВТ, обумовленої їх принципом дії і конструкцією;

2. Істотно меншої у порівнянні з нею змінної складової, яка залежить від технології виготовлення, терміну і умов експлуатації ЗВТ і може бути випадковою. Постійна систематична похибка призводить до зміщення нуля

ЗВце показ ЗВ, відмінний від нуля, при вхідному сигналі, що дорівнює нулю. Розрізняють зміщення механічного нуля, яке спостерігається як відхилення механічного вказівника від нуля шкали приладу, і зміщення електричного нуля, яке спостерігається як існування вихідного сигналу при відсутності вхідного сигналу ЗВ.

Випадкові похибки ЗВТ викликаються різними факторами. Окремо виділяється і нормується, в силу важливості, так звана гістерезисна похибка. Гістерезис виникає в механічних і електричних вузлах ЗВТ і характеризує стійкість вихідного сигналу (показу) ЗВТ. Він проявляється в тому, що вихідний сигнал (або показ) даного екземпляра ЗВТ при тому самому значенні інформативного параметра (значенні ВВ) і однакових умовах виконання вимірювань буде різним, якщо потрібне значення ВВ встановлювати його зміною в різних напрямах: спочатку збільшуючи інформативний параметр, починаючи з менших значень, а потім зменшуючи його, починаючи з більших, у порівнянні з потрібним, значень параметра.

На рис. 4.2 показані номінальна і реальна градуювальні характеристики (функції перетворення) ЗВТ при наявності похибки гістерезису .

Рис.4.2. До пояснення похибки гістерезису ЗВТ

Похибка від гістерезису залежить не тільки від властивостей ЗВТ (гістерезис, люфт і т.п.), але й від напряму та швидкості зміни вхідної величини, а тому не належить до основної похибки ЗВТ. Щоб не порушувати традицію її доцільно включити (умовно) до основної похибки. Відповідна метрологічна характеристика ЗВТ - варіація в нормальних умовах.

 

Третья ознака: зміна вимірюваної величини в часі, коли розрізнюють статичну і динамічну похибки. Статична похибка ЗВТ - це похибка вимірювання, коли ВВ можна вважати незмінною за час вимірювання. Динамічна похибка ЗВТ - складова похибки, що виникає додатково до статичної похибки при вимірюванні величини, що змінюється за час вимірювання.

Динамічна складова похибки ЗВТ (інструментальної похибки вимірювання) - реакція ЗВТ на швидкість (частоту) зміни вхідного сигналу. Режим вимірювання, в якому динамічна складова похибки робить помітний внесок в інструментальну похибку вимірювання, є динамічним режимом вимірювання.Похибку ЗВТ у динамічному режимі називають похибкою динамічного режиму. Вона включає обидві складові: статичну і динамічну.

Надалі розглядаємо лише статичні режими вимірювання.