Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Методы повышения точности измерительных устройств



Внешние факторы, влияющие на погрешность измерений, можно разделить на виды:

1. климатические (температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, атмосферное давление);

2. электрические и магнитные (колебания силы электрического тока, напряжения в электрической цепи, частоты переменного электрического тока; постоянные и переменные магнитные поля и т.д.);

3. внешние нагрузки (вибрации, ударные нагрузки, внешние касания деталей приборов);

4. ионизирующие излучения, газовый состав атмосферы и т.д.

С целью уменьшения погрешности измерений к условиям их проведения предъявляют жесткие требования. Для конкретных областей измерений, например, устанавливают единые условия, называемые нормальными.

В качестве мероприятия, предупреждающего появление температурной погрешности, широко применяют термостатирование, то есть обеспечение определенной температуры окружающей среды с допускаемыми колебаниями

В зависимости от требований, предъявляемых к температурному режиму, применяют различные способы термостатирования.

В настоящее время термостатирование во многих случаях заменяют кондиционированием воздуха. При кондиционировании обеспечивается поддержание на требуемом уровне не только температуры, но других параметров окружающего воздуха и, в первую очередь, влажности.

Влияние такого фактора, как изменение атмосферного давления, устранить непросто. В тех случаях, когда соблюдение определенных требований является обязательным, применяют барокамеры с регулируемым давлением. Обычно в этих камерах можно одновременно регулировать влажность и температуру.

Так как напряженность магнитного поля Земли невелика, то опасность заметного его воздействия возникает только для средств измерения, отличающихся повышенной чувствительностью. Средством защиты от влияния магнитного поля Земли и от магнитных полей, образованных постоянными и переменными токами, является экранирование. Экранирование средств измерения предусматривается, как правило, при их конструировании.

Влияния возмущающих вибраций и сотрясений устраняют амортизацией прибора, его чувствительных блоков и деталей. Для амортизации колебаний в зависимости от их частоты и чувствительности прибора к этим возмущениям используют различного рода поглотители - губчатую резину, эластичные подвесы; обеспечивают развязку по фундаменту еще на стадии строительства лабораторных корпусов, используют стабилизирующие платформы и т.п.

Кроме рассмотренных выше источников погрешностей, есть еще один влияющий фактор, который необходимо учитывать и устранять еще до начала измерений. Таким фактором может служить техническая или метрологическая неисправность самого средства измерений. В этом случае погрешность может быть уменьшена путем ремонта, регулировки, настройки прибора и его последующей поверки или калибровки. Отсюда вытекает очень важное правило - проводить измерения можно только средствами измерения, прошедшими поверку или калибровку. Мероприятие, которое способствует выявлению, исключению или снижению метрологических отказов в средствах измерения, называется внедрение способов контроля работоспособного состояния средств измерения в процессе их эксплуатации.

Рис. 7, Инструментальная погрешность

Система контроля метрологической пригодности средств измерения в процессе их эксплуатации и рекомендуемые способы обнаружения метрологической непригодности средств измерения более подробно изложены в МИ 2233-2000 «ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Основные положения».

В ряде случаев добиться уменьшения систематических погрешностей можно, выбрав более совершенное (точное) средство измерение. Такой метод повышения точности измерений носит название замена менее точного средства измерения на более точное (приобретение или разработка специальных средств измерений).Он эффективен при доминирующих инструментальных составляющих погрешности измерений. Для достоверной оценки реального выигрыша в точности измерений характеристики погрешности того средства измерения, которое предполагается заменить, и того, которое предполагается использовать, должны быть выражены в сопоставимой форме. Такой формой может служить, например, класс точности средства измерения.

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

Если же доминируют дополнительные погрешности средства измерения, которые вызваны существенными отклонениями действительных значений внешних влияющих величин от их значений, принятых соответствующими нормативными документами в качестве нормальных, то применяют другой способ повышения точности измерений. Он называется ограничение условий применениясредств измерения. Существенное ограничение условий эксплуатации средств измерения и связанное с этим уменьшение различных дополнительных погрешностей характерно для помещений, так называемых центральных пунктов управления (ЦПУ). В таких помещениях специальные кондиционеры поддерживают в узких интервалах температуру и влажность воздуха, а специальные электромагнитные экраны защищают от воздействия электромагнитных полей.

Индивидуальная градуировка средств измерения- способ повышения точности измерений, который эффективен при доминирующих систематических составляющих погрешности средств измерения. Индивидуальную градуировку шкал осуществляют в тех случаях, когда статическая характеристика прибора нелинейна или близка к линейной, но характер изменения систематической погрешности в диапазоне измерения случайным образом меняется от прибора к прибору данного типа (например, вследствие разброса нелинейности характеристик чувствительного элемента) так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее допускаемых значений.

Градуировка средств измерения представляет собой процесс нанесения отметок на шкалы средств измерения, а также определение значений измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным отметкам для составления градуировочных кривых или таблиц.

Мы рассмотрели способы повышения точности измерений и мероприятия, с помощью которых исключают систематические погрешности непосредственно перед началом измерений, а теперь рассмотрим способы исключения систематических погрешностей в процессе измерений.

Если при измерениях используются преобразователи электрических и неэлектрических величин, то для автоматической коррекции погрешности ряда таких преобразователей применяют метод обратного преобразования.

Для реализации этого метода используют обратный преобразователь, реальная статическая функция преобразования которого совпадает с функцией, обратной номинальной характеристике преобразования средства измерения. Этот метод эффективен только в том случае, если обратный преобразователь значительно точнее прямого преобразователя.

На вход обратного преобразователя подают реальный выходной сигнал средств измерения. Разность двух сигналов (входной сигнал средства измерений минус выходной сигнал обратного преобразователя) соответствует погрешности средств измерений и может быть использована для выработки корректирующего сигнала.

Метод обратного преобразования позволяет уменьшать в зависимости от используемого алгоритма коррекции аддитивную и мультипликативную погрешности средств измерения.

В различных областях измерений существуют широко применяемые методы повышения точности, которые имеют собственные названия: для исключения постоянных систематических погрешностей - метод сравнения (замещения, противопоставления), компенсации по знаку, метод рандомизации, для переменных и прогрессирующих погрешностей - метод симметричных наблюденийили наблюдений четное число раз через полупериоды и т.д.
Метод сравнения с мерой основан на том, что размер измеряемой физической величины сравнивают с помощью компаратора с размером физической величины, воспроизводимой мерой, а искомое экспериментальное значение физической величины рассчитывают по полученным значениям показаний компаратора и номинальному значению меры. Применение этого метода является одним из наиболее эффективных способов уменьшения составляющей погрешности измерений, вызванной систематической погрешностью средств измерения. Рассмотрим разновидности метода сравнения.

Метод замещения - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

Метод противопоставления заключается в сравнении соизмеримых физических величин (массы, электрического сопротивления, электрической емкости, индуктивности и др.). Об их отличии судят по показанию специального двухканального компаратора, на оба входа которого сравниваемые физические величины действуют одновременно (равноплечевые весы).

Метод компенсации погрешности познаку заключается в следующем. Процесс измерения строится таким образом, что при выполнении двух наблюдений погрешность входит в первый результат с одним знаком, а во второй - с другим. При этом среднее арифметическое полученных результатов характеризуется минимальной погрешностью.

Пример. Для исключения погрешности измерения, обусловленной влиянием земного магнитного поля на показания прибора, проводят два измерения. Первое - с результатом Х1 и второе - с результатом Х2, полученным при повороте прибора на 180°. Если в эксперименте магнитное поле Земли увеличивало результат на Δ, т.е. Х1 = ХД+ Δ, где ХД - действительное значение измеряемой величины, то после поворота прибора на 180° результат измерения Х2 = ХД - Δ. Среднее значение результатов

X= (X1+X2)/2=(XД+ Δ +XД- Δ)/2=XД

Также в некоторых случаях выполняются многократные измерения, с последующим усреднением результатов.

Метод рандомизации (от английского random - случайный, беспорядочный; в переводе на русский означает: перемешивание, создание беспорядка, хаоса) - наиболее универсальный способ исключения неизвестных постоянных систематических погрешностей, который основан на принципе перевода систематических погрешностей в случайные. При этом выполняют ряд наблюдений, изменяя условия или процедуру измерений таким образом, что фактор, вызывающий данную известную погрешность, изменяется случайным образом.

Например, одна и та же величина измеряется различными методами или приборами. Систематические погрешности каждого из них для всей совокупности носят случайный характер. При увеличении числа используемых методов или приборов известные систематические погрешности взаимно компенсируются

Кроме того, существуют структурные методы повышения точности измерительных приборов.

Каждое измерительное устройство может быть представлено в виде некоторого количества блоков, входные и выходные координаты которых связаны функциональной зависимостью. Под структурным методом повышения точности следует понимать такое построение блок-схемы прибора, при котором коэффициенты влияния блоков, удельный вес погрешностей которых должен быть уменьшен, по абсолютному значению меньше единицы.

Структурные методы повышения точности состоят из двух основных методов:

· метод уравновешивающего преобразования;

· метод коррекции погрешностей.




Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.