Методы повышения точности измерений

Методы повышения точности измерений План 1. Анализ погрешностей средств измерения 2. Метод стабилизации параметров статических характеристик 3. Метод структурной избыточности 4. Метод уменьшения случайной составляющей погрешности 5. Метод уменьшения систематической составляющей погрешности 6. Метод уменьшения случайной и систематической составляющих погрешностей 7. Структурные методы уменьшения мультипликативных и аддитивных погрешностей 1. Анализ погрешностей средств измерения В производственных условиях первичные измерительные преобразователи (датчики), системы дистанционных передач, измерительные приборы, регуляторы и другие средства эксплуатируются в сложных условиях, которые изменяются во времени. Это обусловлено тем, что контролируемый производственный процесс, как и сам технологический процесс, меняется в широких пределах.
время одобрения кредита в Ростове-на-Дону

Изменение технологических параметров и условий внешней среды (температуры, давления, влажности, вибрации) значительно влияют на точномирни характеристики средств измерительной техники, на их статические и динамические характеристики. Каждый из влиятельных факторов, как правило, может быть измерен отдельно и учтен при получении результатов измерений, однако в производственных условиях эксплуатации все их учесть почти невозможно. Поэтому каждое средство измерения рядом с нормированной чувствительностью к измеряемой величины определенным образом реагирует на различные факторы, которые обусловливают повышение погрешности средств измерения. В условиях эксплуатации статические погрешности средств измерительной техники определяются по отклонению реальных статических характеристик у (х) от номинальных (или идеализированных) функций преобразования в 0 (х), полученные в нормальных условиях их работы, поэтому обеспечение высокой точности измерений связано с минимизацией этого отклонения: Δ у = у (х) — у 0 (х). Рассмотрим в общем виде влияние основных факторов на погрешность измерений Ау. В уравнения любого средства измерительной техники (СИТ), кроме измеряемой величины, входит ряд конструктивных параметров ЗСТ, которые меняют свои характеристики как в процессе эксплуатации, так и при изменении внешней среды. Поэтому в общем виде уравнения исходной величины ЗСТ можно записать так: у = F ( x ; l 1 , 1 2 ... ρ 1 ; ρ 2 ... U ; f ... t ; г; М) (1) где l 1 1 2 — конструктивные размеры деталей; ρ 1 ρ 2 — физические характеристики материалов средства измерений; U f — напряжение и частота источника электрической энергии; t p M — температура, давление, влажность окружающей среды. Значение l , р , U f t p M могут отличаться от номинальных значений в зависимости от технологических факторов, колебаний напряжения или частоты в сети, изменения внешних условий в процессе эксплуатации и тому подобное. Исходя из функциональной зависимости (1) можно рассчитать погрешности средств измерения при изменении каждого параметра указанного уравнения. Определим изменение показаний средства измерения, вызванная изменением лишь одного какого параметра, например l 1 а все остальные остаются постоянными . Значения параметров изменяются обычно весьма ограничено, поэтому прирост функции можно рассматривать как, равной ее дифференциала (2) Отклонение Δ l параметра детали средства измерения от номинального значения называется первичной абсолютной погрешностью выражение Δ l 1 dy / dl 1 — частичной погрешностью. Аналогично можно рассчитать погрешности средства измерения при изменении остальных параметров. Общая погрешность средства измерения определяется суммой погрешностей от изменения всех параметров: (3) Если же известные статические характеристики отдельных звеньев средства измерений, то целесообразнее сначала рассчитать погрешности для отдельных звеньев, а затем на их основе рассчитать общую погрешность средства измерения. В общем виде статическая характеристика произвольной звена имеет вид у = f ( x 1 ; l 1 , 1 2 ... ρ 1 ; ρ 2 ... U ; f ... p ; t ; М) (4) Ошибка произвольной звена Δ y i будет частичной погрешностью измерительного средства Δ y i = dy / dy i . Для нахождения частичной производной ду / ду и состоит уравнения сокращенного измерительной цепи в = f ( y i ), с которого и определяется частичная производная ду / д (в п ). На основе анализа уравнений (1), (4) можно определить два метода уменьшения погрешностей результатов измерений: метод стабилизации параметров статических характеристик и метод структурной избыточности. 2. Метод стабилизации параметров статических характеристик Первый метод сводится к повышению стабильности параметров статических характеристик средств измерений или в сведение к минимуму частных погрешностей Δ yl i ; Δ в ρ i Δ yU ; Δ yf и тому подобное. Эти методы повышения точности результатов измерений называются конструктивными, или технологическими. Стабилизация статических характеристик на основе конструктивных методов заключается в изготовлении средств измерений и их элементов из современных высокотехнологичных материалов, характеристики которых почти не зависят от изменения параметров внешней среды, а также в термостата нии как измеряемой среды, так и средств измерений и стабилизации источников питания, в использовании современных технологий и методов измерений и тому подобное. Отличительной чертой конструктивных методов является включение в средства измерений только тех элементов и измерительных преобразователей, без которых процесс измерения вообще невозможно. Конструктивные методы повышения точности широко использовались в приборостроительной промышленности. их еще называют классическими методами. Однако классические методы почти исчерпали свои возможности, потому что среди современных средств измерений широкого использования приобрели микропроцессорные вычислительные системы, с помощью которых обрабатывается информация, вводятся термокомпенсации, осуществляется линеаризация характеристик и др.