2. Чувствительность средства измерений

Чувствительность прибора - свойство измерительного прибора, выражаемое отношением линейного l или углового  перемещения указателя по шкале прибора к вызвавшему его изменению х измеряемой величины х, т.е

Чувствительность преобразователя - это отношение сигналов на входе и выходе преобразователя.

Пример. чувствительность термопары

где E -ЭДС, Т- температура.

Пример - чувствительность преобразователя Холла

где E -ЭДС, B - индукция магнитного поля.

Наряду с чувствительностью S при многих видах измерений важное значение имеет порог чувствительности, т.е. минимальное изменение измеряемой величины, которое может быть измерено данным прибором.

3. Градуировка средств измерения

Градуировка СИ - метрологическая операция установления зависимости между значениями величин на входе и выходе средства измерения, в частности придания делениям шкалы измерительного прибора значений, соответствующих измеряемой величине в принятых единицах и с требуемой точностью. Часто в качестве синонима используется термин калибровка.

При градуировании показания прибора сравнивают с показанием другого, более точного, эталонного или образцового прибора или с результатом измерения, проведенного каким - либо другим, достаточно точным методом. Результаты градуирования принять представлять в виде градуировочного графика. Градуировочный график - зависимость действительного значения измеряемой величины от отсчета по шкале прибора.

Тема 4 разновидности погрешностей

1. Абсолютная и относительная погрешности

Абсолютная погрешность измерения физической величины определяется разностью

,

где x - измеренное значение физической величины, X - ее истинное значение, как правило, неизвестное. Абсолютная погрешность выражается в тех же единицах измерения, что и сама измеряемая величина.

Абсолютной погрешностью средств измерения называют разность между измеренным значением величины x и ее действительным значением x₀..

Абсолютная погрешность не может, однако, сама по себе служить показателем точности измерений, так как одно и то же ее значение, например _x =0,05 мм при x=100 мм, соответствует достаточно высокой точности, а при x=1 мм - низкой. Поэтому для характеристики точности результатов измерения вводится понятие относительной погрешности.

Относительная погрешность измерения определяется отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в относительных единицах, или в процентах:

.

2. Инструментальные и методические погрешности

Инструментальные (приборные) - это такие погрешности, которые принадлежат данному средству измерений, могут быть определены при его испытаниях и занесены в его паспорт.

Инструментальные погрешности могут возникать вследствие несовершенства или неправильной технологии изготовления приборов. Например, все измерительные приборы имеют шкалу, и им в большей или меньшей степени присуща погрешность, возникающая в результате неточности нанесения отметок шкалы, или погрешность градуировки. Равноплечие весов не может быть идеальным, и устранить неравенство плеч полностью невозможно. Одним из характерных источников погрешностей, присущих всем приборам, которые имеют подвижные части, является свобода смещения (“люфт”, “холостой ход”) этих частей. Это обусловлено необходимостью уменьшения трения между отдельными частями механизма прибора. Уменьшение свободы смещения влечет за собой увеличение трения, которое может оказаться источником значительных погрешностей.

Методические - это погрешности, которые связаны с выбором метода измерений.

Как правило причиной возникновения методической погрешности является то, что экспериментатор измеряет или вынужден измерять не ту величину, которая в принципе должна быть измерена, а некоторую другую, близкую, но не равную ей, но и которую проще измерить.

Экспериментатор должен четко различать фактически измеряемую им величину от подлежащей измерению и уметь оценивать методические погрешности.

Этот прием замены того, что действительно подлежит измерению, тем, что несколько отличается от нужного, но проще осуществляется, очень широко используется и при разработке средств измерения, и в практике организации измерений. Наглядный пример - выбор метода построения прибора для измерения запаса горючего в баке автомобиля. Ясно, что суммарная энергия, запасенная в топливе, определяется его массой (а не объемом) и для ее измерения нужны весы. Но совмещение топливного бака с весовым механизмом резко усложняет конструкцию. Поэтому разработчик заменяет весы простым поплавковым уровнемером, хотя уровень топлива зависит и от наклона бака, и от температуры и лишь весьма приближенно отражает массу топлива.

Пусть, например, измерению подлежит температура раскаленных болванок, поступающих из печи на прокатный стан. Спрашивается, где разместить датчик температуры (например, термопару): под болванкой, сбоку или над болванкой? Где бы его ни поместили, мы не измерим внутренней температуры тела болванки, т. е. будем иметь существенную методическую погрешность, так как измеряем не то, что нужно, а то, что проще.

Гири и взвешиваемое тело обладают тем или иным объемом в зависимости от материала, из которого они изготовлены. Сила, с которой гиря давит на чашку весов, меньше ее истинного веса на вес вытесненного воздуха (закон Архимеда).

Методических погрешности могут быть определены только путем создания математической модели измеряемого объекта.

Действительно, определить температуру в центре болванки по измерению температуры вблизи ее поверхности можно лишь располагая математической моделью теплового поля болванки.