Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » О метрологии » Полякова О.В., Методы и способы повышения точности измерений* Часть 3.

Методы и способы повышения точности измерений. Часть 3




При аналоговых измерениях измерительный прибор производит непрерывное преобразование измеряемой величины, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключение о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы измерительного прибора. Наиболее известная и простая оценка этой погрешности - ее максимальное возможное значение в виде половины цены деления шкалы.

При цифровых измерениях сравнение физической величины с рядом эталонных значений производится в измерительном приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме. Естественно, что здесь все зависит от точности сравнения в измерительном приборе и, к тому же, исключаются субъективные ошибки оператора. Современные цифровые приборы, как правило, обеспечивают более высокую точность, чем аналоговые. Роль оператора упрощается, так как он лишь считывает число.

Широкое применение цифровых СИ, возможность комплексного использования их в системах средств вычислительной техники позволяет существенно уменьшить значения указанных погрешностей путем создания автоматизированных систем измерения и обработки измерительной информации. Применение автоматизированных СИ обеспечивает получение заданной точности измерений и высокой производительности. Такой метод повышения точности измерений называется автоматизацией измерительных процедур. Под термином «автоматизация» понимается совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения без непосредственного участия человека.

Автоматизация измерений не принижает роль исследователя, инженера или техника, планирующих и использующих результаты измерений. Наоборот, она повышает производительность их труда, требует от них более высокого уровня знаний не только СИ, но и тех задач, которые решаются при приеме и обработке измерительной информации, умения заложить оптимальную программу измерений и дать правильное толкование результатов измерений.

Автоматизация позволяет обеспечить:

  1. сбор измерительной информации в местах, недоступных для человека;
  2. длительные, многократные измерения;
  3. одновременное измерение большого числа величин;
  4. измерение параметров быстропротекающих процессов;
  5. измерения, характеризующиеся большими массивами информации и сложными алгоритмами ее обработки.

Автоматизация измерительных процессов является одним из основных направлений научно-технического прогресса и, если говорить о ее целях вообще, то они не исчерпываются одним повышением точности измерений, а на самом деле довольно значительны и глубоки по своему содержанию. Эти цели наглядно представлены в расположенной далее таблице.

В различных измерительных системах для повышения точности измерений как электрических, так и неэлектрических величин применяются определенные методы. Одним из них является метод использования тестовых сигналов. Суть его состоит в определении параметров статической функции преобразования (СФП) с помощью дополнительных преобразований тестов, каждый из которых функционально связан с измеряемой величиной. Тестовые методы позволяют повышать точность измерений за счет уменьшения систематических и так называемых квазисистематических погрешностей (квази в переводе означает мнимый, почти). На базе тестовых методов повышения точности измерений разработаны первичные преобразователи широкого класса, служащие для измерений различных неэлектрических величин, промежуточные преобразователи аналоговых величин в цифровой код, многофункциональные ансамблевые преобразователи информации, тестовые системы централизованного контроля технологических параметров в АСУТП. Пример реализации данного метода подробно изложен в приложении Б рекомендаций РМГ 64-2003.

Цели автоматизации

Другим методом повышения точности измерений в измерительных системах служит метод использования информационной избыточности. Под информационной избыточностью понимают такое состояние измерительной информации, получаемой в процессе управления, при котором ее объем формально превышает количество информации, необходимое для суждения о состоянии управляемой системы.

Информационная избыточность бывает структурной и функциональной.

Под структурной информационной избыточностью принято понимать включение в измерительную систему дополнительных СИ, измеряющих одну и ту же физическую величину. Сущность рассматриваемого метода легко выявляется, если для простоты принять, что выполнены два измерения одной и той же величины двумя однотипными СИ, причем в погрешности измерений доминирует систематическая составляющая, для которой установлены допускаемые граничные значения. Пусть результаты измерений оказались равными х± и х2, а неизвестные погрешности равны соответственно А± и Д2. Тогда для среднего из двух результатов измерений можно записать:

где х - истинное значение физической величины. Отсюда видно, что в зависимости от абсолютной величины и знака погрешностей и Д2 средний результат может характеризоваться значительно меньшей погрешностью, чем каждый из результатов х1 и х2. Этот вывод справедлив, если погрешности всей совокупности СИ данного типа можно рассматриватькак случайные величины с тем или иным распределением плотностей вероятностей (например, с равномерным распределением).

Метод структурной избыточности широко применяется в промышленности.

Пример. Использование структурной информационной избыточности в производстве азотной кислоты. Согласно проектной документации, под сетками контактных аппаратов, в которых происходит окисление аммиака и получается слабая азотная кислота, должны быть установлены три термоэлектрических преобразователя, и контроль за ходом процесса должен осуществляться по среднему значению температуры под платиновой сеткой.

Повышение точности измерений температуры нитрозных газов путем монтажа трех термоэлектрических преобразователей диктуется необходимостью ведения технологического процесса в узком интервале температур (890-910) °С. При выходе значений температуры за границы указанного интервала резко ухудшаются технико-экономические показатели технологического процесса.

Следует иметь в виду, что практическое использование метода структурной информационной избыточности несколько осложняется трудностью априорной оценки возможного выигрыша в точности измерений. При использовании нескольких СИ для измерений одной и той же физической величины по закону l/Vn уменьшается не результирующая погрешность измерений, а отклонение от математического ожидания, которое, строго говоря, остается неизвестным.

Под функциональной информационной избыточностью принято понимать наличие тех или иных связей между измеряемыми величинами, обусловленных свойствами объекта измерений или управления. Эти связи могут быть использованы как для исключения аномальных погрешностей (промахов) при измерении отдельных величин, так и для повышения точности измерений всей совокупности измеряемых величин. В отличие от использования структурной избыточности использование функциональной избыточности позволяет повысить точность измерений без дополнительных СИ (т.е. без дополнительных материальных затрат, связанных с приобретением и метрологическим обслуживанием СИ), что может оказаться в определенных ситуациях решающим аргументом в пользу данного метода повышения точности измерений.

Обычно в системе управления измеряют несколько величин х±, х2......... хп, связанных между собой г уравнениями связи

которые образуют систему уравнений. Измерив т параметров {т = п - г), определяют остальные из уравнений связи. Если число измеряемых параметров т удовлетворяет условию т> (п - г), то имеет место информационная избыточность. Значения (л - т) измеряемых параметров в этом случае определяют из (п - т) < г уравнений системы. Из оставшихся уравнений, число которых q равно т-(п- г), для любых q параметров могут быть получены вторые значения, в общем случае не совпадающие с первыми. Если уравнения связи практически соблюдены, то такое несовпадение обусловлено погрешностями измерений.

Следовательно, информационная избыточность позволяет обнаружить наличие погрешности измерений совокупности нескольких параметров и может быть использована для уменьшения погрешности измерений (пример использования информационной избыточности для повышения точности измерений расхода газа, потребляемого предприятием, приведен в РМГ-64, приложении Г).

Итак, мы рассмотрели методы и способы повышения точности измерений, которые применяются для исключения или уменьшения систематических погрешностей при подготовке к измерениям и в процессе измерений.
В следующий раз мы поговорим о способах повышения точности измерений, позволяющих исключить систематические погрешности при обработке полученных результатов измерений, то есть на III этапе измерительного процесса.

Список литературы:

  1. РМГ 64-2003. ГСИ. Обеспечение эффективности при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений.
  2. МИ 2246-93. ГСИ. Погрешности измерений. Обозначения.
  3. Брюханов В.А. Методы повышения точности измерений в промышленности. - М:. Издательство стандартов, 1991.
  4. Сергеев А.Г. Метрология и метрологическое обеспечение. - М:. Высшее образование, 2008.
  5. Богомолов Ю.А., Медовикова Н.Я., Рейх Н.Н. Оценивание погрешностей измерений. - М:. Академия стандартизации, метрологии и сертификации, 2004.
Вернуться Страница 2 из 2

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » О метрологии » Полякова О.В., Методы и способы повышения точности измерений* Часть 3.