рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Метрология и радиоизмерения

Метрология и радиоизмерения - раздел Образование, Федеральное Агентство По Образованию Государственное Образовательное...

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

Владимирский государственный университет

 

А.Д. ПОЗДНЯКОВ

 

 

Метрология и радиоизмерения

 

Курс лекций

 

Часть 1

 

Владимир 2008

УДК

ББК

П47

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор

зав.кафедрой радиотехники и радиосистем

Владимирского государственного университета

О.Р. Никитин

Доктор физико-математических наук, профессор

зав.кафедрой теоретической физики

Владимирского государственного педагогического университета

В.Г. Рау

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Владимирского государственного университета

Поздняков, А. Д.

  Пособие предназначено для подготовки студентов в области радиоизмерений. В… Рекомендуется для студентов всех форм обучения направления «Радиотехника», а также специальностей «Радиотехника» и…

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ 1: История, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ…………………

Лекция 2: Государственная система обеспечения единства измерений………………………………………………………………………………….

Лекция 3: МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА………………………………………….

Лекция 4: Государственный контроль за СИ……………………………..

Лекция 5: ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРений…………………………………………….

Лекция 6: Законы распределения результата измерения…………..

Лекция 7: подготовка и пРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ…………

Лекция 8: ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА……………………….

Лекция 9: Эталоны и меры ………………………………………………………….

Лекция 10: Статические характеристики и схемы Измерительных приборов…………………………………………………………..

Лекция 11: Принципы построения цифровых измерительных приборов …………………………………………………………………………………….

Лекция 12: функциональные преобразователи

Цифровых приборов……………………………………………………………………

Лекция 13: примеры структур погрешностей и Классификация СРедств измерений…………………………………………

Вопросы для самопроверки………………………………………………………

СПИСОК литературы…………………………………………………………………..

 

ЛЕКЦИЯ 1: История, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

Из истории развития метрологии в России

В России в древности единицами длины были пядь, ло­коть. Локоть как единица измерения применялась в древ­ности во многих государствах (Вавилон,… Одной из основных мер длины в России долгое время была сажень (упоминается в… В 1835 г. Николай 1 в «Указе правительствующему Се­нату» утвердил сажень в качестве основной меры длины в России, а за…

Основные Понятия и слагаемые метрологии

Метрология (от греч. «метро» — мера, «логос» — учение) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности измерений.

Метрологию разделяют на три раздела: «Теоретическая метрология», «Приклад­ная (практическая) метрология» и «Законодательная метро­логия».

К ключевым понятиям законодательной метрологии относятся: измерение; физическая величина – ФВ; средство измерений - СИ; эталон и мера; рабочее и образцовое СИ (ОСИ); измерительный преобразователь и датчик; метод и алгоритм измерений; методика выполнения измерений — МВИ; метрологическая аттестация СИ — МА; поверка СИ; испытания СИ, метрологический надзор; сертификация СИ, государственная система обеспе­чения единства измерений – ГСИ и др.

Измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерение физической величины (ФВ) включает совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу ФВ или воспроизводящего шкалу ФВ, заключающихся в сравнении измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, удобной для использования.

Найденные значения называют результатом измерений.Измерительная информация — информация о значениях измеряемых ФВ, может быть представлена в формах: аналоговой, цифровой или панорамной(в виде графиков). Сигнал измерительной информации — это сигнал, функционально связанный с измеряемой ФВ.

Предметом метрологии является извлечение количе­ственной информации о свойствах объектов и процессов, т. е. измерение свойств объектов и процессов с заданной точ­ностью и достоверностью.

Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства измерений, которая решается при соблюдении двух условий: выражение результатов измерений в узаконен­ных единицах и установлении допускаемых погрешностей результатов измерений и границ, за которые они не долж­ны выходить при заданной вероятности. Погрешности из­мерений указываются в паспорте, ТУ и иной нормативной документации, придаваемой средству измерения.

К основным слагаемым метрологии относят:

— общую теорию измерений;

— единицы физических величин и их системы;

— методы и средства измерений;

— методы определения точности измерений;

— основы обеспечения единства измерений;

— эталоны и образцовые средства измерений;

—методы передачи размеров единиц ФВ рабочим СИ от эталонов и ОСИ.

Объекты и ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих… Качественная характеристика физической величины оп­ределяется тем, какое… Физические величины разделяют на измеряемые и оцени­ваемые. Измеряемые величины могут быть выражены коли­чественно в…

Способы И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Прямое измерение - это измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных с учетом цены деления отсчетного… Косвенное измерение - это измерение, при котором искомое значение величины (Y)… Совокупные измерения - это производимые одновременно прямые измерения нескольких одноименных величин, при которых…

СРЕДСТВА измерительной техники

Средство измерений (СИ) — техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические… Измерительный преобразователь (Пр) — техническое средство, служащее для… Конструктивно обособленный первичный Пр называют датчиком.

Метрологические характеристики СИ

MX СИ предназначены для: - оценки технического уровня и качества средства измерения. - уточнения результатов измерения и оценки погрешности.

Законодательные Основы ГСИ

Главным законодательным актом, обеспечивающим един­ство измерений, является Закон РФ «Об обеспечении един­ства измерений», который определяет: —основные метрологические понятия (термины и определения); —компетенцию Госстандарта России в обеспечении единства измерений;

Терминология и деятельность по ОЕИ

Единство измерений: Состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за… Обеспечение единства измерений (ОЕИ): Деятельность, направленная на… Система обеспечения единства измерений: Совокупность субъектов, норм, средств и видов деятельности, достаточная для…

Цель и задачи ГСИ

Цель ГСИ — создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по ОЕИ и представление возможности всем субъектам деятельности оценивать правильность выполняемых измерений и уровень их влияния на результаты деятельности, основанной на результатах измерений.

Основные задачи ГСИ:

- разработка оптимальных принципов управления деятельностью по ОЕИ;

- организация и проведение фундаментальных научных исследований с целью создания более совершенных и точных методов и средств воспроизведения единиц и передачи их размеров;

- установление системы единиц величин и шкал измерений, допускаемых к применению;

- установление понятий метрологии, унификация их терминов и определений;

- установление рациональной системы государственных эталонов;

- создание, утверждение, применение и совершенствование государственных эталонов;

- установление систем передачи размеров единиц величин от государст­венных эталонов средствам измерений, применяемым в стране;

- создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, комплектных поверочных установок и лабораторий;

- установление метрологических требований к эталонам, средствам измерений, методи­кам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений и других требо­ваний, соблюдение которых является необходимым условием ОЕИ;

- разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения федеральных и иных госу­дарственных программ, в том числе программ создания и развития производства оборонной техники;

- осуществление государственного метрологического контроля: поверка средств измерений;

- испытания с целью утверждения типа средств измерений; лицензирование деятельности юридичес­ких и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;

- осуществление государственного метрологического надзора за: выпуском, состоянием и применением средств измерений; эталонами единиц величин; аттестованными методиками выполнения измерений; соблюдением метрологических правил и норм; количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций, количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;

- разработка принципов оптимизации материально-технической и кадровой базы органов Государственной метрологической службы;

- аттестация методик выполнения измерений;

- калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы государственного метрологического контроля и надзора;

- аккредитация метрологических служб и иных юридических или физических лиц по различным видам метрологической деятельности;

- аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в Российской Федерации систем аккредитации;

-участие в работе международных организаций, деятельность которых связана с ОЕИ;

- разработка совместно с уполномоченными федеральными органами исполнительной власти порядка определения стоимости (цены) метрологических работ и регулирования тарифов на эти работы;

- организация подготовки и подготовка кадров метрологов;

- информационное обеспечение по вопросам ОЕИ;

- совершенствование и развитие ГСИ.

Подсистемы ГСИ

Правовая подсистема

- совокупности узаконенных единиц величин и шкал измерений; - терминологии в области метрологии; - воспроизведению и передаче размеров единиц величин и шкал измерений;

Техническая подсистема

Техническую подсистему ГСИ составляют:

- совокупность межгосударственных, государственных эталонов и эталонов единиц величин и шкал измерений;

- совокупность военных эталонов — резерва государственных эталонов;

- совокупность стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

- совокупность стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

- средства измерений и испытательное оборудование, необходимое для осуществления метро­логического контроля и надзора;

- совокупность специальных зданий и сооружений для проведения высокоточных измерений в метрологических целях;

- совокупность научно-исследовательских, эталонных, испытательных, поверочных, калибровочных и измерительных лабораторий (в том числе передвижных) и их оборудования.

Технической основой ГСИ также являются:

1. Система передачи размеров единиц и шкал физических величин от эталонов ко всем СИ с помощью ОСИ и других средств поверки.

2. Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих СИ, обеспечивающих исследования, разработку, определение характеристик продукции, технологических процессов и других объектов.

3. Система обязательных государственных испытаний СИ, предназначенных для серийного или массового производства и ввоза из-за границы партиями.

4. Система государственной и ведомственной метрологической аттестации и поверки СИ.

Организационная подсистема

- Государственная метрологическая служба; - иные государственные службы ОЕИ; - метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц (в том числе метрологическая…

Основы метрологического обеспечения

Метрологическое обеспечение базируется на четырех осно­вах: научной, организационной, технической и нормативной. Научной основой метрологического обеспечения являет­ся метрология — наука об… Организационной основой метрологического обеспече­ния являются Государственная метрологическая служба России,…

Государственное управление деятельностью по ОЕИ

Госстандарт осуществляет свою деятельность непосред­ственно и через находящиеся в его ведении территориаль­ные центры стандартизации, метрологии и… В ведении Госстандарта России находятся: —Государственная метрологическая служба (ГМС);

Государственная метрологическая служба

Государственная метрологическая служба (ГМС) несет ответственность за метрологическое обеспечение в стране на межотраслевом уровне и осуществляет… Особенностью правового положения ГМС является под­чиненность ее по вертикали… В состав ГМС входят: государственные научные метро­логические центры (ГНМЦ); органы Государственной мет­рологической…

Государственные службы по ОЭИ

ГСВЧ — это сеть организаций, осуществляющих межрегиональную и межотраслевую координацию работ по обеспечению единства измерений времени, частоты и… ГССО — это возглавляемая ВНИИМСО сеть организации различных министерств и… ГСССД — это сеть организаций различных министерств и ведомств, несущих ответственность за получение и информационное…

Метрологическая экспертиза

Метрологической экспертизе подвергают техническую документацию (техническое задание, конструкторскую и технологическую документацию, документацию… Цель проведения экспертизы — оценка экспертами-мет­рологами правильности… В процессе проведения экспертизы решаются следую­щие задачи:

Понятие о государственном метрологическом надзоре и контроле

Метрологические службы юридических лиц осуществ­ляют метрологический контроль и надзор путем: —калибровки средств измерений (СИ); —надзора за состоянием и применением СИ, аттестован­ными методиками выполнения измерений, эталона­ми единиц величин,…

Владимирский ЦСМ (ВЦСМ)

ВЦСМ руководит технической подготовкой в области метрологии, отвечает за единство измерений в регионе Владимирской области, входит (председателем) в… Владимирский отдел Метрологии занимается контролем; поверкой СИ;… Отдел Госнадзора проводит надзор:

Основы государственного контроля

Утвержденный тип СИ подлежит внесению в Государственный реестр, который ведет Госстандарт РФ. На СИ утвержденного типа и эксплуатацион­ные документы… Метрологическая аттестация СИ — (МА) — признание СИ пригодным для применения… Государственные приемочные испытания СИ — (ГПИ) — испытания образцов изготовленных СИ новых типов, предназначенных для…

Передача размеров единиц физических величин

Передача размера единиц — это приведение размера еди­ницы физической величины, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, воспроизводимой или… Поверка и калибровка представляют собой совокупность операций, выполняемых с… Суть поверки средств измерений заключается в нахож­дении погрешности СИ и установлении его пригодности к применению.…

Обобщенная схема поверки (ОСП)

ОСП включает в себя три уровня: I - уровень эталонов; II- уровень образцовых мер и средств измерения; III - уровень рабочих мер и приборов.

Обобщенная схема поверки

Эталон единицы физической величины — средство измерений или комплекс средств измерений, предназначенные для воспроизведения и хранения единицы (шкалы) и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме (или менее точным) средствам измерений и утвержденные в качестве эталона в установленном порядке. По степени международного (национального) признания различают международные и национальные эталоны.

Первичный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы (или шкалы) с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Специальный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы (шкалы) в особых условиях и служащий для этих условий первичным эталоном.

Специальные эталоны установлены для воспроизведения единиц в условиях, в которых прямая передача размера единицы от существующих эталонов технически неосуществима с требуемой точностью (высокие и сверхвысокие частоты; высокие энергии, давления, температуры; особые состояния вещества; крайние уча­стки диапазона измерений и т. п.).

Примером специального эталона является эталон мощности электромагнитные волн при частотах 2,6—37,5 Гц в волноводных трактах.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭТАЛОН - первичный или специальный эталон официально утвержденный Госстандартом в качестве исходного для страны.

Государственные эталоны всегда представляют собой комплек­сы средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечиваю­щие воспроизведение единицы и, в необходимых случаях, ее хра­нение, а также передачи размера единицы вторичным эталонам.

В метрологической практике большое распространение имеют вторичные эталоны. Вторичные эталоны составляют часть совокупности подчинен­ных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ и обеспечения сохранности и наи­меньшего износа Государственного эталона.

Схема классификации эталонов

Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном той же единицы.

ЭТАЛОН СВИДЕТЕЛЬ - вторичный эталон, предназначенный для сохранности государственного эталона.

ЭТАЛОН КОПИЯ - вторичный эталон, предназначенный для передачи размера рабочим эталонам. Создается при большом объеме поверочных работ и имеет ранг вторичных эталонов. Примером служит эталон-копия единицы массы килограмма в виде платиноиридиевой гири № 26 и рабо­чий эталон килограмма, изготовленный из нержавеющей стали.

ЭТАЛОН СРАВНЕНИЯ (эталон переносчик) - вторичный эталон, предназначенный для сличения эталонов, которые по каким либо причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

РАБОЧИЙ ЭТАЛОН - передает единицу размера образцовым средствам первого разряда и рабочим средствам наивысшей точности.

Наиболее точный эталон (или ОСИ) в данном конкретном органе метрологической службы называется исходным.

Для эталонов указывают:

- случайную погрешность воспроизведения единицы измерения, выраженную в виде среднего квадратичного отклонения результата измерений;

- не исключенную систематическую погрешность воспроизведения единицы измерения.

Одиночный эталон состоит из одной меры, одного измеритель­ного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без учас­тия других средств измерений того же типа. Примерами одиноч­ного эталона служат вторичные эталоны единицы массы — килограмма в виде платиноиридиевой и стальных гирь.

Групповой эталон состоит из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяе­мых как одно целое для повышения надежности хранения единицы.

Размер единицы, хранимой групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое из значений, воспроизводимых от­дельными мерами и измерительными приборами, входящими в со­став группового эталона. Отдельные меры и измерительные приборы, входящие в груп­повой эталон, применяют в качестве одиночных рабочих эталонов, если это допустимо по условиям хранения.

Групповые эталоны бывают постоянного и переменного соста­вов. В групповые эталоны переменного состава входят меры и измерительные приборы, периодически заменяемые новыми.

Эталонный набор представляет собой эталон в виде набора мер или набора измерительных приборов, позволяющий хранить еди­ницу или измерять величину в определенном диапазоне, в котором отдельные меры или измерительные приборы набора предназна­чены для различных значений или различных областей значений измеряемой величины.

Примером эталонного набора является рабочий эталон едини­цы плотности жидкостей в виде набора денсиметров, служащих для определения плотности жидкостей в различных участках диапазона. Подобно групповым эталонам эталонные наборы могут быть постоянного и переменного состава.

Образцовое средство измерений — ОСИ — средство измерений, предназначенное для поверки подчиненных ОСИ и рабочих СИ. В практике большинства стран термин ОСИ не применяется. Все ОСИ, стоящие над рабочими СИ, называют рабочими эталонами различного ранга (разряда).

Примечания:

1. Далеко не всегда ОСИ точнее рабочего СИ. Например, для поверки вольтметра класса 5 достаточно иметь ОСИ класса 1,5, в то же время существуют рабочие вольтметры классов 0,5; 0,2 и т.д.

2. В качестве ОСИ могут использоваться рабочие СИ достаточной точности, прошедшие метрологическую аттестацию и имеющие ранг ОСИ.

ОБРАЗЦОВЫЕ МЕРЫ И ПРИБОРЫ - это меры и приборы предназначенные для хранения единиц измерения с меньшей точностью чем эталоны, а так же для поверки других мер и приборов.

Калибровка средств измерений

При определении и подтверждении действительных зна­чений метрологических характеристик СИ лаборатория, ка­либрующая СИ, не делает вывода о… В Законе «Об обеспечении единства измерений» указы­вается на добровольный… Калибровка может быть возложена как на метрологичес­кую службу юридического лица, так и на любую другую…

Метрологическая надежность СИ

Надежность СИ является обобщенным понятием, включаю­щим в себя стабильность, безотказность, долговечность, ре­монтопригодность и сохраняемость. Стабильность СИ — качественная характеристика, от­ражающая неизменность во… Безотказность — свойство СИ непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.

Система сертификации средств измерений

Основная цель Системы — обеспечение единства изме­рений. Основная задача — проверка и подтверждение соот­ветствия средств измерения установленным… Система носит добровольный характер, открыта для вступления и участия в ней… Сертификацию осуществляют аккредитованные органы по сертификации средств измерений с учетом результатов испытаний…

Международные метрологические организации

Россия принимает активное участие в международных организациях по метрологии. Среди них наиболее извес­тными являются Международная организация… Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) —… Главные цели МОЗМ — разработка общих вопросов за­конодательной метрологии, в том числе установление клас­сов точности…

Лекция 5: ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРений

Факторы, влияющие на результаты измерений

Истинное значение физической величины — это значение, идеально отражающее в качественном и количественном от­ношениях соответствующее свойство… Действительное значение физической величины — это значение, найденное… Измеренное значение физической величины — это значение, полученное при измерении с применением конкретных ме­тодов и…

Классификация Погрешностей измерений

1. По причинам появления можно выделить следующие погрешности: методические, инструментальные и субъективные.

Методические погрешности обусловлены несовершенством метода измерения, допущений и упро­щений при использовании эмпирических зависимостей и др. Они закладываются и известны на стадии проектирования. Например, погрешность, связанная с ценой деления. Все методические погрешности для приборов данного типа всегда одинаковы. Отличительной особенностью методических погрешностей является то, что они могут быть определены лишь путем создания математической модели или имитационным моделированием измеряемого объекта и не могут быть найдены сколь угодно тщательным исследованием лишь самого измерительного прибора.

Если при проектировании прибора сделаны какие-то допущения, округления, приближения, то они приведут к погрешности уже в уравнении измерения или в статистической характеристике прибора. Например, при измерении мощности методом детектирования подразумевается, что характеристика детектора квадратичная на начальном участке и линейная при больших сигналах. Реальная характеристика отличается от принятой модели.

Методическая погрешность может быть также обусловлена влиянием измерительного устройства на измеряемую величину. Примером может служить погрешность шунтирования, возникающая при измерении напряжения вольтметром. Вследствие шунтирования входным сопротивлением вольтметра того участка цепи, на котором измеряется напряжение, оно оказывается меньшим, чем было до присоединения вольтметра. Поэтому для одного и того же вольтметра, присоединяемого поочередно к разным участкам исследуемой цепи, эта погрешность различна: на низкоомных участках ничтожна, а на высокоомных - может быть очень большой.

Размер этой переменной погрешности не может быть указан в паспорте прибора, и она является методической. Для расчета этой погрешности пользователь должен при каждом конкретном измерении напряжения оценивать сопротивление исследуемой цепи между точками, к которым присоединен вольтметр, т.е. производить дополнительное исследование объекта измерения.

Часто причиной возникновения методической погрешности является то, что, организуя измерения, нередко измеряют или вынуждены измерять не ту величину, которая в принципе должна быть измерена, а некоторую другую, близкую, но неравную ей. Этот прием замены позволяет создавать наиболее простые, надежные и универсальные приборы.

Когда метод уже воплощен в приборе, то его погрешности должны быть изучены, определены и занесены в паспорт. С этого момента, вне зависимости от причин возникновения, погрешности для пользователя могут считаться инструментальными.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ погрешности обусловлены свойствами средств измерений: неидеальностью составных частей, несовершенством технического процесса изготовления прибора и разбросом параметров элементов. К этим погрешностям относят также погрешности, связанные с влиянием внешних факторов и режима питания.

СУБЪЕКТИВНЫЕ - погрешности, обусловленные влиянием на результаты оператора, снимающего показания (например, погрешность параллакса).

2. По условиям появления погрешности подразделяются на:

СТАТИЧЕСКИЕ (основную и дополнительную);

ДИНАМИЧЕСКИЕ (основную и дополнительную).

Статическая погрешность — это погрешность прибора в установившемся режиме работы.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - погрешность возникшая в неустановившемся режиме измерений. Это добавка к статической погрешности.

Средства измерений могут применяться в нормальных и рабочих ус­ловиях. Эти условия для конкретных видов СИ установлены в стандар­тах или технических условиях.

Нормальным условиям применения средств измерений должен удовле­творять ряд следующих (основных) требований: температура окружаю­щего воздуха (20±5)°С; относительная влажность (65±15)%; атмосферное давление (100±4) кПа; напряжение питающей сети (220±4) В и (115±2,5) частота сети (50±1) Гц и (400±12) Гц. Как следует из перечисленных тре­бований, нормальные условия применения СИ характеризуются диапа­зоном значений влияющих на них величин типа климатических факто­ров и параметров электропитания.

Рабочие условия применения СИ определяются диапазоном значений влияющих величин не только климатического характера и параметров электропитания, но и типа механических воздействий. В частности, диа­пазон климатических воздействий делится на ряд групп, охватывающих широкий диапазон изменения окружающей температуры. В рабочих условиях прибор функционирует и может быть оценена его дополнительная погрешность.

 

Влияющий фактор Группа
1* 7**
Температура, Т 0С min max -10 -30 -50 -30
Max влажность в % при температуре Т 0С 90***
Атмосферное давление 630…800 460…800
Напряжение питания 220±22V(±10%)
                 

* - соответствует основным мерам измерительных вычислительных устройств;

** - 7 группа для составных частей приборов 5 группы;

*** - вместо 90% при 30 °С можно задать 98% при 25 °С.

Для вычислительной техники рекомендуется 2 группа, для измерительных приборов — 3 группа, для аппаратуры со специальными свойствами — 4, 5, 6 группы.

Основная — это погрешность в нормальных условиях работы (или номинальных).

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ - часть статистической погрешности, которая обусловлена отклонением условий работы от нормальных. Обычно дополнительная погрешность представлена в виде некой добавки на изменение внешних условий. Например, дополнительная погрешность не более половины основной при отклонении температуры на 10ОС.

ОСНОВНАЯ СТАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ, в зависимости от причин ее появления, может быть разделена на виды:

- погрешность приближения;

- погрешность от несоответствия параметров СИ или его частей номиналу;

- погрешность от действия внутренних дестабилизирующих факторов.

ОБЩАЯ СТАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ: DYст = DYосн +DYдоп.

ОСНОВНАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - погрешность при номинальных условиях. На нее влияют инерционные элементы: масса подвижных частей, индуктивности, емкости и т.д. При преобразовании тепловых величин (термисторные измерители мощности, калориметрические...) возникает запаздывание установления температуры.

ОБЩАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ: DYд = DYосн +DYдоп.

Полная погрешность DYП = DYД +DYСТ.

3. По характеру связи между величиной погрешности и уровнем сигнала различают аддитивные, мультипликативные, степенные, периодические и комбинированные (комплексные).

 

 
 

 


Dy=a = const — аддитивная погрешность не зависит от величины сигнала;

Dy=bx, b = const — мультипликативная погрешность зависит от сигнала линейно;

Dy=Cxm , C = const — степенная погрешность (квадратичная, кубическая);

Dy=Asin x — периодическая погрешность;

В реальных приборах характер погрешности всегда более сложен, поскольку составляющих несколько и DY = a+bx+cx2+dx3+... .

4. По размерности различаются погрешности: абсолютная, относительная, приведенная, относительная приведенная погрешности. Понятие относительной погрешности применимо для величин, описываемых шкалами отношений и разностей.

Абсолютная — разность между полученным и истинным значением Dy = yИЗМ - y0 . Выражается в единицах измеряемой величины.

Относительная — отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины d=Dy/y0 » Dy/yИЗМ (используется на практике). Так как найти истинное значение трудно, а абсолютную погрешность оценить можно исходя из паспортных данных на прибор.

Приведенная относительная — dпр=Dy/yд. отношение абсолютной погрешности к величине диапазона измерения (yд — предел измерения или мах значения шкалы). С ней связано понятие класса точности прибора. Он равен наибольшему значению приведенной относительной погрешности выраженной в процентах (К=dпр max 100%).

На практике погрешности приборов могут формироваться в виде 2-ух или 3-ех-членной формулы.

Предел основной допускаемой погрешности — максимальное значение погрешности прибора, при которой он считается исправным. Эта погрешность не является погрешностью конкретного измерения конкретным прибором. Это диапазон, в котором может лежать погрешность. В НД указывается именно эта погрешность, которую следует учитывать в расчетах как инструментальную.

Рассмотрим формы аналитического выражения и способы нормиро­вания пределов допускаемых основной и дополнительной погрешностей средств измерений.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выраженные в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы СИ, устанавливают по одной из следующих двух формул:

1) D = ±а;2)D = ±(а + bx).

Пределы допускаемой относительной основной погрешности устанав­ливают как d = ± 100D/x = ± q, если D = ± а. Здесь q — положительное число. Пределы до­пускаемой относительной основной погрешности задают в виде:

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности устанавливают по формуле dпр = g = 100D/XN = ± р, где р — положительное число; ХN нормирующее значе­ние, выраженное в тех же единицах, что и абсолютная погрешность D.

Положительные числа q, р, с и d выбираются из ряда предпочтительных чисел: 1×10n; 1,5×10n; 2×10n; 2,5×10n; 4×10n; 5×10n; 6×10n, где n = 1, 0, -1, -2 и т.д.

Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой значение ХN принимают следующим:

- большему из пределов измерений или равным большему из модулей пределов измерений, если нулевое значение (нулевая метка) находится на краю или вне диапазона измерений;

- сумме модулей пределов измерений, если нулевое значение внутри диапазона измерения.

Представленные формы записи пределов допускаемой основной по­грешности используются для установления класса точности СИ, которые имеют различные обозначения.

Классы точности измерительных приборов можно обозначают числами с и d (в процентах), разделяя их косой чертой (например, 0,05/0,02).

 

Формула для предельной основной погрешности Пределы допускаемой основной погрешности, % Обозначение класса точности
  ±p   Класс точности 1,5
Класс точности

Для разных способов нормирования погрешностей средств измере­ний вычисления погрешностей различны. Рассмотрим характерные слу­чаи.

1. Класс точности прибора указан буквой р. Тогда аб­солютная погрешность результата измерения D = ± p×xк/100. Пусть класс точности используемого вольтметра 1,0. Проводилось измерение напря­жения в точке х = 1В на пределе измерения хк = 10В. Тогда относительная погрешность результата измерения

dпр= ±100×p/xК = ± 100×1/10 = ±10%.

2. Класс точности используемого вольтметра указан как c/d. В этом случае удобнее вычислить относительную погрешность результата измерения по формуле

,

а затем найти абсолютную погрешность как D = dпр×х/100.

Пусть класс точности используемого вольтметра c/d=0,02/0,01. Измерялось напряжения в точке х = 2 В на пределе измерения xк = 10В.

Тогда относительная погрешность результата измерения

,

а абсолютная погрешность напряжения D = ±dпp×x/100 = ±0,06×2/100 = ±l2×10-4 B.

В цифровых измерительных приборах аддитивная погрешность определяется погрешностью квантования (по­грешностью дискретности). При плавном изменении входной величины х (например, напряжения в диапазоне 0...5 мВ) цифровой вольтметр с пределом измерения 100 мВ не может дать других показаний, кроме дис­кретных значений 0-1-2-3-4-5 мВ. Поэтому при возрастании величины х от 0 до 0,5 мВ прибор будет показывать x=0. При превышении значения 0,5 мВ цифровой вольтметр даст показания x = 1 мВ и сохранит его до x=1,5мВ.

5. По закономерности появления при многократных испытаниях погрешности делятся на: СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ, прогрессирующие (дрейфовые) и СЛУЧАЙНЫЕ. Грубой погрешностью (промахом) называют погрешность измерения, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях. Результаты измерений с грубой погрешностью отбрасывают.

Систематические погрешности остаются постоянными или изменяются по определенному закону при повторных изме­рениях одной и той же величины. Они изменяются по известному закону в зависимости от сигнала и вызывающих причин, т.е. имеют определенное значение в каждой точке характеристики СИ. По характеру изменения во времени систематические погрешности подразделяют на постоянные и временные. Опасность систематических погрешностей заключается в том, что их присутствие чрезвычайно трудно обнаружить. Единственный способ их обнаружения состоит в поверке прибора путем повторной аттестации по образцовым мерам или сигналам.

Возникают, например, при неправильной установке нуля, коэффициента передачи (калибровочного числа), из-за шумов, которые детектируются измерительной схемой, и возникает добавка.

Погрешности возникают при неидеальности амплитудной характеристики преобразователей и могут устраняться специальными приемами измерения. Например, погрешность из-за нелинейности характеристики детектора при измерении коэффициента передачи устраняется методом замещения путем использования регулируемого эталонного аттенюатора (меры).

ПРОГРЕССИРУЮЩИМИ (или дрейфовыми) называются непредсказуемые погрешности, медленно изменяющиеся во времени. Это погрешности, которые обычно носят характер систематических, но если не учитывать момент измерения, то можно считать ее случайной. Погрешности, как правило, вызываются процессами старения тех или иных деталей аппаратуры.

Если в какой-то момент времени t0 прибор поверяется, то его систематическая погрешность минимальна, но с течением времени модуль погрешности будет расти (обычно по экспоненте). Если повторить поверку, то можно привести погрешность к исходному значению. Исходя из этого можно выбрать интервал времени в течении которого погрешность не превосходит значения основной допустимой погрешности. В соответствии с особенностями прибора этот интервал можно выбрать меньшим или большим (обычно 1 год).

Если мы хотим повысить точность измерений необходимо брать прибор сразу после поверки или делать интервал поверки короче.

СЛУЧАЙНЫЕ погрешности возникают в результате совокупного действия различных случайных причин. Они имеют разброс по величине и знаку при многократных испытаниях в одних и тех же условиях. В общем случае случайные погрешности могут иметь систематическую составляющую. В отличие от систематической ее нельзя исключить из результатов измерений, однако ее значение может быть уменьшено в результате специальных способов обработки результатов измерений. Для их описания используют вероятностный подход и законы распределения случайных величин. Среднее значение (математическое ожидание) содержит систематическую погрешность, а разброс значений (дисперсия или среднеквадратическое отклонение - СКО) характеризует случайную погрешность. Систематической погрешностью принято считать разность

DYсист = M1{Yэксп} - Y0.

Случайные погрешности описываются условными законами распределения (зависящими от сигнала X или других причин).

Лекция 6: Законы распределения результата измерения

В практике измерений законы распределения могут быть различными, но при анализе погрешностей реальный закон обычно аппроксимируют каким-нибудь более простым законом. Наиболее применимы законы распределения: нормальный; закон распределения Стьюдента; равномерный; арксинусный; дискретный двузначный; а также их композиции (трапециидальный, треугольный и др.)

Например, распределение, при котором с равными вероятностями встречаются только два дискретных значения случайной величины +а и -а, называется дискретным двузначным распределением. Его плотность распределения вероятностей описывается аналитически как:

P(x) = [d (X-a) + d (X+a)]/2, где d-функция Дирака.

Подобное распределение имеют цифровые приборы, показания которых принимают случайные значения в пределах дискрета.

Для описания различных свойств распределений используют параметры законов распределения, называемые моментами. Моменты, найденные без исключения систематической составляющей, называются начальными, а найденные для центрированных распределений, центральными.

Первый начальный момент называется математическим ожиданием. Второй центральный момент называется дисперсией случайной величины и относится к параметрам, характеризующим рассеяние отдельных ее значений от центра распределения.

Дисперсия имеет размерность квадрата случайной величины и выражает как бы мощность рассеяния относительно постоянной составляющей. Поэтому для более наглядной характеристики самого рассеяния пользуются корнем квадратным из дисперсии, т.е. действующим значением рассеянием, которое называется средним квадратическим отклонением (сокращенно - СКО) и имеет размерность самой случайной величины.

Третий центральный момент m3 характеризует асимметрично, т.е. скошенность распределения: когда один спад крутой, а другой пологий. Для симметричных относительно центра распределений он равен нулю. Третий момент имеет размерность куба случайной величины, поэтому для относительной характеристики асимметрии используют безразмерный коэффициент асимметрии, равный третьему моменту, деленному на куб СКО: s = m3/s3.

Четвертый центральный момент характеризует протяженность распределения, а отнюдь не остроту его вершины, как это часто ошибочно указывается. Его относительное значение e=m4/s4 называется эксцессом распределения и для разных законов может иметь от 1 для дискретного двузначного распределения до бесконечности для распределения Коши. Во многих пособиях по теории вероятностей вводится коэффициент эксцесса g2 = e-3, который для более протяженных распределений, чем нормальное, - положителен, а для менее протяженных (треугольного, равномерного, арксинусоидального) – отрицателен.

Пусть абсолютная погреш­ность результата измерений является случайной и обозначается D. Аналитически случайная погрешность измерений описывается с помощью аппарата теории вероятностей и математической статистики. При такой оценке обычно интересуются вероятностью Р того, что погрешность результата измерений D находится в некотором заданном интервале распределения погрешностей (Dr1, Dг2), где Dг1 и Dг2 — соответственно нижняя и верхняя границы интервала. Записывается данная вероятность как Р(Dr1£D£Dг2). В общем случае 0 £ Р £ 1. Если вероятность Р = 0,6 и выполнено, например, сто измерений, то можно считать, что шестьдесят значений D попа­дают в интервал (Dr1, Dг2).

Для определения значения вероятности Р(Dr1£D£Dг2) необходимо знать закон r(D) распределения случайной погрешности D, называемый плотностью распределения вероятностей (или плотностью вероятно­стей) случайной погрешности D. При известном законе распределения r(D) искомая вероятность определяется по формуле

Для интервала (-¥,¥) всегда вероятность Р(-¥<D<¥)=1. Это условие нормирования плотности рас­пределения вероятностей r(D). Оно означает, что площадь под графиком любой функции r(D) на интервале всех ее значений должна быть равна единице.

Нормальный закон распределения погрешностей.Этот закон применя­ется при выполнении значительного числа измерений, когда большие погреш­ности D появляются реже, чем малые, а частота появления погрешностей, идентичных по абсолютной величине и противоположных по знаку, одинакова.

Для нормального закона распределения

,

где s — среднеквадратическое отклонение (СКО) погрешности D, ха­рактеризующее точность выполненных измерений (чем меньше s, тем выше точность). Это следует из приведенных ниже графиков для различных значений s. По мере уменьшения s рассеяние случайных погрешностей D относительно центра их распределения, т.е. в данном случае относительно значения D = 0, уменьшается. В теории вероятностей часто используется такой параметр, как дис­персия D, характеризующая рассеяние погрешностей относительно цен­тра распределения. Причем среднеквадратическое отклонение и дисперсия связаны известной в математической статистике формулой .

На графике плотности вероятности для конкретного СКО вероятность численно равна площади S заштрихованной фигу­ры, ограниченной функцией r(D), отрезком оси D от - D г1 до D г1 и орди­натами r(-Dr1), r(Dr1). Чем шире заданный интервал погрешностей (-Dr1, Dr1), тем больше площадь S, т.е. больше вероятность попадания случай­ных погрешностей измерений D в этот интервал.

Широкое применение в практической метрологии нормального зако­на распределения объясняется центральной предельной теоремой теории вероятностей (теоремой Ляпунова), утверждающей, что распределение случайных погрешностей будет близко к нормальному во всех случаях, когда результаты наблюдений формируются под влиянием большого числа независимо действующих факторов, каждый из которых оказыва­ет лишь незначительное действие по сравнению с суммарным действием всех остальных.

Графики нормального закона распределения плотности вероятности

±3s, составляет 0,9972; ±2,6s, составляет 0,99; ±2s, составляет 0,95; ±1,6s, составляет 0,9. Погрешность, равная 3s, принята в радиотехнике за максимальную. При этом из тысячи выполненных измерений только три их…

График равномерного закона распределения плотности вероятности

Изменение напряжения питания вследствие постепенно разряда гальванических… Равномерное распределение имеют: погрешность квантования в цифровых приборах, погрешность округления при расчетах, при…

Треугольный закон распределения плотности вероятности

Заштрихованная область численно равна вероятности, определяемой последней по… В практике радиоизмерений используются и другие законы расп­ределения погрешностей (например, трапецеидальный,…

В общем случае погрешность ре­зультата измерения представляет собой сумму систематической Dc и случайной D погрешностей. При этом рассеяние значений случайной погрешности происходит относительно некоторого центрального значения, равного величине систематической погрешности.


 

Здесь Dm - максимальная погрешность центрированной погрешности.

 

Законы распределения погрешностей с центром Dс

Для количественной оценки систематической составляющей погрешности измерений…

Гистограммы

Δх = (xmax – xmin)/ n1/2, где К= n1/2 – число столбцов диаграммы . Для n<25 значение Δх лучше определить по правилу Старджеса… Δх = (xmax - x min)/(1 + 3,3 log n).

Основные требования и критерии выбора

- Для чего измерять?С какой целью проводятся измерения, и в каком виде нужен результат (числовой, допусковый, в виде характеристики)? - Что измерять? Какие характеристики (параметры) объекта являются… - Как и чем измерять? Какие могут быть использованы методы и средства?

УМЕНЬШЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

При разработке СИ и МВИ, т.е. еще до начала измерений систематические погрешности более или менее полно исключаются (например, введением аддитивных… Для обнаружения НСП рекомендуется: провести измерение другим, максимально… 1. Метод замещения. Его суть — замена измеряемой величины известной (мерой), притом так, чтобы при этом в состоянии и…

ТРЕБОВАНИЯ К МВИ

Общие требования к разработке, оформлению, аттеста­ции, стандартизации МВИ и метрологическому надзору за ними регламентирует ГОСТ Р 8.563—96 «ГСИ.… В МВИ должны устанавливаться: - назначение, нормы точности и область применения МВИ;

ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ И ОПРОБОВАНИЕ СИ

1. Ознакомиться с МВИ и последовательностью выполнения операций; проверить наличие необходимого комплекта СИ, вспомогательных устройств и… 2. Убедиться в том, что основные и вспомогательные СИ имеют действующие… 3. Выполнить операции по созданию необходимых условий измерений, включая требования безопасности, например, включить…

КОНТРОЛЬ УСЛОВИЙ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Сохранение указанных в эксплуатационной документации (ЭД) на СИ метрологических характеристик гарантируется для нормальных условий измерений — для…

Представление результатов

- запись результатов, представление данных; - учет и исключение, систематических погрешностей; - оценка и представление случайных погрешностей.

Учет и исключение систематических погрешностей

- периодическая калибровка и установка нуля; - увеличение базы измерений; - усреднение по результатам двух измерений снизу вверх и сверху вниз; - рандомизация (перевод систематической…

Оценка и представление случайных погрешностей

Результатом прямого однократного измерения физической величины YИЗМ = А является показание, снятое непосредственно с используемого сред­ства… Погрешность результата измерения включает погрешность СИ, пог­решность… Оценивание погрешностей прямых однократных измерений можно подразделить на точное и приближенное,

Оценка результата измерения

При нормальном законе распределения погрешности, за истинную величину хи = А принимают ее оптимальную оценку в виде среднего арифметического… Зная оценку истинного значения величины хи, вычисляют аб­солютную погрешность каждого из п наблюдений Далее находят…

Доверительные границы случайной погрешности

Зная закон r(D) плотности вероятности случайной погрешности, можно по…

Границы НСП

Общую границу q = q(Рд) нескольких НСП вычисляют по формуле где т — число неисключенных систематических погрешностей измере­ний, k — коэффициент, зависящий от т, принятой…

Зависимости коэффициента К при косвенных измерениях

В заключение отметим, что при однократных измерениях аргументов процедура…  

Лекция 9: Эталоны и меры

Воспроизведение производной единицы сводится к оп­ределению значения физической величины в указанных единицах на основании измерений других величин,… Существуют эталоны для воспроизведения как основных еди­ниц системы, так и… Повышение точности воспроизведения единиц физических вели­чин, как правило, связано с усложнением применяемых для этой…

Эталон единицы длины

В 1895 г. Генеральная конференция по мерам и весам при­знала, что естественным свидетелем размера метра является длина световой волны… На основе этого решения утверждено следующее определение: «Метр—дли­на, равная… Метр в длинах световых волн воспроизводится интерференци­онным методом на специальной установке с помощью лампы,…

Эталон единицы массы

В состав государственного эталона килограмма входят: 1. Копия международного про­тотипа килограмма — платиноиридиевый эталон,… 2. Равноплечие призменные весы № 1 на 1кг с дистанционным управлением, изготовленные фирмой Рупрехт, служащие для…

Эталон единицы времени

В 1967 г. XIII Генеральная кон­ференция по мерам и весам приняла новое определение секунды, основанное на физическом явлении, которое позволяет… В соответствии с определением единицы времени воспроизве­дение ее… Атомные генераторы, основанные на использовании атомарного водорода, позволяют еще на порядок повысить точность…

Эталон единицы силы электрического тока

Точное измерение электрического тока осуществляют с помощью инстру­мента, носящего название «токовых весов». К серьгам коромысла весов подвешены два…

Эталон единицы температуры

Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина) была предложена Кельвином еще в 1848 г. Воспроизведение термодинамической шкалы представляет… Температуры по Международной шкале выражаются в граду­сах Цельсия (°С), но они… Определяющие постоянные (реперные) точки воспроизводят, реализуя состояние равновесия между фазами чистых веществ.…

Эталон силы света

Полный излучатель, называемый иногда абсолютно черным телом, представляет собой небольшую трубочку из оки­си тория внутренним диаметром около 2,5… Воспроизведению канделы приписана погрешность ±0,5% по результатам…

Эталоны дополнительных и производных единиц СИ

Воспроизведение радиана осуществляется методом калибров­ки, исходя из того, что сумма всех центральных смежных углов многогранной призмы равна 2л… Государственный первичный эталон единицы плоского угла состоит из 36-гранной… Цена отсчетного устройства автоколлиматора 0,01". Среднее квадратическое отклонение результата измерения не…

Эталон емкости

Существуют в виде образцовых конденсаторов с малыми значениями ТКЕ. Диэлектрик – полистирол, кварц, стирофлен, вакуум.

Из четырех коаксиальных цилиндров можно сконструировать конденсатор, емкость которого будет зависеть только от длины цилиндров. Такой конденсатор особенно удобен в качестве эталона емкости, так как необходимо определять точно только длину. Методами оптической интерференции это можно сделать с исключительной точностью. Такие цилиндрические конденсаторы, называемые конденсаторами Томпсона-Лампара (Tompson-Lampard), позволяют достичь погрешности меньше 10-8. Неудобство заключается в том, что емкость мала (приблизительно 1,9 пФ на метр). В качестве эталонов низших порядков используются другие конфигурации электродов, обеспечивающие значения емкостей 10 — 100 пФ, но обладающие более высокими погрешностями.

Эталон индуктивности

Точные эталоны индуктивности создать трудно. Это обусловлено большим числом параметров, определяющих довольно сложную геометрию катушек и влияющих на точность задания индуктивности. Кроме того, погреш­ность увеличивается за счет потерь энергии, обусловленных сопротивлени­ем провода, эффектов близости и вихревых токов. Катушки наматываются на каркас (обычно фарфоровый). Точность имеющихся в настоящее время эталонов индуктивности составляет примерно 10-5.

Для того, чтобы сделать минимальное активное сопротивление используются многожильные провода и специальные методы пайки. При этом достигается более равномерное распределение тока по сечению. Используется провод типа литцендрат. Это медный многожильный провод с изолированными жилами.

Эталон затухания

Схемы резистивных мер затухания основаны на поглощении и рассеивании энергии. Диапазон частот обычно не превышает сотен МГц. В случае СВЧ диапазона… Запредельный аттенюатор использует особенности запредельного волновода… Изменяя длину отрезка круглого волновода L можно линейно (в дБ) изменять затухание АдБ ~ L. Используя точный микрометр…

Лекция 10: Статические характеристики и схемы Измерительных приборов

Рис. 1. Получение информации об объекте измерения: (а) «Активный», (б) «Пассивный» объект измерения

Источники погрешностей

Чтобы в возможно большей степени уменьшить погрешности измерений, полез­но иметь некоторое представление об их источниках. Поэтому рассмот­рим сейчас источники возможных ошибок на основе схемы измерения, изображенной на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Взаимодействия измерительной системы с исследуемым объектом, окружающей средой и наблюдателем

Согласно схемы, состоящей из объекта, измерительной системы и наблюдателя, помещенных в определенную окружающую среду, объект и система взаимодействуют друг с другом; объект влияет на измери­тельную систему и наоборот, система оказывает воздействие на объект. Вли­яние объекта на систему желательно. Посредством его осуществляется пере­нос измерительной информации. Влияние системы на объект нежелательно, так как при этом измеряемая величина может заметно изменяться. В этом состоит ошибка обратного влияния. Необходимо попытаться согласовать входной каскад измерительной системы c объектом таким образом, чтобы свести ошибку обратного влия­ния к минимуму.

На рис. 2 показано также взаимодействие между выходом измеритель­ной системы и наблюдателем. Выражение «наблюдатель» употреблено здесь в широком смысле слова, включающем не только регистрацию результатов измерения человеком, но и ЭВМ. Здесь также взаимо­действие измерительной системы и наблюдателя складывается из желатель­ной и нежелательной составляющих. Воздействие измерительной системы на наблюдателя, то есть передача наблюдателю результата работы измери­тельной системы, очевидно, является желательным. Обратное влияние мо­жет приводить к ошибкам, если характер воздействия наблюдателя на изме­рительную систему и степень этого воздействия оказываются такими, что результат измерения меняется.

Вот примеры ошибок такого рода: считыва­ние показаний стрелочного прибора под углом, а не по направлению, пер­пендикулярному к шкале прибора, в результате чего возникает ошибка па­раллакса; нагружающее действие несогласованного (неодушевленного) на­блюдателя на выходные каскады измерительной системы. Чтобы уменьшить ошибки обратного влияния, необходимо осуществить сопряжение выходного каскада измерительной системы с наблюдателем.

Помимо рассмотренных взаимодействий измерительная система на­ходится в двусторонней связи с окружающей средой. Когда характер и сте­пень данного взаимодействия таковы, что окружающая среда существенно влияет на результат работы измерительной системы, это взаимодействие нежелательно, оно вызывает возмущения и помехи. Об этом источнике оши­бок измерения говорят как о возмущающем или «мешающем» воздействии.

Наконец, четвертым источником ошибок измерения являются (несовер­шенные) характеристики самой измерительной системы. Если характеристи­ки системы не соответствуют требованиям данного измерения, то они приво­дят к тому, что измерения оказываются неправильными. Подбирая методики и СИ можно миними­зировать ошибки измерения такого рода.

Обратное влияние на измеряемый объект: согласование

При самом акте измерения всегда в определенной степени оказывается воз­действие на объект. Это может вызвать большее изменение измеряемой ве­личины. Чтобы избежать этого, необходимо согласовать измерительную систему с измеряемым объектом. Обычно бывает достаточно подстроить только входную часть (входной кас­кад) измерительной системы. В зависимости от ситуации различают согла­сование различного рода. Известно три типа такого согласования: классическое согласование импедансов всех частей системы, сопряженное согласование и анэнергетическое согласование. При последнем варианте сводят к минимуму пе­редачу энергии или мощности между объектом измерения и измерительной системой. В результате такого согласования в процессе измерения сколь­ко-нибудь ощутимая энергия не передается на измеряемый объект и не потребляется от него. В некоторых случаях добиться этого позволяет компенсационный метод измерения.

Уравнение измерения - статическая характеристика прибора

В общем случае пассивный РИП можно рассматривать как преобразователь измеряемой физической величины (входного сигнала) в форму доступную для непосредственного восприятия оператором, регистрации или принятия решения (рис. 3). Преобразование измерительной информации описывается статической (или градуировочной) характеристикой СИ и ее параметрами.

 

 

Рис. 3. Представление пассивного РИП

Как правило, измерительный сигнал А, представленный в общем виде, содержит информацию не только о параметре x, который надо оценить, но также избыточную информацию о других параметрах (p, m, ….). Статической характеристикой называют функциональную связь между установившимся значением измеряемой величины x и выходным сигналом у. В общем случае , где q1…qn – внутренние параметры РИП (шумы, трение, термо-Э.Д.С….); z1…zk – внешние параметры и воздействия (toC, давление, внешние поля, питание…).

1. Заданная характеристика РИП – устанавливает физическую взаимосвязь в идеальном виде. При этом уравнение измерения называется заданной статической характеристикой и yo в этом случае абсолютно точно отражает х.

2. Номинальная характеристика – взаимосвязь при отсутствии дестабилизирующих факторов и номинальных параметрах РИП.

3. Расчетная характеристика - определяется параметрами РИП и внутренними дестабилизирующими факторами (паразитные Э.Д.С., наводки, утечки,…).

4. Экспериментальная характеристика – зависимость, полученная в результате испытаний образцов РИП.

Экспериментальная характеристика, полученная в результате испытания реальных образцов РИП, учитывает все факторы - внутренние и внешние. В этом случае погрешность .

Для широ­кого круга средств измерений статические характеристики имеют следую­щую аналитическую форму записи:

yн = Sнx+yон; y = Sx+yо,

где Sн и S — номинальная и реальная чувствительности СИ; yон, yо соответственно выходные ве­личины при отсутствии и наличии аддитивной составляющей погрешности.

Рис. 4. Варианты отклонения реальной статической характеристики СИ от номинальной, вызывающих погрешности: а — аддитивную; б — мультипликативную; в — сумму аддитивной и мультипликативной

 

Абсолютная погрешность СИ равна разности значений реальной и номинальной характеристик при том же значении измеряемой величины х:

D=D(х)=y(х)-yн(х).

В общем случае абсолютная погрешность средств измерения D (рас­смотрим случаи, когда она положительна) состоит из аддитивной (сум­мируемой с измеряемой величиной) и мультипликативной (умножаемой на измеряемую величину) составляющих. Аддитивная составляющая не зависит, а мультипликативная зависит от измеряемой величины х. На­личие в погрешности D аддитивной и мультипликативной составляющих связано с характером отклонения реальной градуировочной характери­стики СИ от номинальной.

При аддитивной составляющей:

D = D(х) = y - yн = yо - yон = a,

где а — постоянная, выраженная в единицах измеряемой величины.

При муль­типликативной (умножаемую на измеряемую величину) погрешности

D = D(х) = y - yн = (SSн)=bx

где b — постоянный коэффициент.

При сумме аддитивной и мульти­пликативной составляющих:

D = D(х) = y - yн = a + bx.

График абсолютной погрешности СИ общего вида D = а + приве­ден на рис. 5 для диапазона измерений 0£ х £ xк, где xк — конечное значение диапазона измерений; а и — соответственно аддитивная и мультипликативная составляющие.

Рис. 5. Погрешности измерительного прибора:

А — абсолютная; б — относительная

a = dxк / 100; a + bxк = cxк /100. В этих формулах d = 100a/xк и с = 100(a + bxк)/xк — коэффициенты,… b = tga = ВС/АС = (сxк - dxк)/100xк = ( с –d)/100.

Рис. 6. Нелинейные погрешности СИ

В практике измере­ний вполне возможно получение значения D < 0. Поэтому в общем случае выражения для абсолют­ной и относительной погрешностей СИ аналитиче­ски записываются со знаком «±».


Наряду с аддитивной и мультипликативной по­грешностями средства измерений могут вносить и погрешности нелинейного характера, имеющие нелинейную зависимость от измеряемой величины (рис. 6).

Основные схемы пассивных РИП

По структуре РИП может быть с разомкнутым (последовательным или последовательно параллельным) и с замкнутым соединением звеньев (компенсационные, имеющие обратную связь). Схемы реальных приборов могут содержать отдельные части, имеющие структуру каждого из трех приведенных вариантов схем.

Функциональные преобразователи

Последовательная схема

Последовательно-параллельная схема
Компенсационная схема Рис. 7. Схемы приборов

Идеализированная структурная схема прибора с последовательным соединением модулей содержит первичный преобразователь (ПП), последовательно с которым включены другие преобразователи и индикатор. Здесь в качестве встроенной меры применен калиброванный канал передачи сигнала от входа прибора до его шкалы или сигнал образцового источника, включаемый на время калибровки на вход ПП. В последовательно-параллельной схеме сигналы группы параллельных преобразователей подаются на сумматор и далее на индикатор. Калибровка аналогична приведенному выше варианту.

Третий вариант схемы РИП реализует метод сравнения с мерой, которая включена в обратную связь.

Это компенсационная схема. Здесь на сумматор приходят входной сигнал и сигнал, формируемый мерой. Индикатор «0» показывает равенство этих сигналов. Регулятор величины меры может при достижении «0» служить шкалой отсчета уровня входного сигнала. Можно также применять встроенный измеритель сигнала меры. Нередко на выходе меры включается калиброванный делитель сигнала (аттенюатор, делитель частоты и др.)

Для компенсационного метода может потре­боваться вспомогательный источник энергии, который поставлял бы точно столько же энергии, сколько в противном случае потреблялось бы от источ­ника измеряемой величины. Компенсацией можно воспользоваться для подавления возмущающих воздействий. В дифференциальном усилителе на паре биполярных транзисторов компенсация уменьшает влияние температурных изменений.

Измерительные мосты

- мосты постоянного тока; - мосты переменного тока; - одинарные или четырехплечие;

Рис. 8. Коррекция систематических погешностей

Для коррекции коэффициента передачи в памяти МПС хранится набор значений , которые должны быть при . Периодически МПС вырабатывает значение , наиболее близкое к измеряемому значению. При этом на входе тракта измерения ЦАП формирует эталонный сигнал . В результате работы тракта и АЦП получится результат . Вычисляется поправочный коэффициент , который хранится в памяти МПС. При входном сигнале x®xoi результат .

Для коррекции АХ запоминается значения ai для разных уровней сигналов, Для коррекции АЧХ – значение afi учитываются с учетом рабочей частоты.

В. Уменьшение влияния случайной погрешности

Накопление и обработку результатов многократных испытаний (измерений) осуществляет МПС. Могут быть разные алгоритмы с оценкой достоверности, доверительного интервала; с накоплением данных для получения результата с заданной точностью. Вариант алгоритма приведен на рис. 9.

Рис. 9. Вариант алгоритма

C. Компенсация внутренних шумов

Позволяет повысить чувствительность прибора, расширить его динамический диапазон. Вариант обработки может быть следующий. До подачи сигнала измеряется средний квадрат шумового сигнала и запоминается U2ш ср при подаче сигнала считается, что шум тот же. Сумма возводиться в квадрат и усредняется.

Здесь среднее значение произведения равно нулю т.к. сигнал и шум независимы (некоррелированы). Из полученной суммы вычитается запомненный шум, извлекается квадратный корень и получается значение сигнала.

Условия применения и ограничения применения МП

При выборе между жесткой логикой и МП считается, что МП лучше, если:

- Число интегральных схем для жесткой логики ³30;

- Нужен программируемый, многофункциональный прибор;

- Предполагается наращивание функций;

- Требуется запоминать или обрабатывать данные;

- Реализуются алгоритмы косвенных или совокупных измерений;

- Велик объем измерений;

- Следует автоматизировать управление прибором;

Необходимо получать сведения о погрешностях…Условия ограничения применения МП:

1. Трудности выбора базового МП из–за недостаточных профессиональных знаний, из–за нехватки технических материалов по конкретным МП, слабой базы разработчика (нужны логические и сигнатурные анализаторы, программаторы)

2. Ограниченное быстродействие МП.

3. Сложности программного обеспечения – основное ограничение. Следует искать готовые пакеты программ.

4. Специфика испытаний, контроля диагностики и даже поверки средств измерения с МП. Т.к. здесь велика роль программных средств «обычная» метрология не всегда применима. Наиболее часто МП осуществляет самотестирование приборов, для разрабатываются внутренние диагностические программы. Применяют:

- Логический анализ (анализаторы логических состояний …)

- Сигнатурный анализ (сигнатура – 4-значное 16-ричное число которое выводится на дисплей идеальная и реальная);

- Принципы самотестирования.

Принципы кодирования и аналого-цифрового преобразования

; где n – число разрядов, ki =0, 1, 2, …9. Пример: 902=8×102+0×101+2×100 В двоичной системе ; где ki = 0, 1. Тогда число

Лекция 12: функциональные преобразователи

Цифровых приборов

Входные аналоговые сигналы АЦП преобразуют в цифровую форму, пригодную для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами. Процедура… Наиболее распространенной формой дискретизации является равномерная, в основе…  

Tпр.макс=(2N-1)/ fтакт.

Особенностью АЦП последовательного счета является небольшая частота дискретизации. Достоинством является сравнительная простота построения,… 2. Метод последовательного приближения Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с поразрядным уравновешиванием, является наиболее…

Параметры АЦП

Так как наряду с АЦП часто используются другие устройства, такие как: мультиплексоры, усилители, фильтры, УВХ, их искажения будут суммироваться с… Идеальная характеристика преобразования (1) – прямая линия, “наиболее… Характеристика преобразования ХП(2) – зависимость выходного кода АЦП от входного напряжения UВХ.

Шумы АЦП

Методы и средства поверки АЦП: - по образцовому более точному АЦП; - по образцовому ЦАП (с двойным преобразованием U®Nu®U`);

Лекция 13: примеры структур погрешностей и Классификация СРедств измерений

ПРИМЕР структуры ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА

Пусть требуется оценить погрешность измерительного канала, который состоит из трех последовательно соединенных узлов: реостатного датчика Д, усилителя У и регистратора Р. Погрешность реостатного датчика с сопротивлением Rд = 200 Ом нормирована в его паспорте границей максимального значения приведенной погрешности (0.15%). Предполагается, что его погрешность аддитивна. Датчик питается напряжением 200 мВ через стабилизатор напряжения с коэффициентом стабилизации К=25 от общего с усилителем стандартного нестабилизированного блока питания. Усилитель предназначен для обеспечения линейности характеристики канала. Об усилителе известно, что он выполнен в виде эмитерного повторителя и благодаря глубокой отрицательной обратной связи коэффициент влияния колебаний напряжения питания на коэффициент усиления снижен до значения ±0.3%/(10%DU/U), а влияние температуры приводит к смещению его нуля на ±0.2%/10 К. В качестве регистратора использован электронный прибор класса точности 0.5. Параллельно с аналоговым регистратором включен цифровой вольтметр класса точности 0.2/0.1.

При расчете погрешностей канала нужно выбрать для каждой составляющей соответствующий закон распределения, найти СКО и определить вид погрешности (аддитивная или мультипликативная). Рассмотрим отдельные составляющие:

1. Погрешность от наводки на линию связи может быть приближенно рассчитана следующим образом. При присоединении к линии электронного вольтметра с входным сопротивлением 1 МОм на его входе возникало падение напряжения 1.6 В, т.е. через него проходил ток I = 160 мкА. При замыкании линии на датчик сопротивлением Rд = 200 Ом падение напряжения на нем от этого тока составит U = 0.32 мВ. Таким образом, приведенная погрешность от наводки при максимальном сигнале с датчика будет равна 0.16%. Закон распределения этой погрешности - арксинусоидальный. Погрешность, возникающая от наводки посторонних напряжений на вход измерительного канала, как правило, является аддитивной, так как не зависит от величины измеряемого сигнала. Но наш случай является исключением. Сопротивление, которое замыкает вход измерительного усилителя, есть сопротивление нижней части реостатного датчика. При входной измеряемой величине, равной нулю, это сопротивление также равно нулю. Поэтому напряжение наводки возрастает линейно с ростом входного сигнала, т.е. в данном случае, как исключение из общего правила, погрешность от наводки оказывается мультипликативной.

2. Основная погрешность датчика нормирована по паспорту максимальным значением 0.15%. Для того чтобы от этого значения перейти к СКО, необходимо знание вида закона распределения погрешности. Основной погрешностью является погрешность дискретности и поэтому распределение погрешности можно считать близким к равномерному. Тогда 0.15% можно считать половиной ширины этого равномерного распределения и найти СКО 0.087%.

3. Температурная погрешность датчика в его паспорте не указана, так как у самого датчика она отсутствует. Но у нас датчик с Rд = 200 Ом включен последовательно с двумя жилами медной линии сопротивлением в 2 Ом каждая. При изменении температуры в цехе, где проложена линия связи, в диапазоне (20±15°С) и температурном коэффициенте меди ±4%/10К изменение сопротивления каждой из жил составит 0.12 Ом, что по отношению к Рд = 200 Ом равно 0.06%, т.е. соизмеримо с другими погрешностями. Эта погрешность может быть исключена изменением схемы включения датчика.

Для перехода от вычисленного выше максимального значения этой погрешности 0.06%, возникающего при предельных значениях температуры 5°С или 35 °С, к СКО необходимо знать закон распределения температуры в испытательном цехе. Если закон распределения считать нормальным, тогда искомая СКО 0.026%.

4.Погрешность датчика от колебаний напряжения питания является чисто мультипликативной и распределена по треугольному закону. Максимальное значение этой погрешности 0.6%. СКО 0.245%.

5. Погрешность коэффициента передачи усилителя является мультипликативной и распределена также по треугольному закону. Ее максимальное значение составляет 0.45%, а СКО 0.184%.

6. Погрешность смещения нуля усилителя при колебании температуры является аддитивной, а закон распределения - равномерный. Максимальное значение этой погрешности составляет 0.06%, а СКО 0.034%.

7. Основная погрешность аналогового регистратора определяется его классом точности. Однако в отличие от датчиков, погрешность которых, как правило, нормируется без запаса на старение, погрешность всех измерительных приборов нормируется с 25%-ным запасом на старение, т.е. фактическая погрешность нового, только что выпущенного заводом прибора составляет не больше 0.8. В нашем случае используется новый регистратор и при классе точности 0.5 его погрешность составляет не более 0.4%. Погрешность потенциометра определяется погрешностью реохорда и поэтому она аддитивна, а закон ее распределения, как и у реостатного датчика, будем считать равномерным с шириной 0.4%. Тогда СКО этой погрешности 0.23%.

8. Температурная погрешность регистратора проявляется в виде смещения нуля на -0.1%/10К, также аддитивна и при принятом равномерном законе распределения температуры шириной 3К ее СКО составляет 0.017%.

9. Погрешность цифрового вольтметра нормирована двучленной формулой, ее приведенное значение равно 0.1% при x = 0 и линейно возрастает до 0.2% в конце шкалы.

Расчет результирующей погрешности канала сводится к вычислению приведенной погрешности при x = 0, которая складывается только из аддитивных составляющих, и в конце диапазона, которая складывается из всех составляющих. Эти операции придется проделать дважды: один раз - для канала с аналоговым регистратором, а другой раз для канала с цифровым регистратором. Выбор метода суммирования зависит от того, являются ли погрешности коррелированными или независимыми. Чтобы не допустить ошибок, необходимо сразу выделить коррелированные погрешности и произвести их алгебраическое сложение с учетом знаков. Коррелированными являются те погрешности, которые вызываются одной и той же общей причиной, а поэтому имеют одинаковую форму закона распределения, которая остается справедливой и для их алгебраической суммы.

Например, для многокаскадного усилителя коэффициент усиления k=k1*k2*k3 при нестабильном питании изменяется коррелированно в каждом каскаде, т.е. СКО суммируются алгебраически.

Когда суммируют погрешности возможно отбрасывание отдельных составляющих, если их вклад в измеряемую погрешность не превышает 5% (правило ничтожной погрешности). Если имеется одна составляющая, которая в 5 раз меньше наибольшей, то ее можно отбросить. Можно отбросить 2 составляющих, если они в 7 раз меньше наибольшей. Можно отбросить 4 составляющих, если они в 8 раз меньше наибольшей.

Рассмотрим структуру погрешности измерения напряжения постоянного тока на выходе резистивного делителя. Погрешность измерения выходного напряжения делителя определяется суммой составляющих:

1. Медленный разряд батареи: инструментальная, систематическая, статическая, мультипликативная.

2. Внутреннее сопротивление батареи: инструментальная, систематическая, статическая, мультипликативная.

3. Наводки на провода соединительные (помехи от ЭМП): инструментальная, случайная, динамическая (нет конца случайного процесса), аддитивная.

4. Сопротивление проводов: инструментальная, систематическая, статическая, мультипликативная.

5. Окисление контактов (резистивные потери): инструментальная, случайная, статическая, мультипликативная.

6. Термо-Э.Д.С. в соединениях: инструментальная, систематическая, статическая, аддитивная.

7. Внутреннее сопротивление вольтметра: методическая, систематическая, статическая, мультипликативная.

8. Основная погрешность аналогового вольтметра (включая погрешности установки нуля и калибровки прибора): инструментальная, случайная, статическая, м.б. аддитивная или мультипликативная (по техописанию).

9. Дополнительная погрешность прибора из-за отклонения температуры от нормальных условий: инструментальная, случайная, статическая, м.б. аддитивная или мультипликативная.

10. Погрешность считывания показаний: субъективная, случайная, динамическая (не ожидает окончания переходного процесса), м.б. аддитивная или мультипликативная.

Измерение коэффициента передачи делителя (затухания):

а) в относительных единицах К=UВЫХ/UВХ (например, 0,5)

б) или в дБ K=20 lg UВХ/UВЫХ (например, 6 дБ)

Структура погрешности включает:

- погрешности измерения входного и выходного напряжения (1 – 10);

- погрешности косвенных измерений (суммирование погрешностей прямых измерений выходного и входного напряжений делителя);

- погрешности вычислений и округления расчетов.

Электронные средства измерений согласно ГОСТ 15094-86

Подгруппа. Вид. Наименование.
А—приборы для измерения силы тока А2 А3 А9 Амперметры постоянного тока. Амперметры переменного тока. Преобразователи тока.
Б—источники питания для измерений Б2 Б5   Б6*   Б7* Источники переменного напряжения (тока). Источники постоянного напряжения (тока). Источники питания с регулируемыми параметрами. Источники постоянного, переменного тока универсальные.
В—приборы для измерения напряжения В1*   В2 В3 В4 В6 В7 В8   В9 Установки или приборы для поверки вольтметров. Вольтметры постоянного напряжения. Вольтметры переменного напряжения. Вольтметры импульсного напряжения. Вольтметры селективные. Вольтметры универсальные. Измерители отношения, разности, нестабильности напряжения. Преобразователь напряжения.
Г—генераторы измерительные. Г2* Г3 Г4 Г5 Г6 Г7 Г8* Г9 Генераторы шумовых сигналов. Генераторы сигналов НЧ. Генераторы сигналов. Генераторы импульсов. Генераторы сигналов сложной формы. Синтезаторы частоты. Генераторы качающейся частоты. Генераторы испытательных импульсов.
Д—приборы для измерения ослаблений. Д1 Д2* Д3* Д4* Д5* Д6* Д8* Приборы для измерения ослаблений. Аттенюаторы резисторные, емкостные. Аттенюаторы поляризованные. Аттенюаторы предельные. Аттенюаторы поглощающие. Аттенюаторы электрические управляемые. Измерители ослаблений.
Е—приборы для измерения параметров компонентов и цепей с сосредоточенными постоянными. Е1*     Е3 Установки или приборы для проверки измерителей параметров компонентов и цепей. Измерители индуктивности.
И—приборы для импульсных измерений И1* И2* И4 И9 Установки или приборы для поверки. Измерители временных интервалов. Измерители параметров импульсов. Преобразователи импульсных сигналов.
К—установки измерительные, системы измерительные автоматизированные К2 К3*   К4* К5*   К6* Установки измерительные. Установки измерительные автоматизированные комплексные. Приборы (блоки) измерительных установок. Приборы комплексных автоматизированных измерительных установок. Системы измерительные автоматизированные.
Л—приборы для измерения параметров электровакуумных, полупроводниковых приборов и микросхем Л2   Л3*   Л4 Измерители параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Измерители параметров электровакуумных приборов. Измерители шумовых параметров полупроводниковых приборов.
М—прибор для измерения мощности. М1*   М2 М3 М5* Установки или приборы для поверки ваттметров. Ваттметры проходящей мощности. Ваттметры поглощаемой мощности. Преобразователи приемные (головки).
Н—меры электрических величин. Н2   Н3     Н4 Н5 Н6 Н7 Меры (набор мер) пассивных электрических величин. Средства измерений для воспроизведения электрических величин элементов и трактов с распределенными параметрами. Калибраторы постоянного напряжения (тока). Калибраторы переменного напряжения (тока). Калибраторы фаз. Калибраторы мощности.
П—приборы для измерения напряженности поля, плотности потока энергии, радиопомех и параметров антенн. П1*     П3   П4 П5 П6 П7 Установки или приборы для поверки приборов, измеряющих напряженность поля, плотность потока энергии и радиопомехи. Измерители напряженности электромагнитного поля. Измерители радиопомех. Приемники измерительные. Антенны измерительные. Измерители параметров антенн.
Р—приборы для измерения параметров элементов и трактов с распределенными постоянными. Р1 Р2   Р3* Р4   Р5 Линии измерительные. Измерители модулей коэффициентов передачи и отражения. Измерители полных сопротивлений. Измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения. Измерители параметров линий передач.
С—приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигналов и спектров. С1 С2*   С3 С4 С6 С7 С8 С9* Осциллографы. Измерители коэффициента амплитудной модуляции. Измерители модуляции. Анализаторы спектров. Измерители коэффициента гармоник. Осциллографы стробоскопические Осциллографы запоминающие. Осциллографы специальные.
Т—генераторы цифровых сигналов. Т2   Т3 Генераторы псевдослучайных последовательностей импульсов. Генераторы кодовых комбинаций импульсов.
У—усилители измерительные. У2 У3 У4* У5 У6 У7* Усилители селективные. Усилители переменного напряжения. Усилители НЧ. Усилители постоянного напряжения. Усилители мощности. Усилители универсальные.
Ф—приборы для измерения разности фаз и группового времени запаздывания (ГВЗ) Ф1*   Ф2 Ф4   Ф5 Установки или приборы для поверки измерителей разности фаз и ГВЗ Измерители разности фаз. Измерители группового времени запаздывания. Измерители разности фаз импульсные.
Х—приборы для наблюдения характеристик радиоустройств. Х1 Х2*   Х3* Х5 Х6 Приборы для наблюдения АЧХ. Приборы для исследования переходных характеристик. Приборы для исследования ФЧХ. Измерители характеристик шума. Приборы для исследования вероятностных характеристик случайных процессов.
Ц—анализаторы потока цифровых данных. Ц2   Ц3 Ц4 Анализаторы логических состояний и временных диаграмм. Анализаторы сигнатур. Анализаторы кодовых последовательностей.
Ч—приборы для измерения частоты и времени. Ч1 Ч2 Ч3 Ч5 Ч5* Ч6*   Ч7   Ч9 Меры (стандарты) частоты и времени. Частотомеры резонансные. Частотомеры электронно-счетные. Переносчики частоты. Преобразователи, синхронизаторы частоты. Синтезаторы, делители и умножители частоты. Приёмники эталонных сигналов частоты и времени, компараторы частотные, фазовые. Преобразователи частоты.
Э*—измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов. Э1* Э2* Э3* Э4* Э5* Э6* Э7* Э7* Э8* Э9* Трансформаторы. Переходы, соединители. Переключатели. Модуляторы. Направленные ответвители. Вентили ферритовые. Головки детекторные. Головки смесительные. Фильтры. Нагрузки.
Я—блоки измерительных приборов. Я1     Я2     Я3     Я4   Я5 Я6   Я7     Я8     Я9 Для измерения силы тока, напряжения, параметров компенсаторов и цепей с сосредоточенными постоянными. Для измерения параметров элементов и трактов с распределёнными постоянными; блоки приборов для измерения мощности. Для измерения частоты и времени; блоки измерителей разности фаз и группового времени запаздывания. Для наблюдения и исследования форм аналоговых сигналов и спектров. Для источников питания. Для измерения напряжённости поля, плотности потока энергии, радиопомех и параметров антенн; блоки измерительных усилителей. Для генераторов; мер электрических величин; генераторов цифровых сигналов; для измерения ослабления. Для измерителей характеристик радиоустройств; параметров электровакуумных, полупроводниковых приборов и интегральных микросхем; для импульсных измерений. Для анализаторов потоков цифровых данных; преобразователей измерительных; для индикации результатов измерений; коммутаций.

* Согласно ГОСТ 15094-86 с 01.01.87 года при разработке и конструировании аппаратуры не применяются.

Цифры после тире — номер разработки. По нему нельзя сказать о качестве прибора. Буквы за номером — номер модификации (А, Б, В, Г). Дробь — вариант модификации серии, разрабатываемой одновременно. Вторая буква К означает то, что прибор комбинированный. В таком приборе помимо основных функций имеются дополнительные возможности, т. е. расширение функциональных возможностей.

 

 

Вопросы для самопроверки

Лекция 1

1. В каком веке в России было организовано первое государственное пове­рочное учреждение и как оно называлось?

2. Какой орган осуществляет управление метроло­гической службой России?

3. Что такое метрология?

4. Что такое измерение?

5. Назовите области и виды измерений, которые имеют прямое отношение к вашей специальности?

6. Приведите определение и примеры прямых измерений.

7. Приведите определение и примеры косвенных измерений.

8. Приведите определение и примеры совместных измерений.

9. Что такое контроль и что является его результатом?

10. Что такое принцип измерения?

11. Что такое алгоритм измерения?

12. Что такое метод измерений?

13. Что такое методика измерений?

14. Что охватывает понятие средство измерений (СИ)?

15. Что называют датчиком?

16. Что такое мера физической величины?

17. Что такое измерительный прибор (ИП)?

18. Что такое измерительная установка?

19. Что такое метрологические характеристики (МХ) СИ. Назовите их

Лекция 2

1. Что такое ГСИ?

2. Что такое единство измерений?

3. Какой закон обеспечивает един­ство измерений в стране?

4. Назовите уровни метрологических служб в РФ.

5. Что такое поверка средства измерений.

6. Назовите виды поверки.

7. На каких уровнях осуществляется деятельность по ОЕИ?

8. Из каких подсистем состоит ГСИ?

9. Что собой представляет правовая подсистема ГСИ.

10. Что входит в структуру нормативных документов по ОЕИ?

11. Что собой представляет техническая подсистема ГСИ?

12. Что собой представляет организационная подсистема ГСИ.

13. Назовите наиболее важные на ваш взгляд задачи ГСИ.

14. Какие подразделения входят в Государственную метрологическую службу?

15. На каких четырех осно­вах базируется метрологическое обеспечение?

16. Какой орган власти осуще­ствляет государственное управление деятельностью по ОЕИ в РФ?

Лекция 3

1. Какова структура метрологической службы (МС) России?

2. Назовите Государственные научные метрологические центры.

3. Каковы функции ЦСМ и С?

4. Что такое ГСВЧ ?

5. Какие вы знаете МС федеральных органов управления?

6. Какова структура МС федерального органа управле­ния?

7. Какова структура МС юри­дического лица на примере промышленного предприятия?

8. Какие обязанности возлагаются на МС предприятия?

 

9. Какова цель проведения метрологической экспертизы?

10. Что подвергают метрологической экспертизе?

11. Что такое Метрологический контроль и надзор?

12. Какие области и виды деятельности относятся к сфере государственного контроля и надзора?

13. Что включает Государственный метрологический контроль?

14. Чем занимается Владимирский ЦСМ?

Лекция 4

1. Каким образом и для чего осуществляется утверждение типа СИ?

2. Что такое Метрологическая аттестация (МА) СИ?

3. Какие СИ проходят МА?

4. Что такое Государственные приемочные испытания СИ (ГПИ)?

5. Что такое Государственные контрольные испытания СИ (ГКИ)?

6. Какие органы имеет право поверки СИ?

7. Какое физическое лицо имеет право поверки?

8. Что такое поверительное клеймо и Свидетельство о поверке?

9. Назовите виды поверки и их особенности.

10. Какая деятельность с СИ подлежит лицензированию органами ГМС ?

11. Что такое лицензия и кому она выдается?

12. Что такое калибровка средств измерений? Когда и кем она осуществляется?

13. Что такое эталон ?

14. Что такое Поверочная схема, и какие они бывают?

15. Как осуществляется передача информации о размере единицы ФВ?

16. Какие бывают эталоны и в чем их особенности?

17. Что такое метрологическая надежность СИ, и какие понятия она включает?

18. Каков порядок проведения сертификации?

19. Назовите международные организации по метрологии.

Лекция 5

1. Что такое истинное, действительное и измеренное значение физической величины?

2. Что такое погрешность измерения?

3. Какие факторы, влияющие на резуль­таты измерения, необходимо учитывать?

4. Как уменьшить влияние Объекта на результат измерения?

5. Как выбрать метод измерения?

6. В чем состоит влияние СИ на измеряемую величину?

7. По каким условиям можно классифицировать погрешности измерений?

8. Как отличить погрешности методические и инструментальные?

9. Как отличить погрешности статические и динамические?

10. Как отличить погрешности основную и дополнительную?

11. Какие условия считаются нормальными и рабочими?

12. Что такое класс точности прибора? Какие значения он может принимать?

13. Что такое предел основной допускаемой погрешности? Приведите формы аналитического выражения.

14. Что такое промах и что с ним делают?

15. Какие погрешности называют систематические, дрейфовые и случайные?

16. Задача. Установлено, что максимальная приведенная погрешность вольтметра не превышает 0,01N% (N здесь и далее – номер студента по списку группы). Какое значение класса точности следует указать в ТО? Для выбранного класса точности р определить аб­солютную погрешность результата измерения в точке х = 4N (В) на пределе измерения хк = 100 В. Оценить относительную и приведенную погрешности результата. Выразить погрешность 2-членной формулой, в которой аддитивная и мультипликативная составляющие равны между собой в точке х = 4N (В) на пределе измерения хк = 100 В. Записать выражение для относительной погрешности результата измерения.

Лекция 6

1. Когда применяется нормальный закон распределения погрешностей?

2. Какова для нормального закона распределения вероятность того, что случайная составляющая погрешности измерения не выходит за пределы интервала ±3s; ±2,6s; ±2s и ±1,6s?

3. Когда применяют закон распределения Стьюдента?

4. Как определить случайную погрешность для закона распределения Стьюдента?

5. Когда применяют равномерный закон распределения?

6. Когда применяют треугольный закон распределения (закон Симпсона)?

7. Когда применяют арксинусный закон распределения?

8. Как найти систематическую погрешность для смещенного закона распределения?

9. Что такое квантильные оценки погрешности?

10. Какая доверительная погрешность имеет однозначное соотношение с СКО вне зависимости от вида распределения?

11. Сколько нужно сделать отсчетов при отбрасывании 2-х для Рд = 0.9; 0.95; 0.99?

12. Задача. Определить максимальную погрешность, если s=0,1N% для законов распределения: равномерный, треугольный, арксинусный и нормальный.

Лекция 7

1. Как и почему при подготовке к измерениям учитывают модель объекта?

2. Как изменяется модель резистора на разных частотах?

3. Как выбирается метод измерений и СИ?

4. Какие факторы следует учитывать при выборе СИ?

5. Что такое диффузность объекта и как она влияет на выбор точности СИ?

6. Что делается для уменьшения систематических погрешностей?

7. Как обнаружить НСП?

8. Что делают для исключения НСП?

9. Что такое МВИ и что она устанавливает?

10. Что должен делать оператор при подготовке к измерениям?

11. Каковы требования к СИ для контроля условий измерений?

12. Назовите этапы и требования к обработке результатов, полученных в процессе измерений.

Лекция 8

1. Какие способы и приемы могут использоваться в процессе эксперимента для уменьшения систематических погрешностей?

2. Как приближенно оценивается НСП?

3. Приведите точную методику оценки НСП.

4. Как оценить погрешность результата прямого однократного измерения D = D(Pд) для известных значений оценки СКО S(A) и НСП?

5. Как записывается результат прямого однократного измерения?

6. Когда погрешность результата измерения равна пре­делу основной погрешности СИ Dси, определяемой по технической документации?

7. Когда возникает необходимость многократных измерений и что это дает?

8. Каким образом многократные измерения позволяют отфильтровать случайную погрешность?

9. Что такое доверительная вероятность и доверительный интервал?

10. Каким образом можно исключить промахи из совокупности отсчетов?

11. Как правильно выбрать коэффициент k при оценке НСП?

12. Как найти границы случайной суммарной и систематической погрешности (НСП) многократных измерений?

13. Приведите методику обработки результатов многократных измерений.

14. Как правильно суммировать погрешности систематические и случайные?

15. Как оценить погрешность косвенных измерений, если функциональная зависимость представляет собой нелинейную дифференцируемую функцию?

16. Как оценить суммарные границы ±D погрешности результата косвенного измерения вычисляют с учетом границы НСП и доверительной границы случайной погрешности?

Лекция 9

1. К какой группе по условиям эксплуатации обычно относят эталоны и меры?

2. Каким образом эталоны воспроизводят основные и производные единицы?

3. Где хранятся государственные эталоны?

4. Какова погрешность эталона единицы длины ранее и сегодня?

5. Какова погрешность эталона единицы времени сегодня?

6. Что содержит Государственный эталон времени и частоты?

7. Что собой представляет Эталон единицы силы электрического тока?

8. Что собой представляет Эталон разности электрических потенциалов (напряжения) и какова его погрешность?

9. Каковы недостатки элемента Вестона?

10. Для чего применяют зенеровские опорные элементы и какова их погрешность?

11. Какую погрешность обеспечивают эталоны на основе эффекта Джозефсона?

12. Что собой представляет Эталон электрического сопротивления?

13. Что собой представляет эталон емкости?

14. Что собой представляют эталоны индуктивности?

15. Что собой представляет эталон затухания?

Лекция 10

1. Назовите «активные» и «пассивные» объекты радиоизмерений.

2. Чем отличаются схемы измерения «активного» и «пассивного» объекта?

3. Чем отличаются схемы «активного» и «пассивного» РИП?

4. Назовите источники погрешностей.

5. Как снизить обратное влияние СИ на измеряемый объект?

6. Какие виды и особенности согласования вам известны?

7. Что такое статическая характеристика прибора?

8. Назовите виды и особенности статических характеристик РИП.

9. Как может быть записана и представлена на графике абсолютная погрешность, если она только аддитивная, только мультипликативная или является суммой?

10. Как может быть записана и представлена на графике относительная погрешность, если она только аддитивная, только мультипликативная или является их суммой?

11. Какие схемы соединения звеньев РИП (модулей) вы знаете и где в каждой из них размещена мера?

12. Как работают мостовые схемы и какие они бывают?

13. Где и почему применяют мостовые методы измерения?

14. Как выглядит формула относительной погреш­ности СИ, если значения аддитивной и суммарной составляющей абсолютной погрешности выразить в долях конечного значения диапазона измере­ний xк?

15. Задача. Максимальная приведенная погрешность вольтметра 0,01N%. Выберите класс точности и запишите 2-членной формулой выражение для относительной погрешности результата измерения так, чтобы аддитивная составляющая была в 2 раза больше мультипликативной в точке хк=100 В. Выбрать a и b.

Лекция 11

1. Чем отличаются цифровые приборы от аналоговых, активные (измерители устройств) от пассивных (измерители сигналов)?

2. Что содержит аналоговая и цифровая части прибора?

3. Какой прибор можно назвать «интеллектуальным»?

4. Зачем нужен ЦАП в РИП?

5. Перечислите основные функции МПС в РИП.

6. Приведите примеры обработки данных в ЦИП.

7. Поясните методику коррекции «О», калибровки коэффициента передачи и компенсации нелинейности АХ.

8. Поясните методику уменьшения влияния случайной погрешности.

9. Когда при выборе между жесткой логикой и МП предпочтение отдается МПС?

10. Что ограничивает применение МПС?

11. В каких кодах АЦП представляет аналоговый измерительный сигнал?

12. Каковы преимущества Кодов Фибоначчи?

13. Представьте число 1000-7N в десятичной форме.

14. Представьте число 1000-7N в двоичной форме.

15. Представьте число 1000-7N в двоично-десятичной форме.

16. Представьте число 1000-7N в виде кода Фибоначчи.

Лекция 12

1. Какие операции содержит процедура аналого-цифрового преобразования?

2. Как следует выбирать период дискретизации?

3. Поясните метод последовательного счета, его достоинства и погрешности.

4. Поясните метод последовательного приближения, его достоинства и погрешности.

5. Поясните метод считывания, его достоинства и погрешности.

6. Каковы особенности комбинированных методов?

7. Назовите метрологические характеристики АЦП.

8. Как можно поверить АЦП?

9. Назовите виды ПКА и основной принцип работы каждого.

10. Как выбрать размер интервала гистограммы?

11. Сколько столбцов должно быть для объема выборки 20N и 300 - 10N?

Лекция 13

1. Какова структура погрешности измерения коэффициента передачи усилителя (1000 Гц, К=100N) с учетом составляющих объект, субъект, метод, СИ, условия? С классификацией погрешностей.

2. Назовите виды и наименования приборов подгрупп В, С и Ч.

3. Назовите виды и наименования приборов подгрупп М, Ф и Х.

4. Что можно сказать о приборах В7-34А, В7-39 и В2-38?

5. Что можно сказать о приборах СК4-56, С4-60, С6-11?

6. Что можно сказать о приборе В7-40/1?

 

Список литературы

1. Басаков М.И. Основы стандартизации, метрологии и сертификации: 100 экзаменационных ответов. – Москва – Ростов на Дону: Март, 2003. – 256 с.

2. Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения. - М.: Высшая школа, 1986. - 351 с.

3. Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения. - М: Радио и связь, 1993. - 320 с.

4. Зограф И.А., Новицкий П.Ф. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

5. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. – М: Пост-маркет, 2000. – 352 с.

6. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пеp. с англ. - М.: Миp, 1990. - 535 с.

7. ГОСТ Р 8.000-2000. Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения. – М: Издательство стандартов, 2000. – 5 с.

 

– Конец работы –

Используемые теги: Метрология, радиоизмерения0.042

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Метрология и радиоизмерения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Метрология и радиоизмерения
Государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Владимирский государственный университет...

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Высшего профессионального образования... Пермский национальный исследовательский политехнический университет...

Практикум по дисциплине Спортивная метрология
Кафедра биомеханики... Ю О Волков Л Л Солтанович С Л Рукавицына Практикум по дисциплине Спортивная метрология...

Метрология и измерения
Конспект лекций... Часть Сергиенко М П...

Метрология, стандартизация и сертификация
Конспект лекций... Сергиенко М П...

Метрология
Понятие о метрологии как науке Метрология наука об измерениях методах и... Основные понятия связанные с объектами измерения...

Тартаковский, Д Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учебник для вузов М.: Высшая школа, .2002. – 201 с
Основная литература... Тартаковский Д Ф Метрология стандартизация и технические средства измерений Учебник для вузов М Высшая школа...

Раздел 1 Метрология
Раздел Метрология... Метрология наука об измерениях методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой...

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
В М ВОЛКОВ... МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ...

ПО ДИСЦИПЛИНЕ МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
К О Н С П Е К Т Л Е К Ц И Й... ПО ДИСЦИПЛИНЕ МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ...

0.026
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам