Мария Клочкова - Шпаргалка по метрологии, стандартизации, сертификации
В рамках общих методов измерений в метрологической практике и в общем приборостроении часто применяются специальные приемы для исключения самих источников систематических погрешностей или их компенсации. Рассмотрим наиболее употребительные из этих приемов.
Параметрическая стабилизация очень широко применяется при ответственных измерениях. Этот прием используют для поддержания в заданных пределах температуры и влажности окружающей среды, напряжения питания и др. Наиболее распространены такие способы параметрической стабилизации, как термоста-тирование приборов, защита от воздействия вибраций, использование эффективных стабилизаторов в цепях электропитания приборов, экранирование приборов для защиты их от воздействия посторонних электрических, магнитных, радиационных и других полей.
Способ компенсации постоянных и периодических погрешностей по знаку. При реализации этого способа процесс измерения строится таким образом, что постоянная систематическая погрешность входит в результат измерения один раз с одним знаком, а другой раз – с другим. Тогда среднее из двух полученных результатов оказывается свободным от постоянной погрешности.
Способ вспомогательных измерений применяется в тех случаях, когда воздействие влияющих величин на результаты измерений вызывает большие погрешности измерений. Тогда идут на заведомое усложнение схемы измерительной установки, включая в нее элементы, воспринимающие значение влияющих величин, автоматически вычисляющие соответствующие поправки и вносящие их в полезные сигналы, которые поступают на отсчетные или регулирующие устройства.
В настоящее время наибольшее применение нашли специальные методы измерения, использующие оборудование, специально разработанное для измерения параметров с заданными метрологическими и эксплуатационными характеристиками (тип устройства, диапазон измеряемых параметров, погрешность измерений, время подготовки к повторному опыту, ресурс работы).
Например, специальные методы измерений скоростей используют два основных принципа измерений:
– измерение смещения частоты отраженного от движущегося тела сигнала относительно частоты основного сигнала (эффект Допплера);
– измерение интервала времени между сигналами датчиков пролета пули, разнесенных на величину измерительной базы.
Допплеровские измерители скоростей представляют собой сложные и дорогостоящие измерительные комплексы (типа измерительного комплекса «Ариэль»), пригодные для измерения скоростей на участках внутренней и внешней баллистики.
54. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Каждое средство измерений обладает своими специфическими свойствами, которые описывают характеристиками, среди которых основное место занимают метрологические характеристики. Знание метрологических характеристик необходимо для выбора средств измерения и оценивания точности результата измерений. Существуют следующие метрологические характеристики средств измерений:
– номинальная статическая характеристика преобразования (функция преобразования – функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигнала средства измерения, ее еще называют номинальной функцией преобразования средства измерения);
– чувствительность – отношение приращения выходного сигнала средства измерения к вызвавшему это приращение изменению входного сигнала. Применительно к измерительным приборам – если их чувствительность постоянна, то шкала прибора равномерная, т. е. длина всех делений шкалы одинаковая;
– диапазон измерений – область значений измеряемой нормированной величины, для которой нормируется погрешность средства измерения. Диапазон измерений ограничен наибольшим и наименьшим значениями. Для измерительных приборов область значений шкалы ограничивают начальным и конечным значениями шкалы, называют диапазоном показаний. Может делится на поддиапазоны;
– цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующей двум соседним отметкам шкалы. Для средств измерений, выражающих результат измерения в цифровой форме, указывают цену единицы младшего разряда, вид выходного кода и число разрядов кода;
– для оценки влияния средства измерения на режим работы объекта исследования нормируется входное полное сопротивление. При включении средства измерения в цепь оно потребляет от этой цепи некоторую мощность, что может привести к изменению режима цепи;
– допустимая нагрузка на средство измерения и погрешность передачи сигнала измерительной информации зависит от выходного полного сопротивления;
– важнейшая характеристика средства измерения – погрешность, которую оно вносит в результат измерения или, как принято говорить, погрешность средства измерения. Погрешности средств измерений зависят от внешних условий, поэтому их принято делить на основную и дополнительную. Основная – погрешность в условиях, принятых за нормальные для данного средства измерения. Дополнительная погрешность – возникает при отклонении измеряемой величины от нормальных значений;
– динамические характеристики средств измерений – характеристики инерционных свойств. Средства, определяющие зависимость выходного сигнала средства измерения от меняющихся во времени величин: параметры входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки и др. В зависимости от полноты описания динамических свойств средств измерения различают полные, частные динамические характеристики. К полным динамическим характеристикам относят переходную характеристику, амплитудно-фазовую, амплитудно-частотную, передаточную функцию и т. д. Для измерительных приборов – время реакции, время установления показаний, т. е. время от момента скачкообразного изменения измеряемой величины до момента установления с определенной погрешностью показаний.
55. ИСТИННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
При анализе измерений следует четко разграничивать два понятия: истинные значения физических величин и их эмпирические проявления – результаты измерений.
Истинные значения физических величин – это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания и являются абсолютной истиной.
Результаты измерений представляют собой приближенные оценки значений величин, найденные путем измерения, они зависят от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся измерения, и от свойств органов чувств наблюдателя, осуществляющего измерения.
Разница А между результатами измерения X и истинным значением Qизмеряемой величины называется погрешностью измерения: А = X– Q.
Причинами возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и органов чувств наблюдателя. В отдельную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений. Последние проявляются двояко. С одной стороны, все физические величины, играющие какую-либо роль при проведении измерений, в той или иной степени зависят друг от друга. Поэтому с изменением внешних условий изменяются истинные значения измеряемых величин. С другой стороны, условия проведения измерений влияют и на характеристики средств измерений и физиологические свойства органов чувств наблюдателя и через их посредство становятся источником погрешностей измерения.
Причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов. Их можно объединить в две основные группы:
– случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;
– систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.
В процессе измерения оба вида погрешностей проявляются одновременно, и погрешность измерения можно представить в виде суммы:
А = 6 + 6, где 6 – случайная, а 6 – систематическая погрешности.
Для получения результатов, минимально отличающихся от истинных значений величин, проводят многократные наблюдения за измеряемой величиной с последующей математической обработкой опытных данных. Поэтому наибольшее значение имеет изучение погрешности как функции номера наблюдения, т. е. времени A(f). Тогда отдельные значения погрешностей можно будет трактовать как набор значений этой функции:
А1 = A(f1), А2 = A(f2),...А„= A(f„). В общем случае погрешность является случайной функцией времени, которая отличается от классических функций математического анализа тем, что нельзя сказать, какое значение она примет в момент времени t. Можно указать лишь вероятности появления ее значений в том или ином интервале. В серии экспериментов, состоящих из ряда многократных наблюдений, мы получаем одну реализацию этой функции. При повторении серии при тех же значениях величин, характеризующих факторы второй группы, неизбежно получаем новую реализацию, отличающуюся от первой.
