Характеристики средств измерений при статических измерениях
При статических измерениях значения входного и выходногосигналов средств измерений не изменяются во времени. К статическим характеристикам средства измерения относят функцию преобразования, номинальное значение меры, диапазон и пределы измерений, цену деления шкалы, чувствительность, порог чувствительности.
Основной характеристикой средства измерения при статических измерениях является функция преобразования. Она устанавливает функциональную зависимость информативного параметра выходного сигнала Y от информативного параметра входного сигнала Х средства измерения. Функция преобразования описывается в общем случае уравнением
.
Функция преобразования, представленная в виде формулы, графика или таблицы, используется в рабочих условиях для определения значений измеряемой с помощью средства измерения величины по известному информативному параметру его выходного сигнала.
На рис. 2.2 показаны виды функций преобразования средств измерений. За исключением специальных случаев, основное требование, предъявляемое к функции преобразования – это линейная зависимость выходной величины от входной, т.е.
Y= kX,
где k – коэффициент преобразования, равный отношению сигнала Y на выходе измерительного преобразователя, отражающего измеряемую величину, к вызывающему его сигналу Х на входе преобразователя.
k не изменяется во всем диапазоне изменения входной величины и не изменяется во времени.
Рис. 2.2. Функция преобразования средств измерений: 1 – нелинейная; 2 – линейная; 3 – пропорциональная; ХН, YН – нижние пределы измерений; ХВ, YВ – верхние пределы измерений
Функция преобразования может быть представлена формулой, таблицей, графиком. Различают номинальную и реальную функции преобразованиясредств измерений. Для данного типа средств измерений функция преобразования является номинальной. Реальная функция преобразования конкретного экземпляра средства измерения отличается в большей или меньшей мере от номинальной. Это отличие и определяет погрешность данного средства измерения.
Для однозначных или многозначных мер вместо функции преобразования нормируют номинальные или индивидуальные значения мер.
Для показывающих измерительных приборов принято использовать ряд характеристик, сущность большинства из которых легко установить из рис. 2.3.
Рис. 2.3. Внешний вид отсчетного устройства вольтметра
Диапазон показаний – это область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы. Диапазон измерений – это область значений измеряемой величины на шкале прибора, в пределах которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений (т.е. это рабочая частьшкалы). В частном случае указанные диапазоны могут совпадать, как например, на рис. 2.3.
Ценой деления называют разность значения величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Физически цену деления определяют количеством единиц входной величины, содержащихся в одном делении шкалы измерительного прибора.
Для количественной оценки влияния на выходной сигнал средства измерения входного сигнала в произвольной точке функции преобразования служит чувствительность S. Чувствительность – это свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его измерению измеряемой величины.
.
Графически S определяется тангенсом угла наклона касательной (рис. 2.2), проведенной к выбранной точке Астатической характеристики. Если статическая характеристика измерительного прибора нелинейна (кривая 1 на рис. 2.2), то его чувствительность будет различной в разных точках характеристики, а шкала прибора – неравномерной. Приборы с линейной (прямая 2на рис. 2.2) или пропорциональной (прямая 3на рис. 2.2) статическими характеристиками имеют неизменную в любой точке шкалы чувствительность и равномерную шкалу.
Порог чувствительности (порог реагирования) средства измерения – это наименьшее значение изменения величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством. Как правило, наблюдатель, уверенно может заметить смещение стрелки на половину деления шкалы, поэтому порог чувствительности можно считать равным половине цены деления.
Реальные значения МХ средств измерений определяют при их изготовлении, а затем периодически проверяют в процессе эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из МХ выходит за установленные границы, то средство измерений регулируют, подвергают ремонту или изымают из обращения.
Важнейшей МХ средства измерений является его погрешность. Рассмотрим погрешность средств измерений и источники их возникновения подробнее. Далее будет представлена полная номенклатура МХ средств измерений.