Критерии адекватности динамических характеристик средств измерений

Пример 2. Пример графического представления номинальной переходной характеристики и наибольших допускаемых отклонений от нее для газоанализатора, основанного на эффекте переноса нагретых ионов кислорода в магнитном поле, представлен на рис. 3, где через td обозначено время транспортирования пробы газа (чистого запаздывания) из среды в чувствительный элемент газоанализатора.

Рис. 2. Пример нормирования динамических характеристик путем указания граничных динамических характеристик для СИ, являющихся динамическими звеньями первого порядка. Обозначения те же, что на рис. 1.
Пример 3. Если выходной сигнал СИ теплового действия усиливается измерительным усилителем, обладающим передаточной функцией Ga(S), то передаточная функция образованного таким образом составного СИ равна произведению .
Амплитудно-фазовая характеристика определяется аналогично:

где  - амплитудно-фазовая характеристика усилителя.
Остальные характеристики выражаются следующим образом:



Здесь динамические характеристики с индексом а относятся к усилителю.

Рис. 3. Переходная характеристика газоанализатора.
Пример 4. Более высокий порядок динамических характеристик СИ может возникать, например, при последовательном соединении различных устройств. Например, наличие трубки, отводящей давление от места измерения к чувствительному элементу СИ давления эквивалентно включению перед этим СИ динамического звена первого порядка. Если постоянная времени этого звена больше постоянной времени СИ давления, то примером номинальной амплитудно-частотной характеристики такого соединения может быть:

Графически эта характеристика представлена на рис. 7. Такой же вид имеют, например, амплитудно-частотные характеристики осциллографических гальванометров с капельным успокоением растяжек.
Размерности нормируемых динамических характеристик:
переходной, амплитудно-фазовой характеристики, передаточной функции и амплитудно-частотной характеристики:
размерность [y(t)]
размерность [x(t)]
импульсной переходной характеристики:
размерность [y(t)]
размерность [tx(t)]
фазово-частотной характеристики - угловые единицы.

Рис. 5. Номинальные динамические характеристики и наибольшие допускаемые отклонения от них для СИ, являющихся динамическими звеньями второго порядка (осциллографические гальванометры, измерительные усилители и т. п.). Обозначения те же, что на рис. 1.

Рис. 5. Продолжение.

Известно, что одним из важных процессов, влияющих на погрешность измерений, является взаимодействие между объектом измерения и соединенными с ним СИ, а также между двумя (или более) СИ, последовательно соединенными в ИС. Потребление энергии или мощности СИ от объекта измерения или от предвключенного СИ проводит к изменению значения величины, подлежащей измерению, и следовательно, к появлению соответствующей составляющей погрешности измерений.
В настоящее время это явление хорошо изучено и отражено соответствующими характеристиками в действующих НТД лишь в отношении СИ электрических и радиотехнических величин. Однако оно имеет большое значение и для многих СИ других физических величин.
Например, на погрешность измерения температуры каких-либо объектов при помощи термопар или термометров сопротивления существенно влияет обмен тепловой энергией между объектом измерения и соответствующим преобразователем температуры. Этот обмен может быть двусторонним. Подсоединение термопары к объекту с малой теплоемкостью может привести к настолько существенному понижению температуры объекта, что пренебречь им при оценке погрешности измерений нельзя. При подсоединении к объекту термометра сопротивления температура объекта может как понижаться вследствие отбора термометром энергии от объекта, так и повышаться, поскольку термометр сопротивления имеет собственный начальный нагрев, и при достаточно большой собственной мощности нагрева может отдавать энергию объекту. Так же обстоит дело с любыми СИ, при работе которых происходит обмен энергии с объектом измерения, с предвключенным, с послевключенным СИ или другим устройством.
Таким образом, для СИ, работа которых характеризуется обменом энергией между ними и подключенными к их входу или выходу объектами, необходимо нормировать некоторые характеристики, отражающие свойство СИ отбирать или отдавать энергию через свои входные и выходные цепи. Такие характеристики часто называют импедансами.
Сложнее обстоит дело с СИ неэлектрических величин. В этой области явление обмена энергией, входные и выходные импедансы СИ изучены недостаточно, поэтому может оказаться, что при разработке способов нормирования и контроля входных и выходных импедансов конкретных видов и групп СИ различных неэлектрических величин потребуется проводить теоретические и экспериментальные исследования для установления наиболее целесообразных способов выражения и методов контроля данных характеристик.

Литература
ГОСТ 8.009-84 "ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений"
Каплан Б.Ю. О Рекомендациях по метрологии РМГ 29 - 99. - Законодательная и прикладная метрология, –2008, № 2, – С. 289.
Норман Дрейпер, Гарри Смит Прикладной регрессионный анализ. Множественная регрессия = Applied Regression Analysis. – 3-е изд. – М.: «Диалектика», 2007. – С. 912.
Орлов А. И. Прикладная статистика. Учебник. — М.: Экзамен, 2006. – С 671 с.
Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. – М.: Издательство стандартов, –1995. – 279 с.