Выбор средства измерения для выполнения однократного технического измерения

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

1 ВЫБОР СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОДНОКРАТНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ:

1.1 Исходные данные

1.2 Теоретические данные

1.3 Определение сопротивления нагрузки цепи

1.4 Определение первоначальной совокупности средств измерения

1.5 Выбор средства измерения из первоначальной совокупности 2 ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА ДЛЯ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ 2.1 Исходные данные 2.2 Теоретические данные 2.3 Выбор средства измерений

Список использованнЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

При выборе средств измерений в  первую очередь должно учитываться  допустимое значение погрешности для  данного измерения, установленное  в соответствующих нормативных  документах и необходимо учитывать предпочтительность стандартизированных средств измерений.

Зачастую правильность расчетов существенно  зависит от правильности измерений, поэтому важно уметь правильно  выбрать средства для проведения измерений и оценить погрешность  полученных данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОДНОКРАТНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ:

 

1.1 Исходные данные

Показания цифрового вольтметра,

Сила тока в цепи,

Вариация напряжения в сети питания  вольтметра -8%

Допускаемая погрешность измерения 

Температура окружающей среды t = +40℃

Относительная влажность окружающего воздуха 80%

Доверительная вероятность Р = 0,95.

 

1.2 Теоретические данные

Для измерения  напряжения постоянного тока с учетом сопротивления нагрузки R_НГ и условий измерения используется цифровой вольтметр (рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 - Схема подключения средства измерений к объекту

Для выявления  особенностей процессов или явлений  требуются высокоточные измерения  физических величин, характеризующих  свойства объекта измерения. Повышение  точности таких измерений обеспечивают двумя основными способами - применением  более точных средств измерений  или статистической обработкой результатов  многократных измерений. Точность технических  измерений определяется по нормируемым  метрологическим характеристикам  применяемых средств измерений  с учетом метода и условий проведения измерений.

Метрологические характеристики средств измерений  позволяют определять результаты измерений  и рассчитывать оценки характеристик  инструментальной составляющей погрешности измерений в реальных условиях применения средств измерений; производить оптимальный выбор средств измерений, обеспечивающих требуемое качество измерений при известных условиях их применения; сравнивать средства измерений различных типов с учетом условий применения.

При технических  измерениях погрешности известны заранее  и в процессе измерения их не оценивают.

Правильный  выбор средств измерений является необходимым условием получения  достоверной измерительной информации. В простых измерительных задачах, заключающихся в определении  значений параметров несложных устройств, вопросы выбора средств измерений  решают на основе практического опыта. Рекомендации носят общий характер, при этом проверяются следующие  условия:

• средства измерений должны обеспечивать измерение параметров устройств с необходимой точностью, быстродействием, в заданном диапазоне значений измеряемой физической величины, в определенных условиях окружающей среды (при фиксированном уровне внешних воздействующих факторов);
• средства измерений должны быть приемлемыми по стоимости, надежности.

Типы средств  измерений, пригодные для решения  измерительной задачи, первоначально  определяют по своему функциональному  назначению, диапазонам измеряемых физических величин, стойкости к внешним  воздействующим факторам, массогабаритным  характеристикам, простоте, удобству и  безопасности применения. Оптимизация  выбора средств измерений при  соблюдении требований измерения параметров достигается минимизацией (исключением) избыточности по точностным характеристикам выбираемых средств измерений, что позволяет выбрать средства измерений минимальной стоимости, так как стоимость средств измерений, как правило, растет с повышением их точности.

Уменьшения  относительной погрешности можно  добиться, выбрав средства измерений, для которых нормированы приведенные  погрешности, с таким верхним  пределом измерений, чтобы ожидаемые  значения измеряемой величины (показания) находились в последней трети  диапазона измерений.

Выбор средств  измерений. Включает следующие операции:

• определение исходных данных;
• определение первоначальной совокупности средств измерений;
• расчет требуемой точности средств измерений;
• выбор конкретного средства измерений из первоначальной совокупности.

Определение исходных данных необходимо для выявления  состава характеристик и условий  проведения измерений. Исходные данные включают:

• состав измеряемых параметров, диапазоны изменения их значений;
• значения доверительных вероятностей для измеряемых параметров;
• особенности подключения средств измерений к объекту;
• климатические условия.

Перечисленные исходные данные позволяют выявить  совокупность средств измерений, из которых будет произведен выбор  прибора, необходимого для измерения. После выбора первоначальной совокупности средств измерений необходимо рассчитать требуемые значения точности средств  измерений. Требования к точности формулируются  следующим образом: предел суммарной  погрешности измерений параметра  выбранным средством не должен превышать  допустимого значения погрешности  измерений:

 

,

 

где - предел суммарной погрешности измерений параметра с помощью выбранного средства измерений;

- допустимое  значение погрешности результата  измерения параметра, указанное  в исходных данных.

При определении  фактического значения предела суммарной погрешности выбранного средства измерений учитывают ее следующие составные части: основную погрешность, дополнительную погрешность за счет влияния внешних факторов, динамическую погрешность, энергетическую погрешность. В соответствии с ГОСТ 8.009-84 систематическую и случайную составляющие погрешностей этих частей оценивают на основании нормируемых метрологических характеристик средств измерений. Если в технической документации некоторые составляющие погрешности СИ не нормируются, то полагают, что они равны нулю и для средства измерений данного типа несущественны.

Оценивание  погрешности результатов прямых однократных измерений проводится при следующих условиях:

• составляющие погрешности результата измерения известны;
• случайные погрешности составляющих распределены нормально;
• неисключенные систематические погрешности распределены равномерно.

До измерения  проводится априорная оценка составляющих погрешности с использованием всех доступных данных. За результат однократного измерения А принимают значение величины, полученное при отдельном измерении.

Суммарная допускаемая  погрешность измерения является функцией трех составляющих:

 

,

 

где - погрешность средств измерений, рассчитываемая по его метрологическим характеристикам;

- погрешность  используемого метода измерений; 

- личная  погрешность, вносимая конкретным  оператором.

Методические  погрешности не указываются в  технической документации на средства измерений и должны оцениваться  самим экспериментатором при  разработке измерительной технологии. Одним из источников методической погрешности  является взаимодействие средств измерений  и объекта измерений, например погрешность  при измерении электрических  характеристик объекта в случае малого входного сопротивления измерительного прибора.

Задача выбора средств измерений решается в  предположении, что методические и  личностные погрешности измерений  пренебрежимо малы по сравнению с  погрешностью используемых СИ (не превышают 15 % от погрешности средств измерений) и за погрешность результата измерения  принимают погрешность используемых средств измерений:

 

.

 

Выполняемые однократно технические измерения  не позволяют по данным эксперимента разделить случайные и систематические  погрешности, поэтому при определении  точности результата измерения, как  правило, оценивают только границы  суммарной инструментальной погрешности  средств измерений.

Инструментальная  составляющая погрешности определяется основной и дополнительными погрешностями. Основная погрешность обусловлена  отличием действительной функции преобразования в нормальных условиях от номинальной  функции и является основной погрешностью средства измерений, применяемого в  нормальных условиях эксплуатации. Нормальные условия измерений устанавливаются  в нормативной документации конкретного  средства измерений и характеризуются  совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых  изменением результата измерений пренебрегают. Рабочие условия измерений - условия  измерений, при которых значения влияющих величин находятся в  пределах рабочих областей. Если основная погрешность применяемого средства измерений и его дополнительные погрешности () заданы границами, следует рассматривать эти погрешности как неисключенные систематические. Дополнительные погрешности, обусловленные различными влияющими величинами, считаются соизмеримыми, если они различаются не более чем на 30 %. При измерениях в условиях, отличающихся от нормальных, случайная погрешность средств измерений обычно изменяется мало, и доминирующее значение приобретают дополнительные погрешности. Эти погрешности обусловлены реакцией средств измерений на изменения внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала относительно их номинальных значений. Влияющей называют физическую величину, характеризующую условия выполнения измерений (температура, влажность окружающего воздуха, напряжение питания сети и т.д.). Нормальное значение влияющей величины и ее нормальную область, точностные характеристики (погрешность прибора, нестабильность, порог чувствительности, дрейф нуля и др.) указывают в технических условиях на прибор.