Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Погрешности измерений, погрешности средств измерений.





Погрешности измерений- это отклонения результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Как бы тщательно не проводилось измерение, какие бы точные средства измерений не применяли, какими бы методами и приемами измерений не пользовались, никогда нельзя узнать истинного (действительного) значения измеряемой величины, можно только лишь уменьшить значение погрешности измерений. Погрешность измерений представляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину, обусловленную свойствами измеряемого объекта и средства измерений, внешними воздействиями на измеряемый объект и средства измерений, квалификацией и состоянием оператора и т.п.

В зависимости от формы выражения различают абсолютную и относительную погрешности измерений. Абсолютной называют погрешность измерений, вычисленную в тех же единицах, что и измеряемая величина. Относительная погрешность представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины и выражается в процентах или долях измеряемой величины. В зависимости от условий и режимов измерения различают статическую и динамическую погрешности. Статической называют погрешность, не зависящую от скорости изменения измеряемой величины во времени. Динамической называют погрешность, зависящую от скорости изменения измеряемой величины во времени.

В зависимости от характера проявления, возможностей устранения и причин возникновения различают систематическую и случайную погрешности. Систематической называют составляющую погрешности измерений, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Случайной называют составляющую погрешности измерений, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.



Определены следующие группы характеристик погрешностей измерений:

Ø задаваемые в качестве требуемых или допускаемых- нормы характеристик погрешностей измерений или, кратко, нормы погрешностей измерений;

Ø приписываемые совокупности измерений, выполняемых по определенной (стандартизованной или аттестованной) методике,- приписанные характеристики погрешности измерений;

Ø отражающие близость отдельного, экспериментально уже полученного результата измерения к истинному значению измеряемой величины- статистические оценки характеристик погрешностей измерений или, кратко, статистические оценки погрешностей измерений.

При массовых технических измерениях применяются в основном нормы погрешностей измерений, а также приписанные характеристики погрешности измерений. Они представляют собой вероятностные характеристики (характеристики генеральной совокупности) случайной величины- погрешности измерений.

При измерениях, выполняемых при проведении научных исследований и метрологических работ, часто применяются статистические оценки погрешности измерений. Они представляют собой статистические (выборочные) характеристики случайной величины- погрешности измерений.

В качестве вероятностных и статистических характеристик погрешности измерений используются: среднеквадратическое отклонение погрешности измерений или границы, в пределах которых погрешность измерений находится с заданной вероятностью, или характеристики случайной и систематической составляющих погрешности измерений.

Математическое ожидание погрешности измерений представляет собой систематическую погрешность, и если ее значение известно и постоянно, то на нее в результат измерений вводится поправка. В других случаях используются характеристики неисключенной систематической погрешности.

В качестве характеристик случайной составляющей погрешности используются: среднеквадратическое отклонение случайной составляющей погрешности измерений (предел допускаемых значений, наибольшее возможное значение или оценка в зависимости от характеристик погрешности измерений) и (при необходимости) нормализованная автокорреляционная функция случайной составляющей погрешности измерений или характеристики этой функции.

В качестве характеристик систематической составляющей погрешности измерений используются:

Ø среднеквадратическое отклонение неисключенной систематической составляющей погрешности измерений;

Ø границы, в которых неисключенная систематическая составляющая погрешности измерений находится с заданной вероятностью (в частности, с вероятностью, равной единице).

При необходимости среднеквадратические отклонения составляющих погрешности измерений сопровождаются указанием принятой аппроксимации закона распределения вероятностей погрешности или его качественным описанием (например, симметричный, одномодальный и т. п.).

Погрешности средств измерений.

Погрешности измерений определяются главным образом погрешностями средств измерений, но они не тождественны им. По происхождению различают инструментальные и методические погрешности. Инструментальные погрешности обусловлены прежде всего особенностями используемых в средствах измерений принципов и методов измерений, а также схемным, конструктивным и технологическим несовершенством средств измерений. К инструментальным погрешностям относится погрешность средств измерений в рабочих условиях, включающая в себя основную, дополнительные (из-за влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала) и динамическую погрешности. Инструментальные погрешности данного средства измерений определяются при его испытании и указываются в технической документации (паспорте, формуляре, свидетельстве о поверке и др.). Методические погрешности обусловлены неадекватностью принимаемых моделей реальным объектам, несовершенством методов измерений, неопределенностью объекта измерения, упрощением зависимостей, положенных в основу измерений, а также взаимным влиянием средства измерений, объекта исследования и экспериментатора.

В общем виде погрешность средства измерений- это отклонение его реальной функции преобразования от номинальной. Если реальная характеристика смещена относительно номинальной на одну и ту же величину при всех значениях преобразуемой величины, то такая погрешность называется аддитивной, или погрешностью нуля. В случае, если она является систематической, то может быть скорректирована смещением шкалы или нулевого положения указателя. Если же отклонения реальной характеристики от номинальной пропорциональны текущему значению преобразуемой величины, то такая погрешность называется мультипликативной, или погрешностью чувствительности. Разделение погрешностей на мультипликативные и аддитивные весьма существенно при решении вопроса о нормировании погрешностей средства измерений, о выборе метода оптимальной обработки получаемой информации о значении измеряемой величины. Если средству измерений присуща только аддитивная погрешность или она существенно превышает другие составляющие, то погрешности средств измерений целесообразно нормировать абсолютной погрешностью. Мультипликативная погрешность увеличивается с увеличением измеряемой величины, поэтому ее относительное значение остается постоянным во всем диапазоне. Погрешность средства измерений с превалирующей мультипликативной погрешностью целесообразно нормировать в виде относительной погрешности.

Приведенная погрешность измерений- относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность средства измерений отнесена к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Условно принятое значение величины называют нормирующим значением. Часто за нормирующее значение принимают верхний предел измерений. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах.

Основная погрешность средства измерений- погрешность средства измерений, определяемая в нормальных условиях его применения.

Дополнительная погрешность средства измерений- составляющая погрешности средства измерений, дополнительно возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

Динамическая погрешность средства измерения,- погрешность средства измерения, возникающая дополнительно при измерении переменной физической величины и обусловленная несоответствием его реакции на скорость (частоту) изменения входного сигнала.

Буйковые волнографы.

При использовании волнографов подобного типа датчики характеристик поверхностного волнения располагают или на буе, плавающем на поверхности, или подвешивают к нему.

Буи с подвешенным датчиком волнения используются в основном при расположении датчика гидростатического давления на глубине более половины длины волны.

Волнограф ГМ-16 предназначен для записи профиля волны на ленте самописца и определения высоты и периода волн с судна, лежащего в дрейфе или стоящего на якоре. Датчик волнографа на четырехжильном кабеле типа РШМ подвешивается к свободно плавающему на водной поверхности пенопластовому буйку и тем же кабелем длиной 450 м через блок управления и контроля связан с аналоговым регистратором, находящимся на борту судна.

Основной частью датчика является приемник давления, представляющий собой латунный цилиндр, одной из боковых плоских стенок которого служит гофрированная мембрана. Внутри его закреплена текстолитовая пластина с наклеенными на нее четырьмя проволочными тензометрами, изготовленными из константана диаметром 0,03 мм и соединенными между собой по схеме равновесного моста постоянного тока. Пластина стойкой и винтом жестко связана с центром мембраны. Колебания мембраны, вызванные изменением гидростатического давления, через стойку передаются текстолитовой пластине с тензометрами, что изменяет их сопротивление и разбаланс моста. Напряжение питания (сухие батареи, находящиеся в блоке управления и контроля) по кабелю через штепсельный разъем подается на одну из диагоналей моста, а сигнал разбаланса моста, пропорциональный изменению гидростатического давления, снимается с другой диагонали моста и по кабелю подается на регистратор. В нижней части датчика помещен штуцер, на котором смонтирован узел компенсатора, состоящий из двух полусфер (оргстекло) и сферического баллона, изготовленного из тонкой эластичной резины. При погружении датчика воздух из баллона компенсатора через штуцер поступает внутрь приемника давления, уравновешивая наружное давление на мембрану. Недостатком ГМ-16 является то, что при производстве записи волнения судно и буек с датчиком дрейфуют с разными скоростями, что вызывает необходимость регулярного вытравливания кабеля. Вес вытравленного кабеля, а иногда и нехватка запаса кабеля приводят к тому, что буёк не повторяет свободно волновой профиль, а как бы срезает гребни волн.

Радиоизмеритель волн ГМ-32 и «Метеобуй», принцип действия которых одинаков. В этих устройствах на буе с большим запасом плавучести размещены радиопередатчик с антенной, преобразователем и блоком питания. Датчик гидростатического давления (аналогичный датчику ГМ-16) тензометрического типа с помощью гибкого кабеля подвешивается под буем на определенной, заранее заданной, глубине. Получаемая информация по радиоканалу передается или на береговую базу, или на борт судна, где она преобразуется в вид, удобный для дальнейшей обработки и регистрации.

При использовании волнрграфов типа буев с подвешенным датчиком волнения возникает дополнительная погрешность. Подобная методика измерений предполагает, что система буй — кабель — датчик колеблется под воздействием волн в строго вертикальном положении. На самом же деле из-за воздействия орбитального движения частиц на волне и особенно в результате ударов разрушающихся гребней волн буй совершает также колебания в горизонтальной плоскости (до 15 м). Вследствие гибкости кабеля и довольно большого динамического сопротивления его и датчика горизонтальному перемещению в воде система буй—кабель—датчик не будет сохранять вертикальность, и в измерениях высот волн появляется погрешность, которую иногда называют орбитальной. Эта погрешность может достигать 5—10 % и является случайной в силу случайного характера воздействия волн на буйковые системы.

Волнографы, регистрирующие ускорение волнового движения, включают в себя буй с установленными на нем стабилизированными по вертикали датчиками вертикального ускорения (с пределами измерения +2q) — акселерометрами. Сигнал с акселерометра после двойного интегрирования по времени позволяет судить о высоте поверхностных волн. Акселерометры устанавливаются на буе, так как предполагается, что движения буя в точности следуют волновым движениям.

Волномерный буй «Вейврайдер» имеет полый стальной сферический корпус диаметром 70 см и массой 90 кг. Внутри буя в специальной полости, заполненной демпфирующей жидкостью, установлен высокочувствительный акселерометр на демпфированном маятнике для стабилизации его вертикального положения. Период собственных колебаний маятника составляет 40 с. В буе размещены также схема преобразования сигнала датчика, блок питания и УКВ-радиопередатчик, обеспечивающий устойчивый прием информации в радиусе до 50 км. Антенна передатчика — 11-метровый штырь — расположена в верхней части буя, в пружинящей опоре. К бую подвешивается баласт, кроме того, волнограф имеет якорную систему. Исключается возможность измерения волн с периодами меньше 3—4 с. Автоматическая обработка результатов измерений.

Волнограф «Вейвтрек» состоит из сферической формы поверхностного буя, выполненного из литого алюминия и соединенного с помощью жесткой штанги с герметичным контейнером в подводной части. В контейнере на гибкой связи подвепнда акселерометр. Собственная частота отклонений акселерометрического датчика от вертикали за высокочастотной границей диапазона частот измеряемых волн составляет около 3 Гц.

Волнограф «Вейвкрейстбуй» выполнен из двух буев сферической формы. В одном из них, измерительном, размещены акселерометрический датчик с системой низкочастотной маятниковой подвески в демпфирующей жидкости, измерительная схема, блок питания, УКВ-радиопередатчик с антенной и верхней части корпуса.

Второй буй, несущий, предназначен для крепления якорной системы. Оба буя связаны между собой штангой,узел крепления которой к бую обеспечиваетвозможность их относительного поворота.

Автономный волноизмерителъный буй, разработанный в ГОИНе, состоит из двух буев — измерительного и несущего.

Измерительный буй выполнен в виде сферы диаметром 315 мм. Внутренняя полость его заполнена демпфирующей жидкостью — трансформаторным маслом, — в которой находится акселерометрический датчик на кардановом подвесе. Буй для вертикальной стабилизации снабжен противовесом, а для положительной плавучести — внешним пенопластовым кольцом.

Несущий буй представляет собой герметичный контейнер цилиндрической формы с коническими крышками высотой 850 мм и диаметром 580 мм. Внутри буя размещены: блок обработки сигнала датчика, устройство управления, компас, аккумуляторы, устройство преобразования энергии воды в электрическую энергию, УКВ-радиостанция со штыревой антенной в верхней части контейнера, на верхушке которой закреплен сигнальный огонь. Нижняя коническая крышка несущего буя через вертлюг и капроновый фал соединена с якорем.

Акселерометрический датчик позволяет измерять вертикальные ускорения в диапазоне ±1,5q при изменении его выходного напряжения на ±3В. Он представляет собой механическую маятниковую систему с преобразователем углового перемещения маятника в электрический сигнал.

Волноизмерительный буй предназначен для измерения параметров волн на глубинах до 150 м. Диапазон измерения волнографа по высоте волн h составляет 0,25—20 м с погрешностью ±(0,1—0.05 h) м, а периода волн 1,0—20 с с погрешностью ±0,5 с. Передача информации осуществляется на расстоянии до 15 км.

В настоящее время используется буй с установленным на нем микробарографом (США), позволяющим регистрировать волновое возвышение.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.