Параметры измерительной системы, влияющие на точность измерений

Точность работы датчиков следует оценивать в связи с условиями применения и влиянием самого датчика на измеряемую величину.

Для датчиков температуры желательно, чтобы его теплоемкость и тепловая проводимость с окружающей средой были меньше, чем соответствующие величины исследуемой среды.

Для датчиков давления точность тем больше, чем меньше его собственный (мертвый) объем и объем деформации под действием измеряемой величины.

Для ряда датчиков точность измерения и чувствительность являются противоречивыми требованиями. Так для датчиков давления чувственность бывает тем больше, чем больше его деформация, но это снижает точность (деформация должна быть минимальной).

Влияние датчиков на измеряемую величину можно свести к нулю, если использовать бесконтактные методы измерения. При этом связью между датчиком и носителем измеряемого параметра является излучение (оптическое, акустическое, электромагнитное).

Здесь мы видим одно из основных преимуществ оптических датчиков при измерении температуры (оптическая пирометрия), линейной скорости (эффект Доплера), толщины среды (по поглощению излучения), деформации (на основе интерференции волнового излучения).

Погрешности измерений

Разность между измеренным и истинным значениями величины называется погрешностью измерения. Она возникает из-за несовершенства измерительной цепи, метода измерения, несовершенства принятых моделей процессов и несоответствия их фактическим проявлениям. Истинное значение параметров нам неизвестно. Различают систематические и случайные погрешности измерений.

Систематические погрешности, как правило, постоянны и, следовательно, вносят постоянное расхождение между истинным и измеренным значениями параметра. Наличие систематической погрешности можно установить при проведении 2^х серий измерений одной и той же величины, при использовании различных методик и аппаратуры. Различают:

1) погрешности значения опорной величины: смещение нуля в приборе, опорной температуры термопары (грязный лед), U_питан. Эти погрешности могут быть легко устранены.

2) погрешности, связанные с неточным определением характеристик датчика. Сюда относят погрешности из-за неточной градуировочной кривой, чувствительности датчиков. Причина в старении материала датчика, химическом воздействии, механическая усталость и т.д. Датчики необходимо периодически переградуировать.

3) погрешности, связанные со способом или условиями применения (термозонд в спокойной и движущейся жидкости, высокая теплоемкость материала зонда). Это погрешности “чистоты” опыта.

4) погрешности из-за использования плохо обработанных данных измерений.

- не учитывается отклонение от линейности датчиков или электрической схемы формирования сигнала;

- не учитывается, например, самонагрев термометра сопротивления измерительным током;

- не учитывается разность температур датчика и исследуемой среды из-за теплопроводности корпуса датчика и проводов.

Случайные погрешности. Имеют случайные амплитуды и знак. Их возможные причины:

- собственные параметры измерительной аппаратуры;

- величина порога чувствительности (параметр изменяется – сигнала еще нет). Порог чувствительности - это максимальное изменение параметра, не вызывающее появления выходного сигнала датчика;

- погрешность считывания, характерна для стрелочных приборов, зависит от квалификации оператора, толщины стрелки, угла зрения.

Совокупность погрешности порога чувствительности e_n и погрешности считывания E_c определяют погрешность разрешения:

- это минимальное изменение параметра, измеряемое данной аппаратурой.

- погрешность гистерезиса. Если какой-либо элемент измерительной системы имеют механический гистерезис пружины, магнитный гистерезис (ферромагнитный материал), то выходной сигнал зависит от предшествующего измерения. Эту погрешность определяют как ½ максимальной разности выходных сигналов при измерении одной и той же величины.

- погрешность квантования аналого-цифрового преобразователя (совокупности аналоговых величин приписывается единственное значение в младшем разряде). Величина её ½ интервала квантования.

Погрешности из-за появления в измерительной цепи паразитных сигналов случайного характера.

- шумы, возникающие в результате теплового возбуждения носителей заряда приводит к флуктуациям напряжения на зажимах, накладываются на полезный сигнал;

- наводки от электронно-магнитных полей;

- флуктуации напряжения питающих устройств (изменяют амплитуду сигнала);

- временной дрейф напряжения на выходе усилителя.

Погрешности, вызванные влиянием среды (они могут быть систематическими):

- изменение температуры при измерении в течение нескольких дней или на сквозняке;

- магнитное поле Земли изменяется в течение суток;

- солнечная активность изменяется во времени.

Пути уменьшения случайных погрешностей:

1) защита измерительного канала (термостатирование, контроль влажности, стабилизация U_пит., заземление установок, применение фильтров и т.д.);

2) рационализация измерительной процедуры (селекция сигнала и извлечение его из шумов, устранение паразитных сетевых наводок, использование методов дифференциальных измерений).

Поиск по сайту: