Indicatorii de calitate ai aparatelor de masurat

Indicatorii de calitate ai aparatelor de masurat

Domeniul (intervalul) de masurare: este intervalul cuprins intre X_min si X_max. La majoritatea aparatelor valorile minime de la intrare X_min si de la iesire Y_min sunt zero. Exista si aparate cu zero la mijloc, la care valoarea minima este egala si de semn contrar valorii maxime, X_min = -X si X_max = +X. Valorile maxime X_max si Y_max sunt stabilite prin insasi constructia aparatelor, depasirea valorii maxime la intrare neputand fi sesizata la iesire, periclitandu-se securitatea aparatului respectiv.

Sensibilitatea S: reprezinta raportul intre variatia marimii de iesire si variatia corespunzatoare a marimii de intrare. Pentru o caracteristica statica liniara:

(1.15)

(1.16)

In figura alaturata este prezentatam caracteristica statica liniara a unui voltmetru analogic.

In situatia in care marimile de intrare si de iesire sunt de aceeasi natura, daca sensibilitatea este supraunitara, se numeste factor de amplificare iar daca este subunitara se numeste factor de atenuare. Sensibilitatea unui aparat de masurat este determinata de sensibilitatile elementelor componente. Astfel pentru o structura de elemente liniare conectate in serie (circuit deschis) sensibilitatea totala este data de produsul sensibilitatilor partiale ale elementelor.

(1.17)

Fig.1.17. Structura de elemente conectate in serie

Pentru o structura de elemente liniare conectate in circuit inchis:

(1.18)

Fig.1.18. Structura de elemente conectate in circuit inchis

De obicei S₁S₂1 si deci:

(1.19)

Se observa ca sensibilitatea globala (totala) depinde doar de sensibilitatea elementului din reactie.

Constanta C: este inversul sensibilitatii

(1.20)

Pentru o caracteristica statica liniara :

(1.21)

Rezolutia: cea mai mica variatie a marimii de masurat care poate fi citita la iesire. La aparatele analogice rezolutia (pragul de sensibilitate) este valoarea masurandului corespunzatoare unei deviatii de 1 diviziune (sau 0,5 diviziuni) pe scara aparatului. La aparatele numerice rezolutia este determinata de intervalul de cuantificare, deci de o unitate a ultimului rang zecimal (un digit). Daca aparatul numeric are mai multe domenii de masurare, pe fiecare din ele va rezulta o anumita rezolutie.

Aplicatia 1.2.

Un voltmetru cu domeniul de masurare 0300V are scara gradata in 150 diviziuni. Sa se determine sensibilitatea si constanta voltmetrului.

Precizia: este calitatea aparatului de a permite obtinerea de rezultate cat mai apropiate de valoarea reala a marimii de masurat. Ansamblul aparatelor de masurare ce au precizia cuprinsa intre aceleasi limite, formeaza o clasa de precizie, caracterizate printr-un indice de clasa c.

Fidelitatea: este calitatea aparatului ca in urma masurarii repetate asupra aceleiasi marimi fizice, in aceleasi conditii, sa se obtina rezultate cu o dispersie cat mai mica.

Finetea: este calitatea aparatului de a perturba cat mai putin circuitul in care este conectat.

Capacitatea de supraancarcare

unde (X_max)_ned este valoarea maxima nedistructiva a marimii de intrare (de masurat), iar X_max este valoarea maxima ce se poate masura cu aparatul respectiv.

Capacitatii de supraancarcare i se asociaza de regula un timp, intrucat efectele distructive depind si de durata actiunii exercitata de marimea care depaseste domeniul de masurare. Astfel, uneori se defineste o capacitate de supraancarcare pe timp scurt (soc) si o capacitate de supraancarcare pe timp mai lung (suprasarcina).

Consumul propriu: reprezinta puterea consumata de aparat la limita maxima a domeniului de masurare.

Robustetea: este caracteristica aparatelor de a suporta diferite socuri, vibratii, variatii mari de temperatura, umiditate, presiune, agenti nocivi, precum si variatii bruste ale masurandului, fara a se deteriora.

Fiabilitatea metrologica: reprezinta calitatea aparatului de a functiona fara defecte, un interval de timp cat mai lung.

Intervalul de timp in care un aparat de masurat isi pastreaza capacitatea de functionare in limitele admise, cu pauzele necesare pentru intretinere si reparatii, constituie durata de functionare (de "viata") a sa (Fig.1.19).

Fig.1.19. Durata de functionare a unui aparat

t_k cu k=1,n sunt intervalele de timp in care aparatul functioneaza corect;

t^'_j cu j=1,n-1 sunt intervalele de timp in care aparatul e supus reparatiilor.

Se pot definii urmatorii indicatori de fiabilitate:

media timpului de buna functionare:

(1.23)

media tmpului de reparatii:

(1.24)

Foarte frecvent, drept masura cantitativa a fiabilitatii se considera probabilitatea functionarii fara defectiuni in decursul unui interval de timp.

Comportarea dinamica: este un indicator ce apare in cazul in care masurandul are variatii alternative cu frecvente mari sau cand variaza rapid in timp

Variatiile marimii de intrare nu pot fi transmise instantaneu la iesire, ci se transmit cu intarziere si uneori cu deformatii in raport cu caracteristica statica. Regimul dinamic prezinta interes in special pentru aparatele specifice masurarilor dinamice si anume osciloscoape si inregistratoare. Totodata regimul dinamic este important si pentru aparatele destinate masurarilor statice, care necesita un timp de raspuns pana la atingerea valorii stationare, timp ce caracterizeaza regimul dinamic al aparatului.

Pentru a caracteriza comportare in regim dinamic a aparatelor, exista drept criterii de apreciere, raspunsul acestora la trei functii standard de intrare (Fig.1.20):

a) -functia treapta: ce caracterizeaza variatia instantanee a marimii de intrare;

b) -functia liniar variabila: ce caracterizeaza variatia lenta a marimii de intrare;

c) -functia sinusoidala: ce caracterizeaza o variatie rapida a marimii de intrare.

Fig.1.20. Raspunsul unui aparat de masurat la trei marimi de intrare: treapta (a), liniar variabila (b) si sinusoidala (c)

Pentru punerea in evidenta a indicatorilor de calitate specifici regimului dinamic, vom considera raspunsul oscilatoriu amortizat ce caracterizeaza majoritatea aparatelor analogice (Fig.1.21).

- Supracresterea:

(1.25)

sau exprimata in procente:

(1.26)

- Eroarea (abaterea)dinamica e_d

(1.27)

Se observa ca e_d(t) scade in valoare absoluta cu timpul tinzand sa se anuleze.

Fig.1.21. Raspuns oscilatoriu amortizat si indicatorii de calitate corespunzatori

In practica e_d(t) se considera neglijabila, atunci cand se incadreaza in banda de stabilizare.

e_d(t) B_s    (1.28)

B_s - banda de stabilizare, care in cazul aparatelor de masurat uzuale (industriale) este de (2 5)% din Y_s.

- Timpul de crestere: t_c

Se defineste ca intervalul de timp in care y(t) trece de la valoarea de 10% din Y_s, la valoarea de 90% din Y_s.

-Timpul de stabilizare (de raspuns): t_s

Se defineste ca intervalul de timp in care eroarea dinamica se incadreaza in banda de stabilizare. Acest timp constituie o masura a vitezei de raspuns a aparatului; cu cat t_s este mai mic cu atat aparatul respectiv este mai rapid. Uneori pentru a aprecia rapiditatea unui aparat se foloseste timpul de crestere t_c.

- Largimea de banda (banda de trecere)

Caracteristica amplitudine-frecventa a aparatelor de masurat si traductoarelor este de tip filtru trece jos, adica ele lasa sa treaca frecventele joase si le atenueaza pe cele inalte.

Se defineste largimea de banda ca fiind frecventa f_B, la care amplitudinea scade cu (sau cu 3dB) fata de amplitudinea corespunzatoare frecventei zero (corespunzatoare regimului static).

Fig.1.22. Caracteristica amplitudine - frecventa a unui aparat de masurat