20. Метрологические свойства и характеристики средств измерений. Точность, сходимость, воспроизводимость измерений. Метрологические характеристики средств измерений

Все средства измерений, независимо от их исполнения, имеют ряд общих свойств, необходимых для выполнения ими функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками средств измерений.

В зависимости от специфики и назначения средств измерений нормируются различные набор или комплексы метрологических характеристик. Однако эти комплексы должны быть достаточны для учета свойств средств измерений при оценке погрешностей измерений.

Метрологические характеристики, входящие в установленный комплекс, выбирают такими, чтобы обеспечить возможность их контроля при приемлемых затратах. В эксплуатационной документации на средства измерений указывают рекомендуемые методы расчета инструментальной составляющей погрешности измерений при использовании средств измерения данного типа в реальных условиях применения.

По ГОСТу 8.009 – 84 “ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений” предусмотрена следующая номенклатура метрологических характеристик:

1). Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

функция преобразования измерительного преобразователя - f(x);

значение однозначной или многозначной меры – у;

цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

вид входного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.

2). Характеристики погрешностей средств измерений включают: значение погрешности, ее систематические и случайные составляющие, погрешности случайной составляющей _слН от гистерезиса – вариация Н выходного сигнала (показания).

Для систематической составляющей _сист погрешности средств измерений выбирают характеристики из числа следующих:

значение систематической систематической составляющей _сист;

значение систематической составляющей _сист, математическое ожидание М[_сист] и среднее квадратическое отклонение [_сист] систематической составляющей погрешности.

Для случайной составляющей _сл погрешности выбирают характеристики из числа следующих:

среднее квадратическое отклонение [_сл] случайной составляющей погрешности;

среднее квадратическое отклонение [_сл] случайной составляющей погрешности и нормализованная автокорреляционная функция r_сл() или функция спектральной плотности S_сл() случайной составляющей погрешности.

В нормативно-технической документации на средства измерений конкретных видов или типов допускается нормировать функции или плотности распределения вероятностей систематической и случайной составляющих погрешности.

3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам выбираются из числа следующих:

функция влияния ();

изменения () значений метрологических характеристик средства измерения, вызванные изменением влияющих величин  в установленных пределах.

4. Динамические характеристики отражают инерционные свойства средства измерений при воздействии на него меняющихся во времени величин - параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.

По степени полноты описания инерционных свойств средств измерений динамические характеристики делятся на полные и частные.

К полным динамическим характеристикам относятся:

дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений;

передаточная функция;

переходная характеристика;

импульсная переходная характеристика;

амплитудно-фазовая характеристика;

амплитудно-частотная характеристика для минимально-фазовых средств измерения;

совокупность амплитудно-фазовых и фозово-частотных характеристик.

Частичными динамическими характеристиками могут быть отдельные параметры полных динамических характеристик или характеристики, не отражающие полностью динамических свойств средств измерений, но необходимые для выполнения измерений с требуемой точностью (например, время реакции, коэффициент демпфирования, значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте, значение резонансной собственной круговой частоты). Комплекс их оговаривается в соответствующих стандартах.

Нормы на отдельные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации (паспорте, техническом описании, инструкции по эксплуатации и т. д.) в виде номинальных значений, коэффициентов функций, заданных формулами, таблицами или графиками пределов допускаемых отклонений от номинальных значений функций.

В ГОСТе 8.009 – 84 приведены способы нормирования рассмотренных выше метрологических характеристик.

Критерии качества измерений

Точность – качество измерений, отражающее е близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Точность оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности.

Достоверность – характеризует степень доверия к результатам измерения.

Правильность – качество измерений, отражающее близость к нулю систематической погрешности в результате измерений.

Сходимость – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений одного и того же параметра, выполненных одним и тем же средством измерения одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость – качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях.