Нормирование метрологических характеристик средств измерений

      3.5. В зависимости от того, какие заданы характеристики внешних условий измерений, могут быть рассчитаны разные характеристики погрешности измерений в реальных условиях измерений.

       3.5.1. Если заданы и при расчете используются конкретные значения влияющих величин с пренебрежимо малыми возможными отклонениями (например, температура окружающей среды (20±2)°С; напряжение питания (220±5)В), то рассчитанные характеристики погрешностей измерений соответствуют применению реализаций МВИ именно при этих значениях влияющих величин.

      3.5.2. Если заданы и при расчете используются нижние и верхние границы возможных значений влияющих величин (например, температура окружающей среды от минус 30 до плюс 50°С; напряжение питания от 180 до 230 В), то могут быть рассчитаны только наибольшие характеристики погрешностей измерений, соответствующие граничным условиям применения МВИ.

       3.5.3. Если заданы (или предполагаются) и при расчете используются характеристики влияющих величин как случайных процессов, то могут быть рассчитаны характеристики погрешности измерений как функции случайного аргумента (влияющих величин). Методика подобного расчета характеристик погрешностей средств измерений (именно они дают вклад в погрешность измерений, зависящую от влияющих величин) изложена в Приложении «средств измерений" ">Методического материала по применению ГОСТ 8.009-84».

      3.6. В зависимости от того, какие известны (из заданных исходных данных) временные или спектральные характеристики измеряемой величины или сигнала, информативным параметром которого является измеряемая величина, и динамические характеристики примененных в МВИ средств измерений (из нормативно-технических документов на средства измерений примененных типов), могут быть рассчитаны разные характеристики динамической погрешности средств измерений (см. «средств измерений" ">Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84»).

     3.6.1. Если известно время установления показаний измерительного прибора, то можно определить: а) интервал времени (начиная с момента изменения измеряемой величины, близкого по характеру к скачкообразному), после окончания которого допускается брать отсчет по шкале измерительного прибора; б) наибольшее возможное значение составляющей погрешности измерения, обусловленной динамическими свойствами измерительного прибора, при соблюдении условия а).

       3.6.2. Если известны частотный спектр сигнала, информативным параметром которого является измеряемая величина, и полные динамические характеристики средств измерений, то возможно определить вероятностные характеристики динамической погрешности средств измерений.

       3.7. При анализе первого проекта МВИ необходимо проверить, не возникают ли вследствие каких-либо особенностей МВИ (например, из-за применения вспомогательных технических средств, наличия каналов связи между техническими средствами МВИ и др.), дополнительные составляющие погрешности измерений, кроме рассмотренных в разделах 4 и 5. Их следует в расчете учесть, если они вызывают увеличение рассчитанных характеристик погрешностей измерений не менее, чем на 15-20%.

При анализе  первого проекта МВИ, если необходимо (отсутствует достаточная информация о свойствах методов и средств измерений), могут проводиться экспериментальные исследования для получения требуемых данных. Для этого нужно осуществить (изготовить) макет реализации МВИ, соответствующий первому проекту МВИ, или, если отсутствует информация о свойствах средств измерений, отобрать для исследований экземпляры средств измерений.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Определение характеристик погрешности прямых измерений.

       4.1. При расчете характеристик погрешности прямых измерений рекомендуется эту погрешность разделить на три группы составляющих: методическая, инструментальная, личная.

      4.2. На основе исходных данных; анализа схемы соединений в МВИ средств измерений с объектом измерений, между собой и с другими техническими средствами, используемыми в МВИ; с учетом факторов МВИ, указанных в пп. 1.3.1 - 1.3.3, выявляют и определяют характеристики следующих возможных основных методических погрешностей прямых измерений.

       4.2.1. Погрешность, обусловленная различием между принятой моделью объекта измерений и той (неизвестной) моделью, которая адекватно отражала бы свойства объекта измерений, изучаемые путем измерений, и (или) различием между параметром (функционалом) модели, принятым за измеряемую величину, и параметром (функционалом), «более адекватно» отражающим изучаемое свойство объекта измерений (п. 1.3.1).

Примеры:

      1. В условиях примера 2 п. 1.3.1 внутренняя поверхность втулки в действительности представляет собой несколько отличающийся от прямого кругового цилиндра усеченный эллиптический конус. Поэтому можно считать, что задаче измерений соответствует принятие в качестве измеряемой величины не диаметра d внутренней окружности в любом поперечном сечении втулки (как принято в примере 2 п. 1.3.1), а, например, функционала вида

_{> >}, (7)

 

 

где n = 2 - количество поперечных сечений втулки, в каждом из которых проводятся т измерений диаметров d (а_i.) эллипса, имеющих угловую координату a_ij = 360/2т (i-1); i=1,...m.

       Принятие в качестве измеряемой величины диаметра d окружности в любом поперечном сечении втулки приводит к методической погрешности, равной

Δ₁ = d-D*. (8)

       2. В условиях примера 2 п. 1.3.1 втулка в действительности представляет собой искаженный усеченный эллиптический конус: образующие внутренней поверхности втулки представляют собой не прямые, а кривые, например, параболы малой кривизны. Поэтому можно считать, что задаче измерений соответствует принятие в качестве измеряемой величины, например, функционала вида

_{> >}. (9)

Принятие  в качестве измеряемой величины диаметра d внутренней окружности в любом поперечном сечении втулки приводит в данном случае к методической погрешности измерений, равной

Δ₂ = d-D**. (10)

      Характеристики методических погрешностей (8) и (10) могут быть рассчитаны на основе исходной информации о возможных отклонениях формы внутренней поверхности втулки от прямого кругового цилиндра. В случае необходимости эти погрешности можно уменьшить, если вместо прямого измерения диаметра внутренней окружности применить косвенное измерение, приняв в качестве измеряемой ветчины функционал (7) или (9). Это привело бы к усложнению МВИ - к усложнению алгоритма определения результата измерений, но позволило бы уменьшить методическую погрешность измерений.

    Примечание. Способы определения методической погрешности измерений, обусловленной неадекватностью принятой модели объекта измерений, относятся к наименее развитым областям метрологии. Это объясняется практическим отсутствием формальных методов установления таких моделей объектов измерений, которые строго адекватны объектам и задачам измерений, поэтому определение данной методической погрешности измерений требует не только высокой квалификации, но также опыта и инженерной интуиции разработчиков МВИ.

      4.2.2. Погрешность, обусловленная возможными отклонениями от номинальных значений параметров функции зависимости информативного параметра вторичного процесса от измеряемой величины (при использовании в МВИ вторичного процесса) (п. 1.3.2).

      Пример. Функция зависимости информативного параметра у вторичного процесса от измеряемой величины х у = f(λ,х) имеет неинформативный параметр λ. Его изменение Δλ относительно номинального значения λ₀, вызывает изменение информативного параметра у вторичного процесса (т.е. соответствующую методическую погрешность измерений), равное Δy=df/dλΔλ. Здесь принято во внимание, что изменения Δλ достаточно малы, так что в выражении для Δу членами, содержащими (Δλ)^k при к> 1 можно пренебречь.

4.2.3. Погрешность передачи величин, подвергаемых прямым измерениям, от объекта измерений средствам измерений (п. 1.3.3).

     Примечание. В эту погрешность не входит составляющая погрешности измерений, обусловленная взаимодействием средств измерений с объектом измерений (см. «средств измерений" ">Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84»), зависящая от свойств средств измерений и, следовательно, по определению, относящаяся к инструментальным погрешностям измерений.

      Пример. В условиях примера 2 п. 1.3.1 для измерений внутреннего диаметра втулки следует установить чувствительный элемент средства измерений (например, ножки нутромера) в плоскости, строго перпендикулярной оси втулки. В действительности, практически всегда чувствительный элемент средства измерений устанавливается в плоскости, составляющей с осью втулки угол, близкий, но не равный точно 90°. Вследствие этого размер измеряемой величины, воспринимаемый средством измерений, отличается от размера диаметра d втулки на величину (на соответствующую методическую погрешность измерения), равную Δd»dα/2, где α - малый угол между плоскостью, перпендикулярной оси втулки, и плоскостью, в которой расположен чувствительный элемент средства измерений.

      4.3. В соответствии с «ГОСТ 8.009-84» к инструментальным погрешностям прямых измерений отнесены погрешности, зависящие от свойств средств измерений: погрешности средств измерений; составляющие погрешности измерений, обусловленные взаимодействием средств измерений с объектом измерений; составляющая погрешности измерений обусловленная конечной пространственной разрешающей способностью средств измерений.

     4.3.1. Погрешность средств измерений, как правило, разделяют на следующие составляющие: основную погрешность; дополнительные погрешности; динамическую погрешность. Соответственно, в нормативно-технических документах в качестве метрологических характеристик средств измерений нормируют: характеристики основной погрешности средств измерений; характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам; динамические характеристики средств измерений (ГОСТ 8.009-84).

На данном этапе разработки МВИ характеристики дополнительных и динамической погрешностей средств измерений определяют путем расчета по нормированным метрологическим характеристикам средств измерений выбранных типов и по исходным данным (п. 1.1). Общий подход к расчету характеристик погрешностей средств измерений в реальных условиях их применения изложен в «ГОСТ 8.009-84»; методы расчета - в РД 50-453-84.

    4.3.2. Характеристики составляющей погрешности прямых измерений, обусловленной взаимодействием средства измерений с объектом измерений, определяют путем расчета по соответствующей нормированной метрологической характеристике средств измерений данного типа (ГОСТ 8.009-84) и характеристике выходной цепи объекта измерений.

Для случая линейных выходной цепи объекта измерений  и входной цепи средства измерений, потребляющего энергию от объекта измерений, метод расчета данной составляющей погрешности измерений изложен в «средств измерений" ">Методическом материале по применению ГОСТ 8.009-84».

     4.3.3. При прямых измерениях величин, являющихся функцией пространственных координат, характеристики составляющей погрешности измерений, обусловленной конечной пространственной разрешающей способностью средств измерений, определяют путем расчета по характеристике разрешающей способности, нормированной для средств измерений выбранного типа, и по ориентировочному виду измеряемой функции пространственных координат, который (при необходимости учета данной составляющей погрешности измерений) должен быть приведен в составе исходных данных для выбора методов и средств измерений.