Нормальная Температура Измерений Составляет В Нормировании

Содержание

Нормирование метрологических характеристик средств измерений
Нормальная температура
Что будем делать с полученным материалом:
Нормальная Температура Измерений Составляет В Нормировании
Нормирование метрологических характеристик
Нормируемые метрологические характеристики (ГОСТ 8.009-84).

Нормирование метрологических характеристик средств измерений

Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормы на значения метрологических характеристик устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между нормальными и рабочими условиями применения средств измерения.

Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т. д.), а также неинформативные параметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т. е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура должна составлять 20 ± 2 °С, напряжение питания — 220 В ± 10 % или в форме интервалов значений (влажность 30—80 %).

Рабочая область значений влияющих величин шире нормальной области значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами на средства измерений в форме функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами рабочей области метрологические характеристики принимают неопределенные значения.

Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность А средств измерений в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения Л_д, т. е. того наибольшего значения, при котором средство измерений еще может быть признано годным к применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабочей области эксплуатации средств измерений, если их колебания, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области — дополнительные погрешности путем задания функций влияния Ч^) или наибольших допустимых изменений Д/(%) раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости — и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Для используемых по отдельности средств измерений, точность которых заведомо превышает требуемую точность измерений, нормируются только пределы Д_д допускаемого значения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик. Если же точность средств измерений соизмерима с требуемой точностью измерений, то необходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной погрешности и функции влияния. Только с их помощью можно найти суммарную погрешность в рабочих условиях применения средств измерений.

Динамические характеристики нормируются путем задания номинального дифференциального уравнения или передаточной, переходной, импульсной весовой функции. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамических характеристик от номинальных.

Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормальная температура

Нормальная температура — раздел Образование, Метрология, стандартизация и сертификация Температурный Режим – Один Из Важнейших Элементов Системы Допусков И Посадок;.

Температурный режим – один из важнейших элементов системы допусков и посадок; с ним связано суждение о годности изделий с точки зрения соответствия его размеров размерам , заданным чертежом, а также назначение допусков и посадок с учётом температурных влияний.

Согласно ГОСТ 25346 – 89 допуски и предельные отклонения, установленные в системе допусков и посадок, относятся к размерам деталей при температуре +20°С (293,15°К). Эта температура установлена в качестве нормальной в ГОСТ 9249 – 59. Размеры изделия должны соответствовать требованиям чертежа, когда сами изделия и контрольно – измерительные средства будут иметь температуру +20°С. Размеры , контролируемые при другой температуре, должны приводиться к нормальной температуре; в противном случае может возникнуть погрешность измерения. Погрешность измерения размера, вызываемая отклонением от нормальной температуры, зависит: от разности между действительной и нормальной температурами; от разности между коэффициентами линейного расширения материала детали и измерительного средства, которым деталь контролируется; от номинального размера контролируемого объекта.

Эта тема принадлежит разделу:

Метрология, стандартизация и сертификация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение.. высшего профессионального образования.. пермский национальный исследовательский политехнический университет..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Нормальная температура

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Метрология, стандартизация и сертификация
Методические указания по организации самостоятельной работы студентов Направления: 150900.62 «Технология, оборудование и автоматизация машинострои

Перечень лабораторных занятий
1. Измерение деталей с применением плоскопараллельных концевых мер длины; 2. Измерение размеров деталей с применением штангенинструментов; 3. Определение шероховатости поверхности

Развитие и роль метрологии, стандартизации и сертификации в обеспечении высокого качества продукции
Переход России к рыночной экономике определил новые условия для деятельности отечественных фирм, предприятий и организаций не только на внутреннем рынке, но и на внешнем. Право предприятий

Метрологическое обеспечение. Технические основы метрологического обеспечения
Метрологическое обеспечение– это комплекс работ, направленных на обеспечение единства измерений, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах величин и погрешно

Основные виды работ по метрологическому обеспечению
1)Проведение анализа состояния с измерением. Постоянный анализ – основной вид работ метрологического обеспечения, т. к. изготовитель должен знать, с какой достоверностью выявляются значени

Единство, достоверность, точность измерений. Единообразие средств измерений
Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пр

Государственный метрологический контроль. Утверждение типа средств измерений
Закон «Об обеспечении единства измерений» устанавливает следующие виды государственного метрологического контроля: 1) утверждение типа средств измерений; 2) поверка средств измере

Поверка средств измерений
Поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы или другими уполномоченными на то органами и организациями с целью определения и подтв

Калибровка средств измерений. Калибровочная служба России (РСК)
Калибровка СИ – это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению ср

Государственный метрологический надзор (ГМН)
ГМН – процедуры проверок соблюдения метрологических правил и норм, требований закона, нормативных документов системы ГСИ, принятых в связи с введением Закона, а также действующих ранее и противореч

Метрологический контроль и надзор на предприятиях и в организациях (у юридических лиц)
В соответствии с законом «Об обеспечении единства измерений» на предприятиях, организациях, учреждениях, являющихся юридическими лицами, создаются в необходимых случаях метрологические службы для в

Физические величины как объект измерений
Объектом измерений являются физические величины, которые принято делить на основные и производные. Основные величиныне зависимы друг от друга, но они могут служить основой

Виды средств измерений
Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют нормированные погрешности и называются средствами измерений. К средствам измерений отно

Измерение. Виды измерений
Измерение –Совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину. Полученное

Основные параметры средств измерений
Длина деления шкалы –расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.

Погрешности измерения
Под погрешностью измерения подразумевают отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Точность измерений –качество измерения

Выбор средств измерений
При выборе средств измерений учитываются их метрологические параметры, эксплуатационные факторы (организационная форма контроля, особенности конструкции и размеры изделий, производительность оборуд

Метрологические показатели средств измерений
Меры характеризуются номинальным и действительным значениями. Номинальное значение меры –значение величины, указанное на мере или приписываемое ей. Действ

Штриховые меры длины. Плоскопараллельные концевые меры длины
Штриховые меры длины изготовляют в виде брусков четырёх типов с различными формами поперечного сечения. Однозначные меры имеют два штриха на краях бруса. Шкалы многозначных мер мог

Угловые призматические меры
Угловые призматические меры являются наиболее точным средством измерения углов в машиностроении. Они предназначены для передачи размера единицы плоского угла от эталонов образцовым и рабочим угловы

Штангенинструменты
Штангенинструменты представляют собой показывающие приборы прямого действия, у которых размер изделия определяется по положению измерительной рамки, перемещающейся вдоль штанги со штриховой шкалой.

Микрометры
Микрометрические инструменты относятся к группе универсальных измерительных инструментов. Они предназначены для измерения диаметров валов и отверстий, глубин и высот деталей. Конструкция м

Калибры. Профильные шаблоны
По методу контроля калибры делят на нормальные и предельные. Нормальные калибрыкопируют размеры и форму изделий. Предельные калибрывоспроизводят

Методы измерения углов
Углы изделий измеряют тремя основными методами: методом сравнения с жёсткими контрольными инструментами – угловыми мерами, угольниками, конусными калибрами и шаблонами; абс

Угольники и конусные калибры
Угольники поверочные 90° предназначены для проверки и разметки прямых углов изделий, для контроля изделий при сборке или монтаже и т. п. Угольники имеют измерительные и опорные пов

Точность геометрических параметров элементов деталей
В отношении элементов деталей в машиностроении нормирование точности, т.е. установление требований о степени приближения к заданному значению, состоянию или положению можно и нужно рассматривать в

Понятие о размере. Размеры номинальный, действительный, истинный, нормальный. Ряды нормальных линейных размеров
Размер – числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. п.) в выбранных единицах измерения. Из этого определения следует , что за размер принимается расстояние

Предельные размеры. Отклонения. Обозначения отклонений
Предельные размеры – это два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или которым может быть равен) действительный размер. Из этого следует

Система допусков и посадок. Принципы построения системы
Т. к. получить посадку (с зазором, с натягом или переходную) можно при любых соотношениях отклонений размеров элементов относительно номинального размера, поэтому с развитием различных отраслей про

Интервалы размеров
Номинальные размеры элементов деталей после их определения расчётом выбираются из рядов предпочтительных чисел, представляющих собой геометрическую прогрессию с определёнными знаменателями.

Единица допуска
При назначении допусков необходимо выбрать закономерность изменения допусков с учётом значения номинального размера. Поэтому в системе имеется так называемая единица допуска, которая является как б

Квалитеты размеров
В зависимости от места использования элементов деталей, имеющих одинаковый номинальный размер, к ним могут предъявляться различные требования в отношении точности размера.

Образование поля допуска. Основные отклонения
В ЕСДП для указания положения поля допуска относительно номинала нормируются значения основных отклонений, которые обозначаются латинскими буквами прописными (большими) для отверстия и строчными (м

Обозначение допусков и посадок на чертежах
Поле допуска с внутренней сопрягаемой поверхностью (отверстие) всегда указывается в числителе, а поле допуска с внешней сопрягаемой поверхностью (вал) – в знаменателе, например: 20H7/g6,

Задачи, решаемые при обеспечении точности размерных цепей. Проверочная
Задача 1. Определение предельных размеров замыкающего звена размерной цепи (точности этого звена), когда известны предельные размеры остальных составляющих звеньев (рис.2: А

Задачи, решаемые при обеспечении точности размерных цепей. Проектировочная
Известны допуск замыкающего звена (исходного звена) и номинальные размеры составляющих звеньев. Требуется определить допуски составляющих звеньев. Способ 1

Параметры для нормирования и обозначения шероховатости поверхности
Способы нормирования шероховатости поверхности установлены в ГОСТ 2789 – 73 и распространяются на поверхности изделий, изготовленных из любых материалов и любыми методами, кроме ворсистых поверхнос

Выбор шероховатости поверхности
Выбор параметров для нормирования шероховатости должен производиться с учётом назначения и эксплуатационных свойств поверхности. Основным во всех случаях является нормирование высотных параметров.

Измерение отклонений формы
Отклонения формы определяют с помощью универсальных и специальных средств измерения. При этом используют поверочные чугунные плиты и плиты из твёрдых каменных пород, поверочные линейки, угольники,

Измерение шероховатости поверхности
Качественный контроль шероховатости поверхности осуществляют путём сравнения с образцами или образцовыми деталями визуально или на ощупь. ГОСТ 9378-75 устанавливает образцы шерохов

Цели и задачи стандартизации
Стандартизация –это деятельность, направленная на разработку и установление требований, норм, правил, характеристик как обязательных для выполнения, так и рекомендуемых, обеспечива

Категории стандартов. Стандарты предприятий. Стандарты общественных объединений. Технические условия
Стандарты предприятий.разрабатываются и принимаются самим предприятием. Объектами стандартизации в этом случае обычно являются составляющие организации и управления производством,

Государственные органы и службы стандартизации, их задачи и направления работы. Национальный орган по стандартизации. Технические комитеты
Согласно Руководству 2 ИСО/МЭК деятельность по стандартизации осуществляют соответствующие органы и организации. Орган рассматривается как юридическая или административная единица, имеющая конкретн

Технические комитеты по стандартизации
Постоянными рабочими органами по стандартизации являются технические комитеты (ТК), но это не исключает разработку нормативных документов предприятиями, общественными объединениями, другими субъект

Государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов
Государственный контроль и надзор за соблюдением обязательных требований государственных стандартов осуществляются в России на основании Закона РФ «О стандартизации» и составляют часть государствен

Правовые основы стандартизации
Правовые основы стандартизации в России установлены Законом РФ «О стандартизации». Положения Закона обязательны к выполнению всеми государственными органами управления, субъектами хозяйственной дея

Унификация и агрегатирование
Унификация.Для рационального сокращения номенклатуры изготавливаемых изделий проводят их унификацию и разрабатывают стандарты на параметрические ряды изделий, что повышает серийнос

Международная организация по стандартизации (ИСО)
Основные цели и задачи.Международная организация по стандартизации создана в 1946г. двадцатью пятью национальными организациями по стандартизации. СССР был одним из основателей орг

Организационная структура ИСО
Организационно в ИСО входят руководящие и рабочие органы. Руководящие органы: Генеральная ассамблея (высший орган), Совет, Техническое руководящее бюро. Рабочие органы – технические комитеты (ТК),

Порядок разработки международных стандартов
Непосредственную работу по созданию международных стандартов ведут технические комитеты (ТК); подкомитеты (ПК, которые могут учреждать ТК) и рабочие группы (РГ) по конкретным направлениям деятельно

Перспективные задачи ИСО
ИСО определила свои задачи до конца столетия, выделив наиболее актуальные стратегические направления работ: 1. Установление более тесных связей деятельности организации с рынком, что прежд

Основные термины и понятия
Установление соответствия заданным требованиям сопряжено с испытанием. Испытание –техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких характеристик данн

Исполнители)
Типовая структура взаимодействия участников системы сертификации. Испытательная лабораторияосуществляет испытания конкретной продукции или конкретные виды

Схемы сертификации
Сертификация проводится по установленным в системе сертификации схемам. Схема сертификации –это состав и последовательность действий третьей стороны при оценке соответстви

Обязательная сертификация
Обязательная сертификация осуществляется на основании законов и законодательных положений и обеспечивает доказательство соответствия товара (процесса, услуги) требованиям технических регламентов, о

Добровольная сертификация
Добровольная сертификация проводится по инициативе юридических или физических лиц на договорных условиях между заявителем и органом по сертификации в системах добровольной сертификации. Допускается

Правила по проведению сертификации
Правила по проведению сертификации устанавливают общие рекомендации, которые применяются при организации и проведении работ по обязательной и добровольной сертификации. Эти правила распрос

Порядок проведения сертификации продукции
Порядок проведения сертификации в России установлен постановлением Госстандарта РФ в 1994г. по отношению к обязательной сертификации (в том числе и импортируемой продукции), но может применяться и

Обязанности и основные функции органа по сертификации
Обязанности: 1. Проведение сертификации продукции по правилам и в пределах аккредитации. 2. Выдача лицензии на применение знака соответствия обладателю сертификата. 3. Пр

Требования к персоналу органа по сертификации
1. Руководитель органа по сертификации назначается по согласованию с аккредитующим органом. 2. Орган должен иметь постоянный персонал. Условия работы персонала должны полностью исключать в

Сертификация систем обеспечения качества
Сертификация систем обеспечения качества на соответствие стандартам ИСО серии 9000 широко развита в зарубежных странах, в России этим занимаются недавно. Зарубежные специалисты считают, чт

Сертификация услуг
Основные принципы систем сертификации услуг те же, что и для систем сертификации продукции: обязательность и добровольность, условие третьей стороны, аккредитация органов по сертификации, выдача се

Задачи, решаемые при обеспечении точности размерных цепей
Задача 1. Определение предельных размеров замыкающего звена размерной цепи (точности этого звена), когда известны предельные размеры остальных составляющих звеньев

Результаты расчета замыкающего звена
Размер номинальный, мм Допуск, мм Верхнее отклонение, мм Нижнее отклонение, мм

Для проектного расчета
Звено Номинальный размер, мм Допуск размера, мм Вид звена Аδ

Результаты расчета составляющих звеньев
Звено Номинальный диаметр, мм Допуск, мм Отклонение нижнее, мм Отклонение верхнее, мм

Учебно-методические материалы
Литература основная 1. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. – М.: Аудит-ЮНИТИ.2020. 2. Лифиц И.М. Основы стандартизации, метроло

Обязанности и основные функции органа по сертификации
Обязанности: 1. Проведение сертификации продукции по правилам и в пределах аккредитации. 2. Выдача лицензии на применение знака соответствия обладателю сертификата. 3. Пр

Нормальная Температура Измерений Составляет В Нормировании

Дополнительная температурная погрешность является важной характеристикой датчиков механических величин, определяющей погрешность их измерения. Поэтому эта величина всегда указывается в числе основных параметров этих датчиков. Большинство производителей нормирует дополнительную температурную погрешность с помощью линейного температурного коэффициента, т.е. в процентах от диапазона изменения выходного сигнала датчика на один или десять градусов Цельсия (или Фаренгейта в англоязычных странах). При этом, как правило, предполагается, что знак температурной погрешности может быть любой, так что обычно она указывается как ± λ %/°С (или + λ %/10°С). Так рекомендуют нормировать температурную погрешность и нормативные документы МЭК, а вслед за ними российские стандарты.

В настоящей статье рассмотрены недостатки такого метода нормирования дополнительной температурной погрешности датчиков механических величин, особенно явно проявляющиеся в тензорезисторных полупроводниковых датчиках, которые сегодня составляют большинство используемых датчиков давления, силы, параметров движения и т.д. В конкретных примерах используются тензорезисторные датчики давления на основе гетероэпитаксиальных структур «кремний на сапфире» (КНС), широко распространенные в России.

Совершенно очевидно, во-первых, что указанное нормирование имеет смысл только при линейной зависимости выходного сигнала датчика от температуры. Однако линейная аппроксимация температурной зависимости выходного сигнала тензорезисторного датчика с приемлемой степенью точности может быть использована лишь для датчиков с металлическими тензорезисторами и/или в сравнительно небольшом интервале температур. Поскольку для полупроводников характерна сильная и нелинейная зависимость параметров от температуры, то и выходной сигнал полупроводниковых тензорезисторных датчиков, как правило, существенно нелинейно зависит от температуры, что особенно заметно при работе в широком диапазоне температур.

Во-вторых, указанное нормирование фактически дезориентирует потребителя, заставляя его удваивать реальную погрешность измерений. Дело в том, что у конкретных датчиков с линейной температурной зависимостью выходного сигнала наклон этой зависимости имеет вполне определенный знак, так что сигнал может только либо убывать, либо возрастать с температурой. Имея нормирование температурной погрешности в %/°С с указанием определенной величины и знака, потребитель может реально оценить и учесть погрешность измерения, например, давления, при определенной температуре; однако, если знак не определен, то и неопределенность измерения сильно возрастает.

Сказанное поясняется рис.1. На рис.1а показан случай, когда измеряемое давление (пропорциональное выходному сигналу датчика) линейно падает с ростом температуры. В этом случае при известной температуре Т_изм потребитель может учесть температурную погрешность и привести измеряемое датчиком давление Р_изм к фактическому давлению Р_н, которое нормируется при «нормальной» температуре Т_н:

где λ – наклон зависимости Р(Т) (λ Рис.1. Температурная погрешность измерения давления при линейной зависимости выходного сигнала датчика от температуры в случае отрицательного (а) и неопределенного (б) знака линейного температурного коэффициента λ.

Совершенно по-другому обстоит дело, когда знак температурной погрешности не определен (рис.1б). В этом случае даже при известной температуре измерения неопределенность измеряемого давления составляет ΔР = (Р_н1 – Р_н2) даже без учета основной погрешности датчика.

Конечно, если температура измерения неизвестна даже приблизительно, и о ней известно лишь, что она лежит в пределах (Т_макс – Т_мин) рабочего интервала температур, то результирующая неопределенность измерения давления составляет

вне зависимости от того, известен знак коэффициента наклона прямой Р(Т) или нет.

Рассмотрим случай нелинейной температурной зависимости выходного сигнала тензорезисторного преобразователя (ТП). Например, для ТП давления на основе структур КНС, температурный дрейф которых компенсируется схемой с термонезависимыми резисторами, зависимость выходного сигнала от температуры близка к параболической [5]. Аналогичную зависимость имеют кремниевые ТП с диффузионными или имплантированными тензорезисторами. Соответственно измеряемое датчиком с таким ТП давление (пропорциональное выходному сигналу датчика) также нелинейно зависит от температуры (рис.2), если не принимать специальные меры для его дополнительной корректировки в электронной схеме, например, с помощью микропроцессора. В этом случае в соответствии с буквой нормативных документов, если нормировать температурную погрешность линейным коэффициентом, то необходимо указывать максимальное (по абсолютной величине) значение наклона ±λ_макс касательной к параболе (тонкие прямые на рис.2). В результате нормативную суммарную температурную погрешность в рабочем интервале температур Т_макс….Т_мин следует определять по (2):

Очевидно, что эта величина намного превосходит фактическую суммарную температурную погрешность (см. рис.2)

Отсюда следует, что при нелинейной температурной зависимости выходного сигнала датчика использовать для нормирования дополнительной температурной погрешности измерения линейный температурный коэффициент λ бессмысленно, поскольку в пределах рабочего интервала температур он изменяется по величине и по знаку (в том числе проходя через ноль), а по существующим правилам в руководстве по эксплуатации необходимо указывать максимальное (по абсолютной величине) значение λ.

Именно по этой причине в датчиках давления МИДА-13П в качестве меры дополнительной температурной погрешности нормируется зона температурной погрешности в рабочем интервале температур ΔР_ф, которая и указывается в паспорте датчика. Статистические данные по величине зоны температурной погрешности датчиков МИДА-13П приведены в [6]. Надо сказать, что Госстандарт вполне согласен с таким подходом, и все нормативные документы датчиков МИДА признаны Госреестром РФ. Использование для нормирования дополнительной температурной погрешности измерений зоны температурной погрешности (наряду с линейным температурным коэффициентом) допускается и некоторыми зарубежными стандартами.

Рис.2. Определение зоны температурной погрешности измерения давления для датчика с нелинейной температурной зависимостью выходного сигнала:

ΔРф – фактическая зона температурной погрешности; ΔРн – нормативная зона температурной погрешности при нормировании температурной погрешности

линейным коэффициентом температурной зависимости.

Необходимо сделать еще несколько замечаний. Во-первых, в датчиках с температурной зависимостью выходного сигнала близкой к параболической (а именно такова она в датчиках давления МИДА) зона температурной погрешности минимальна, когда «нормальная» температура Т_н, при которой происходит калибровка датчика и определяется его основная погрешность, находится в середине рабочего интервала температур (в котором проводится температурная компенсация выходного сигнала). В датчиках МИДА-13П это выполняется автоматически (рабочий интервал температур от -40 до +80 °С, нормирование при 20±5 °С – рис.3). В высокотемпературных датчиках МИДА-12П, в которых температура измеряемой среды может достигать 350 °С, ситуация несколько сложнее и будет рассмотрена подробно ниже.

Во вторых, если в случае линейной температурной зависимости при сокращении рабочего интервала температур суммарная температурная погрешность уменьшается линейно, то при параболической зависимости это уменьшение квадратично – например, при симметричном сокращении рабочего интервала температур вдвое (например, от -40…+80 о С до -10…+50 о С) зона температурной погрешности уменьшается вчетверо. Это позволяет создавать высокоточные датчики давления, работающие в ограниченном интервале температур, без использования сложной электроники. Так, в диапазоне 0-40 о С типичная зона температурной погрешности датчиков давления МИДА-13П с резистивной схемой термокомпенсации не превышает 0,2% (рис.3).

Рис.3. Типичная температурная зависимость дополнительной температурной погрешности измерения давления датчиком МИДА-13П, термокомпенсированным в 120-градусном интервале температур (-40. +80 °С). «Нормальная» температура Тн = (20±5) °С. При термокомпенсации в другом интервале температур такой же ширины (например, 200. 320 °С) температурная зависимость погрешности имеет аналогичный вид (но в этом случае для приведенного примера «нормальная» температура должна быть Тн = (260+5) °С).

В-третьих, если «нормальная» температура, при которой определяется основная погрешность датчика (обычно это комнатная температура), находится не в центре диапазона термокомпенсации, то игнорирование нелинейности температурной зависимости погрешности измерений может привести к неправильному представлению о величине дополнительной температурной погрешности. На рис.4 показан случай, когда температурная компенсация датчика давления проведена в диапазоне -40…+120 °С. Как видно из рисунка, если для определения дополнительной температурной погрешности проводятся стандартные измерения при комнатной температуре (

20 °С) и в крайних точках рабочего интервала температур, то линейный коэффициент температурной погрешности в области низких температур по абсолютной величине получается значительно больше, чем в области высоких температур (штрих-пунктирные прямые на рис.4), хотя реальная температурная зависимость погрешности симметрична относительно центра области термокомпенсации.

Точно так же невозможно обеспечить одновременную минимизацию температурной погрешности измерения в двух температурных интервалах, если их центры не совпадают. Поскольку минимальная температурная погрешность достигается в центре интервала термокомпенсации, то в температурном интервале, смещенном от центра, температурная погрешность всегда будет больше, чем если бы термокомпенсация проводилась в этом температурном интервале (рис.5).

C учетом вышесказанного тем более неприемлемо нормирование температурной погрешности измерения линейным температурным коэффициентом для высокотемпературных датчиков давления (если только их реальная температурная зависимость выходного сигнала не описывается линейным законом). Более того, при термокомпенсации и нормировании дополнительной температурной погрешности высокотемпературных датчиков давления возникает еще одна проблема.

Рис.4. Если определение температурной погрешности датчика проводится по измерениям при температуре Т_к, не совпадающей с серединой интервала термокомпенсации (Т_н), и крайних температурах интервала, то, во-первых, возникает кажущая разница в температурных погрешностях с «минусовой» и с «плюсовой» сторон, а, во-вторых, занижается значение зоны температурной погрешности по сравнению с фактической.

Рис.5а. Температурная зависимость погрешности измерения давления датчиком МИДА-13П, скомпенсированным в диапазоне температур -40…+120 о С. Зона температурной погрешности в интервале 0…+50 о С составляет Δ₁= 0,75%; зона температурной погрешности в интервале -40…+120 о С составляет Δ₂= 3,00%.

Рис.5б. Температурная погрешность для того же самого датчика, скомпенсированного

в интервале температур -40…90 о С. В этом случае соответствующие зоны температурной погрешности равны: Δ₁= 0,30% (уменьшение в 2,5 раза),

Δ₂= 4,27% (увеличение менее, чем в 1,5 раза).

Как правило, высокотемпературные процессы, при которых необходимо измерять давление жидкой или газообразной среды, находящейся при высокой температуре (до 300-400 о С) проходят при фиксированной температуре Т_пр, определяемой технологией процесса. Очевидно, что погрешность измерения давления была бы минимальна, если бы калибровка датчика (определение основной погрешности измерения) производилась при температуре Т_пр, а температурная компенсация – в некотором диапазоне температур вокруг Т_пр. Правда, при этом и периодическая поверка таких датчиков должна была бы проводиться при рабочей температуре Т_пр, а это практически невозможно осуществить ни у потребителя, ни в лабораториях Госстандарта. Если же калибровать датчик при комнатной температуре, то при рабочей температуре погрешность измерения будет неоправданно велика.

Решение этой проблемы, предложенное Промышленной группой МИДА для датчиков давления высокотемпературных сред МИДА-12П и согласованное Госстандартом РФ, заключается в следующем (рис.6). При выпуске из производства калибровка датчика (определение основной погрешности) производится при определенной «нормальной» температуре Т_н, близкой к рабочей температуре Т_пр у заказчика (стандартные значения Т_н: 50, 100, 150, 200, 250 и 300 о С), а компенсация температурной погрешности проводится в 100-градусном интервале вокруг Т_н. В результате погрешность измерения давления при температуре Т_н равна основной погрешности датчика (0,25, 0,5 или 1,0%), а во всем 100-градусном интервале температур вокруг Т_н зона дополнительной температурной погрешности не превышает 2-4%, резко уменьшаясь с уменьшением рабочего интервала температур. При этом вне интервала термокомпенсации выходной сигнал датчика меняется достаточно сильно (примерно по параболическому закону для датчиков на основе КНС). Одновременно при комнатной температуре Т_к определяются значения выходного сигнала датчика, соответствующие нулевому и максимальному давлениям. Эти значения I_ок (Р=0) и I_мк (Р=Р_макс) заносятся в паспорт прибора и используются в дальнейшем при периодической поверке датчика.

Рис.6. Типичная температурная зависимость выходного сигнала (диапазон изменения 4-20 мА) датчика давления высокотемпературных сред МИЛА-ДИ-12П, нормированного при «нормальной» температуре Т_н = 250 о С, при разных измеряемых давлениях. Температурная компенсация проведена в рабочем интервале температур 200…300 о С; зона температурной погрешности измерения давления в этом интервале равна 2%; изменение начального выходного сигнала при понижении температуры от Т_н до комнатной температуры Т_к составляет более 30% (подробнее на рис.7). Конкретные величины I_ок и I_мк (или Р_о, I_рк и I_мк) заносятся в паспорт датчика и используются при периодической поверке.

Если же температурная зависимость начального выходного сигнала датчика настолько велика, что при комнатной температуре выходной сигнал «уходит в отсечку» (рис.7), то при комнатной температуре на датчик подается небольшое давление Р_о, достаточное для того, чтобы выходной сигнал уверенно вышел в зону работы электронного блока. В этом случае определяются значения давления Р=Р_о и соответствующего ему выходного сигнала I=I_рк, которые и заносятся в паспорт прибора. Одновременно в паспорте указывается точное значение Т_к.

При периодической поверке при комнатной температуре Т_к (точность поддержания которой не должна быть хуже 1-2 о С) при необходимости с помощью регулировок «нуля» и «диапазона» устанавливаются паспортные значения I_ок (или I_рк) и I_мк. Проверяется нелинейность и вариация датчика, и в случае их соответствия паспортным данным датчик можно использовать для измерения давления высокотемпературных сред с погрешностью, определяемой величиной основной погрешности (при близости значений Т_н и Т_пр) или не выходящей за ширину зоны температурной погрешности (при Т_пр € [Т_н-50 о С, Т_н+50 о С]). Это, среди прочего, гарантируется тем, что компенсация температурной погрешности в датчиках МИДА проводится с помощью термонезависимых резисторов, находящихся в электронном блоке вдали от высокотемпературной измеряемой среды.

Рис.7. Выходной сигнал датчика высокотемпературных сред МИДА-ДИ-12П

при нулевом давлении (рис.6) в увеличенном масштабе. Из-за сильной температурной зависимости начальный выходной сигнал I_ко при комнатной температуре Т_к находится «в отсечке»; для появления выходного сигнала I_рк, реагирующего на давление при комнатной температуре, необходимо подать давление Р_о. Конкретные величины Р_о и I_рк заносятся в паспорт датчика и используются при периодической поверке.

Наконец, следует отметить, что по желанию заказчика в паспорт прибора могут быть занесены конкретные значения выходного сигнала датчика при нулевом и максимальном давлениях, измеренные при «нормальной» температуре и в крайних точках диапазона термокомпенсации, что дает возможность потребителю (в случае известной температуры измеряемой среды) учесть дополнительную температурную погрешность измерения давления и таким образом существенно повысить точность измерения.

Таким образом, для тензорезисторных датчиков механических величин, работающих в широком интервале температур, нормирование дополнительной температурной погрешности с помощью линейного температурного коэффициента приводит к значительному искажению результатов измерения. Более правильным является нормирование зоны температурной погрешности в интервале температур, в котором производится термокомпенсация датчиков. Это особенно важно для полупроводниковых тензорезисторных датчиков с нелинейной температурной зависимостью выходного сигнала.

ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящее время в высокотемпературных датчиках МИДА-ДИ-12П компенсация температурной погрешности производится цифровой обработкой сигнала и не превышает 0,5% во всём рабочем диапазоне температур.

Рассмотрим случай нелинейной температурной зависимости выходного сигнала тензорезисторного преобразователя (ТП). Например, для ТП давления на основе структур КНС, температурный дрейф которых компенсируется схемой с термонезависимыми резисторами, зависимость выходного сигнала от температуры близка к параболической [5]. Аналогичную зависимость имеют кремниевые ТП с диффузионными или имплантированными тензорезисторами. Соответственно измеряемое датчиком с таким ТП давление (пропорциональное выходному сигналу датчика) также нелинейно зависит от температуры (рис.2), если не принимать специальные меры для его дополнительной корректировки в электронной схеме, например, с помощью микропроцессора. В этом случае в соответствии с буквой нормативных документов, если нормировать температурную погрешность линейным коэффициентом, то необходимо указывать максимальное (по абсолютной величине) значение наклона ±λ_макс касательной к параболе (тонкие прямые на рис.2). В результате нормативную суммарную температурную погрешность в рабочем интервале температур Т_макс….Т_мин следует определять по (2):

Нормирование метрологических характеристик

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т.д.), а также неинформативные параметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т.е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура должна составлять 20±2°С, напряжение питания — 220 В±10% или в форме интервалов значений (влажность 30 — 80 %).

Рабочая область значений влияющих величин шире нормальной области значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами на средства измерений в форме функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами рабочей области метрологические характеристики принимают неопределенные значения.

Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность Д средств измерений в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения Д_д, т.е. того наибольшего значения, при котором средство измерений еще может быть признано годным к применению.

В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области нормируются дополнительные погрешности путем задания функций влияния ш(о) или наибольших допустимых изменений Дl(о) раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости — и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области нормируются дополнительные погрешности путем задания функций влияния ш(о) или наибольших допустимых изменений Дl(о) раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости — и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Нормируемые метрологические характеристики (ГОСТ 8.009-84).

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических харак теристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т.д.), а также неинформативные параметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т.е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура должна составлять 20±2°С, напряжение питания– 220 В±10% или в форме интервалов значений (влажность 30 – 80 %).

Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность средств измерений в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения , т.е. того наибольшего значения, при котором средство измерений еще может быть признано годным к применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабочей области эксплуатации средств из мерений, если их колебания, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области нормируются дополнительные погрешности путем задания функций влияния или наибольших допустимых изменений раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости – и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Для используемых по отдельности средств измерений, точность которых заведомо превышает требуемую точность измерений, нормируются только пределы допускаемого значения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик. Если же точность средств измерений соизмерима с требуемой точностью измерений, то необходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной погрешности и функции влияния. Только с их помощью можно найти суммарную погрешность в рабочих условиях применения средств измерений.

Динамические характеристики нормируются путем задания номинального дифференциального уравнения или передаточной, переходной, импульсной весовой функции. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамических характеристик от номинальных.

В заключение данного раздела следует отметить, что никакое нормирование погрешностей средств измерений само по себе не может обеспечить единства измерений. Для достижения единства измерений необходима регламентация самих методик проведения измерений.

Типовые характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (нормируют как номинальные характеристики средств измерений данного типа.

Для конкретных экземпляров средств измерений, предназначенных для применения с одной или несколькими индивидуальными характеристиками (а не с номинальными, распространяющимися на все экземпляры средств измерений данного типа, соответствующие номинальные характеристики можно не нормировать. В этих случаях нормируют пределы (граничные характеристики), в которых должна находиться индивидуальная характеристика при предусмотренных условиях применения средств измерений.

Характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений нормируют путем установления:

— пределов (положительного и отрицательного) Dsp допускаемой систематической составляющей погрешности средств измерений данного типа или

— пределов Dsp допускаемой систематической составляющей погрешности, математического ожидания M[Dsp]1 и среднего квадратического отклонения s[Ds][2] систематической составляющей погрешности средств измерений данного типа.

Характеристики случайной составляющей погрешности нормируют путем установления:предела s_p[ ] допускаемого среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности средств измерений данного типа или

предела s_p[ ] допускаемого среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности, номинальной нормализованной автокорреляционной функции r _sf(T) или номинальной функции спектральной плотности S _sf(w) случайной составляющей погрешности и пределов допускаемых отклонений этих функций от номинальных.

Характеристику случайной составляющей H погрешности от гистерезиса нормируют путем установления предела (без учета знака) Н_р допускаемой вариации выходного сигнала (показания) средства измерений данного типа.

При нормировании характеристики погрешности средств измерений (устанавливают пределы (положительный и отрицательный) Dр допускаемой погрешности и предел Н_р допускаемой вариации выходного сигнала (показания) средства измерений.

Характеристику можно нормировать для средств измерений, случайная составляющая погрешности которых в каждой точке диапазона измерений пренебрежимо мала в соответствии с критериями существенности.

Для средств измерений, не предназначенных для совместного применения с другими средствами измерений (в том числе в составе измерительных систем или измерительно-вычислительных комплексов), в тех случаях, когда их погрешность в рабочих условиях применения практически полностью может быть определена нормированными верхней Dв и нижней Dн границами интервала, в котором лежит погрешность в нормальных условиях с заданной вероятностью Р, допускается указанные границы и вероятность нормировать и при существенной случайной составляющей основной погрешности средства измерений, в соответствии с критериями существенности.

Функции влияния нормируют путем установления:

— номинальной функции влияния y_sf(x)и пределов допускаемых отклонений от нее или граничных функций влияния: верхней y * (x) и нижней y_*(x).

Граничные функции влияния нормируют для таких средств измерений, у которых велик разброс функций влияния по множеству экземпляров. В силу этого номинальную функцию влияния не нормируют. При применении таких средств измерений, в случае необходимости, определяют функции влияния, индивиду альные для каждого экземпляра средства измерений. Нормированные граничные функции влияния используют для контроля качества средств измерений.

Изменения значений MX, вызванные изменениями влияющих величин, нормируют путем установления пределов (положительного и отрицательного) допускаемых изменений характеристики при изменении влияющей величины в заданных пределах.

Пределы допускаемых изменений погрешности средства измерений допускается называть пределами допускаемой дополнительной погрешности средства измерений.

Функции влияния y(x) и наибольшие допускаемые изменения e_p(x) нормируют отдельно для каждой влияющей величины. Функции влияния и наибольшие допускаемые изменения допускается нормировать для совместных изменений нескольких влияющих величин как y(x₁, x₂, …) или e_p(x₁, x₂, …), если функция y(x_i) или e_p(x_i) какой-либо одной влияющей величины x_iсущественно зависит от других влияющих величин x_i.

Критерий существенности устанавливают в НТД на средства измерений конкретных типов (или видов).

(положительного и отрицательного) допускаемых отклонений от нее.

Частные динамические характеристики аналоговых средств измерений, которые можно рассматривать как линейные, нормируют путем установления номинальных частных динамических характеристик и пределов (положительного и отрицательного) допускаемых отклонений от них.

Допускается нормировать только частную динамическую характеристику в тех случаях, когда эта характеристика достаточна для учета динамических свойств средства измерений при его применении. Предпочтительной является такая частная динамическая характеристика, экспериментальное определение и (или) контроль которой могут быть осуществлены с необходимой точностью и наиболее простым методом.

Погрешность датирования отсчета нормируют путем установления предела допускаемого математического ожидания погрешности датирования и предела допускаемого среднего квадратического отклонения или предела допускаемого размаха случайной составляющей погрешности датирования.

Для средств измерений, у которых велик разброс динамических характеристик (полных или частных) по множеству экземпляров и, в силу этого, для которых в НТД установлена необходимость определения и дальнейшего использования индивидуальных динамических характеристик каждого экземпляра средств измерений, нормируют граничные динамические характеристики.

Характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия средств измерений с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов, нормируют путем установления номинальных характеристик и пределов допускаемых отклонений от них или граничных характеристик.

Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений нормируют путем установления номинальных параметров и пределов допускаемых отклонений от них.

MX допускается нормировать для рабочих и для нормальных условий применения средств измерений.

MX нормируют для нормальных условий1 в тех случаях, когда дополнительные погрешности признаны существенными. В этих случаях характеристики погрешности и называются, соответственно, характеристиками систематической составляющей основной погрешности, характеристиками случайной составляющей основной погрешности, характеристиками основной погрешности. Кроме них нормируют характеристики.

— пределов (положительного и отрицательного) Dsp допускаемой систематической составляющей погрешности средств измерений данного типа или