Эталоны времени и частоты


При самостоятельном желании понять тему " Эталоны времени и частоты " вам поможет наш ресурс. Для вас наши специалисты подготовили материал, изучив который вы будете разбираться в ней уровне профессионала. А если у вас останутся вопросы, то задать их вы сможете прямо на сайте написав в чат онлайн-консультанта.

оформить заявку

Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!

Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.

ознакомиться с условиями

Краткое пояснение: Эталоны времени и частоты

Измерения времени и частоты колебаний тесно связаны друг с другом, и их единица воспроизводится одним и тем же эталоном. Астрономические шкалы времени базируются на явлениях вращения Земли вокруг собственной оси и обращения Земли вокруг Солнца по слегка эллиптической орбите. Однако такие шкалы не могут быть достаточно точными т. к. параметры движения небесных тел не постоянны.

В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам постановила, что квантовый переход между линиями сверхтонкой структуры атома 133Cs, а именно невозмущенный внеш­ними полями переход F = 4, mF = 0 «F = 3; mF = 0 основного состояния 2S1/2, дает частоту 9,192631770 ГГц точно. Тем самым определяется, и единица вре­мени — секунда — как интервал времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний излучения при этом переходе.

Ядро атома цезия, обладающее магнитным моментом (спин I=7/2), взаимо­действует с магнитным моментом валентного электрона (спин I=1/2). Это и приводит к расщеплению основного электронного уровня атома на ряд под­уровней т. е. к образованию так называемой сверхтонкой структуры. Частоты, соответствующие переходам между уровнями сверхтонкой структуры, попадают в диапазон радиочастот. Очень важно, что энергия перехода между уровнями сверхтонкой структуры, а стало быть, и соответствующая частота, очень мало зависят от внешних магнитных полей.

В эталонах удается настолько снизить напряженность внешних магнитных полей, что смещение частоты, соответствующей используемому переходу, со­ставляет всего 10-12 от частоты при полном отсутствии внешних магнитных полей. От других параметров (электрического поля, давления, плотности пучка и т. п.) частота перехода зависит еще меньше.

На рис. приведена схема цезиевого атомно-лучевого эталона времени и частоты.

Источник 1 атомного пучка представляет собой контейнер из металла, стойкого по отношению к щелочам. В стенке контейнера имеются каналы, фор­мирующие пучок. Температура источника 100 ¸ 150°С. Магниты 2 служат для сортировки атомов пучка по состояниям сверхтонкой структуры: выделяются атомы, находящиеся в состояниях F = 3, mF =0 и F =4, mF = 0.

К резонаторам 3 подводится сверхвысокочастотный сигнал, частоту кото­рого можно в некоторых пределах изменять около значения 9192631770 Гц. В результате действия этого сигнала, выделенные атомы переходят из состоя­ния F = 3, mF =0 в состояние F =4, mF = 0 или обратно. Второй сортирующий маг­нит выделяет из пучка только те атомы, которые перешли из одного состояния в другое в результате взаимодействия сполем сигнала. Атомы, совершившие переход, попадают в приемник 4 и регистрируются индикатором 5.




Если частота подводимого сигнала точно соответствует частоте перехода, то показания индикатора максимальны. Если же частота сигнала отличается от частоты перехода, то показания индикатора резко уменьшаются. Это и слу­жит основой стабилизации частоты. Частота сигнала, соответствующая максимальным показаниям индикатора, принимается за 9192631770 Гц.

Все узлы установки помещены в камеру, в которой поддерживается высо­кий вакуум.

Стабильность эталона с атомным пучком цезия равна 10-11, в настоящее время их используют службы времени и частоты.

Принцип работы водородных генераторов (на атомарном водороде) осно­ван на использовании квантового перехода между состояниями F = 1, mF = 0 и F = 0, mF = 0 в сверхтонкой структуре основного состояния атомовводородачастота которого при отсутствии внешних воздействий постоянна и равна 1420405751,8 Гц.

Схема и принцип действия водородного генератора изображены на рис.

Атомы водорода получаются в источнике 1, представляющем собой стек­лянную трубку, где происходит диссоциация молекул водорода под действием высокочастотного электрического разряда. Пучок атомов водорода выходит из источника через коллиматор, обеспечивающий его направленность, и попадает в поле шестиполюсного аксиального магнита 2. В сильном неоднородном поле, создаваемом этим магнитом, происходит пространственная сортировка атомов в пучке, так что атомы, находящиеся на уровне F = 1, mF = 0, фокусируются на вход накопительной ячейки 3, которая расположена внутри высокодобротного объемного резонатора 4, настроенного на частоту используемого перехода.



Конструкция ячейки такова, что атомы находятся в резонаторе около секун­ды. Ее стенки покрыты фторопластом, в результате чего даже при более чем 105 соударениях атома водорода со стенкой его энергетическое состояние не меняется.

Взаимодействие возбужденных атомов с высокочастотным полем резонато­ра в течение секунды повышает вероятность их перехода в нижнее энергетиче­ское состояние и вызывает самовозбуждение генератора, а также увеличивает добротность линии излучения и соответственно стабильность частоты генератора.

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей на частоту водородно­го генератора резонатор помещают в многослойный экран 5.

В Государственном первичном эталоне времени и частоты используются квантовые меры, в которых за опорную принимается частота, соответствующая частоте энергетического перехода в атомах или молекулах выбранного вещест­ва. Квантовые меры подразделяются на реперы и хранители. Они различаются тем, что реперы включаются эпизодически с целью осуществления поверок и регулировок средств измерения частоты, а хранители (часы) работают непре­рывно и для них определяется значение фазы выходного сигнала относительно некоторого начального момента. Таким образом, квантовые меры частоты (ре­перы) обеспечивают воспроизведение единицы времени и частоты, а квантовые часы (хранители времени) служат для воспроизведения шкал времени ТА (SU) и UTC(SU).

В состав Государственного первичного эталона входят: цезиевый репер; цезиевые часы; водородные реперы и часы; рубидиевые часы (квантовый гене­ратор на рубидии с оптической накачкой); аппаратура внутренних и внешних сличений эталонов и аппаратура средств обеспечения.

Цезиевый репер, входящий в состав эталона, включается два раза в месяц, и с его помощью определяют частоту рубидиевых часов, отличающихся высокой кратковременной стабильностью (порядка 1*10-13 —2*10-13 в течение 1¸10 с, за сутки приблизительно на два порядка хуже). Одновременно путем сравнения с частотой рубидиевых часов, определяют частоту водородных реперов. После этого в течение полумесяца с ними сравнивают основные хранители эталона — водородные и цезиевые часы.

Государственный первичный эталон времени и частоты обеспечивает воспроизведение единиц с относительным средним квадратическим отклонением результата измерений, не большим 1 * 10-13, при неисключенной относительной систематической погрешности, не превышающей 1*10-12.

1.2. Классификация способов и методов измерений.

По способу получения результатов измерения (виду уравнения измерения) различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми измерениями называют такие, при которых значение физической величины находят непосредственно из опытных данных (уравнение Q = X). Пример: измерение тока с помощью амперметра.

Косвенные измерения - такие, при которых искомое значение физической величины Y находят на основании известной зависи­мости между этой величиной и величинами X1, X2,….Xn подвергаемыми прямым измерениям. Y= f(X1, X2,….Xn). Пример: измерение мощности методом амперметра, вольтметра. P = U*I.

Совокупными измерениями называют измерения, производимые одновременно для нескольких одноименных величин, при которых искомую величину находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Пример: измерение индуктивности катушки и межвитковой ёмкос­ти.

Совместными измерениями называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними.

Пример: определение температурного коэффициента сопротивление резистора.

Принцип измерений - совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Пример: измерение напряжения на основе электро­статического взаимодействия заряжённых проводников.

Метод измерений - совокупность приёмов, используемых принци­пов и средств измерения. Различают два основных метода измерений: непосредственной оценки и сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, в котором значение физической величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия.

Методы сравнения с мерой - методы измерений, в которых измеряемую величину находят, сравнивая с величиной, воспроизводимой мерой. Пример: измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с Э.Д.С. нормального элемента. В методе сравнения с мерой можно выделить следующие разновидности:

а) Метод противопоставления, - в котором измеряемая величина и величина воспроизводимая мерой одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величи­нами. Пример: измерение частоты на осциллографе с помощью фигур Лиссажу.

б) Нулевой метод – разновидность метода сравнения, в которой результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля.

в) Метод дифференциальный, в котором на измерительный прибор (не обязательно прибор сравнения) действует разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой. Пример: измерение электрического сопротивления мостом с не­полным его уравновешиванием.

г) Метод замещения, - в котором измеряемую величину замещают в измерительной установке известной величиной, воспроизводимой мерой, Пример: измерение амплитуды напряжения на осциллографе, имею­щем калибратор напряжения.

д) Метод совпадения - о значении разности измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой судят по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. На этом методе основана работа многих циф­ровых измерительных приборов, стробоскопа, нониусной шкалы.

1.3. Элементы теории погрешностей

В зависимости от характера проявления, причин возникновения, а также способов учёта или исключения все погрешности измерений можно разделить на три группы:

1) случайные;

2) систематические;

3) Грубые погрешности и промахи.

Случайной погрешностью называется составляющая погрешности измерений, изменяющаяся случайно при повторных измерениях одной и той же величины. Причины их возникновения и закономерности неиз­вестны или их невозможно учесть. Эти погрешности обусловлены случайными факторами.

Систематической погрешностью измерений называется составля­ющая погрешности, остающаяся постоянной или закономерно изменяю­щаяся при повторных измерениях одной и той же величины. Эти погрешности обусловлены факторами, которые в процессе измерений остаются постоянными или изменяются по определённому закону. Их можно учесть или исключить из результатов измерений.

Грубые погрешности - погрешности измерения, существенно превышающие ожидаемые при данных условиях. Они возникают под влиянием неожиданно сильного проявления одного из случайных факторов. Промахи связаны с неверными действиями оператора.

По причине возникновения погрешности можно разделить на ин­струментальные, погрешности установок, внешних влияний, методичес­кие, субъективные.

Инструментальные погрешности - обусловленны несовершенством инструментальных средств. Пример: погрешность из-за неточности нанесения делений на отсчетную шкалу, погрешность из-за люфтов и износа деталей.

Погрешность установок - возникает при работе приборов в неправильном положении или из–за несогласованности характеристик прибо­ров, составляющих измерительную установку.

Погрешности внешних влияний появляются в связи с тем, что на работу прибора или количество меры могут оказать влияние темпе­ратура окружающей среды, влажность, давление, вибрация, воздушные потоки, электрические и магнитные поля

Методические (теоретические) погрешности возникают вследствие недостаточной разработки теории метода измерения, а также от упро­щений, допускаемых при проведении измерений. Пример: Подключение вольтметра с недостаточной чувствительностью (малым внутренним сопротивле­нием) может существенно изменить распределение токов и напряжений в исследуемой схеме.

Субъективные (личные) погрешности обусловлены индивидуальны­ми особенностями оператора (слухом, зрением и т.д.).

Случайные погрешности

Причин, вызывающих погрешности, может быть много, а влияние каждой из них мало и изменчиво. В этом случае величина погрешности является случайной. Устранить случайные погрешности невозможно, но существуют методы их оценки, основанные на теории вероятности и математической статистике. Задача оценки погрешности результата измерения состоит в том, чтобы охарактеризовать неопределённость полученного результата, т.е. указать границы изменения погрешности результата измерения при повторных измерениях. Наиболее полной ха­рактеристикой случайной погрешности, как и любой случайной величины, яв­ляется закон распределения их вероятностей, определяющий возможные значения случайной погрешности и вероятность их появления

В большинстве физических измерений случайные погрешности подчиняются закону нормального распределения - закону Гаусса.

Случайную погрешность DXi i -го результата измерении можно представить как разность между результатом измерения и мате­матическим ожиданием М[Х] измеряемой величины, которое при отсутствии систематических погрешностей принимается за истинное значение измеряемой величины:

 
 

Плотность нормального распределения вероятностей случайных погрешностей или дифференциальная функция нормального распределе­ния Р(x) выражается формулой Гаусса:

где DX - случайная абсолютная погрешность; s - среднеквадра­тическое отклонение.

Величина s 2 - дисперсия случайной погрешности. Она представляет собой математичес­кое ожидание квадрата случайной погрешности, характеризуя раз­брос результатов измерения из-за наличия случайных погрешностей. В теории вероятности эта величина называется вторым центральным моментом: . Математическое ожидание – 1-й начальный момент: . Заметим, что математическое ожидание, статистическим аналогом которого является среднее арифметическое в общем случае не рав­но истинному значению измеряемой величины при конечном числе изме­рений. При N®¥ и отсутствии систематической погреш­ности M[x]®x0, где x0 - истинное значение.

Наряду с нормальным законом распределения случайной величины могут иметь место и другие законы распределения: равномерный, треугольный, трапециидальный. Примерами случайных погрешностей с равномерным распределением являются погрешности, обусловленные сухим трением в опорах стре­лочного прибора, погрешности отсчёта по равномерной шкале анало­говых приборов, погрешности цифрового отсчёта. Дисперсию для этих распределений можно определить по приведенной выше формуле, рассчитав предварительно P(x). Для расчета P(x) используем свойство . Например, для равномерного распределения находим, что P(x)=1/2a в интервале – а£ x £ а. Тогда s 2=a2/3; . Аналогично можно определить, что для треугольного закона .

Оценка погрешности результата измерения при n равноточных измерениях.

Наиболее достоверным значением, которое можно приписать измеряемой величине, является среднее арифметическое значение ря­да одинаковых изменений:

Оценкой математического ожидания M[x] измеряемой величины будет . Отклонение результата каждого измерения (по числовому значению и по знаку) определяется из выражения . Имеют место следующие свойства минимальна при А= M[x].

Приближённое значение дисперсии определяется по приближённой формуле Бесселя . Оценка среднеквадратического отклонения характеризует точность отдельного измерения и определяется всей совокупностью условий измерений. Оценка характеризует степень рассеяния результата измерений вокруг среднего арифметического. Так как среднее ­арифметическое обладает некоторой случайной погрешностью, то вводится понятие оценки среднеквадратического отклонения средне­арифметического, равного

Рассмотренные оценки результата измерения, выраженные одним числом, называются точечными оценками.

Точечная оценка погрешности измерения неполная, поскольку указывает на границы интервала, в котором может нахо­диться истинное значение x0, но ничего не говорит о вероятности попадания x0 в этот интервал. При интервальной оценке опреде­ляется доверительный интервал, между границами которого с опреде­лённой вероятностью находится истинное значение x0. Вероятность попадания случайной погрешности в некоторый заданный интервал между D1 и D2 равна

Введя замену переменной k = Dx/s для симметричного интервала D1 = D2, получим , где t = D2/s. 0£Ф(t)£1. Вычисление данного интеграла позволяет установить соответствие между значениями Р и t.

Р 0,5 0,68 0,95 0,98 0,99 0,997
t 0,667 2,33 2,58

Для оценки случайных погрешностей кроме доверительного интер­вала [-s;s] иногда используют доверительный интер­вал [-2/3s; 2/3s], но чаще всего [-3s;3s]. При D1,2 = 2/3s (см таблицу) появление случайных погрешностей в пределах и за пределами интервала равно­вероятно. Вероятность появления случайных погрешностей, абсолют­ное значение которых более 3s, составляет 0,3% (0,003). Интервал ± 3s в случае нормального закона представляет собой интервал достаточно достоверного результата измерения. Поэтому принято считать при практических измерениях, что появление погрешности, большей 3s, почти исключено.

При технических измерениях, когда значение измеряемой вели­чины определяется при малом числе измерений 2 £ n <20, размер доверительного интервала увеличивается и правильнее опреде­лить его по формуле D1,2 = tp,n, где tp,n - коэффициент распределения Стьюдента - зависит от задаваемой вероятности P, числа измерений n, и определяется по таблице, рассчитанной на основании уравнения

где k = n-1 ¸ число степеней свободы, S(t,n) -плотность распределения Стьюдента; n – число измерений

P 0,9 0,95 0,98
n
6,314 12,706 31,821
2,920 4,303 6.965
2,015 2,571 3,36

Обработка результатов измерения

Обработка результатов измерения состоит в определении прибли­жённого значения измеряемой величины x c указанием погрешнос­ти. В случае n равноточных измерений она производится по следующему алгоритму.




Систематические погрешности,

Систематические погрешностио, делятся на постоянные и переменные. Постоянные систематические погрешности не изменя­ются в течение всего времени измерения.

Переменные систематические погрешности могут изменять свою величину и знак в процессе измерений по определённому закону

Обнаружение, оценка и исключение систематических погрешнос­тей является сложной задачей метрологии.

Исключение систематических погрешностей

В любом методе измерений отсутствие тех или иных системати­ческих погрешностей или то, что они имеют малую величину, необхо­димо доказать. Необнаруженная систематическая погрешность опаснее случайной, т.к. случайная погрешность может быть сведана к миниму­му большим числом измерений. Поэтому при разработке новых методов измерений или новых приборов необходимо выявить и исключить систе­матические погрешности. Существуют следующие способы исключение систематических погрешностей

I. Устранение источников погрешности до начала измерений.

II. Исключение погрешности в процессе измерений.

III. Внесение поправок в результат измерений.

До начала измерения можно провести поверку прибора и его регулировку, т.е. исключить инструментальную погреш­ность носящую систематический характер.

Исключение погрешности в процессе измерения осуществля­ется двумя способами:

а) Способ замещения заключается в том, что измеряемый объект заменяется образцом, при неизменном условии проведения опыта.

б) Способ компенсации систематической погрешности по знаку заключается в том, что производится два изме­рения, при которых систематическая погрешность один раз входит в результат со знаком "+", а в дру­гой раз со знаком "-". Среднее арифметическое не содержит погрешности.

Исключение систематической погрешности после измерения производится путём внесения поправок или умножения на поправочный коэффициент результата измерения. Если поправка складывается с результатом, то такая систематическая погрешность называется аддитивной (погрешность уста­новки нуля). Если для устранения погрешности необходимо умножить результат на некоторый коэффициент, то такая погрешность называ­ется мультипликативной (погрешность чувствительности прибора).

Часто исключить систематическую погрешность не удаётся по одной из двух причин:

1. Не с чем сравнить результат для поверки.

2. Измерение проводилось с помощью интегрирующих приборов, когда сама измеряемая величина непрерывно изменяется. В таких случаях необходимо определить границы возможных системати­ческих погрешностей.

Погрешности средств измерений.

Различают погрешнос­ти результата измерения и погрешность самого прибора или меры. Погрешность результата измерения включает помимо погрешности прибора и другие составляющие, например, погрешность метода, субъективную погрешность. Погрешность средств измерений включают в себя обе составля­ющие - систематическую и случайную.

Все средства измерений, независимо от их конкретного испол­нения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выпол­нения ими их функционального назначения. Технические характе­ристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологи­ческими характеристиками. Перечень важнейших из них регла­ментируется ГОСТ 8.009—72 «ГСИ. Нормируемые метрологиче­ские характеристики средств измерений». Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации по­средством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например, автоматических измерительных систем.

Одной из основных метрологических характеристик измеритель­ных преобразователей является статическая характеристика пре­образования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость у = f(х) информативного параметра у выходного сигнала измери­тельного преобразователя от информативного параметра х вход­ного сигнала.

Статическая характеристика нормируется путем задания в форме уравнения, графика или таблицы некоторой номинальной статической характеристики, которая официально приписывается данному измерительному преобразователю при номинальных зна­чениях неинформативных параметров входного сигнала. Понятие статической характеристики применимо и к измерительным прибо­рам, если под независимой переменной х понимать значение измеряемой величины или информативного параметра входного сигна­ла, а под зависимой величиной y — показание прибора.

Если статическая характеристика преобразования линейна у=К х, то коэффициент К называется чувствительностью измери­тельного прибора (преобразователя). В противном случае под чувствительностью следует понимать производную от статической характеристики.

Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т. е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя на одно деление шкалы. Если чувствительность постоянна в каждой точке диапа­зона измерения, то шкала называется равномерной. При неравно­мерной шкале нормируется наименьшая цена деления шкалы из­мерительных приборов, а также многозначных мер со шкалой. У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и для них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Важнейшей метрологической характеристикой средств измере­ний является погрешность.

Под абсолютной погрешностью меры понимается алгебраиче­ская разность между ее номинальным Хн и действительным Хд значениями: D = Хн - Хд, а под абсолютной погрешностью измерительного прибора — раз­ность между его показанием ХП и действительным значением Хд измеряемой величины: D = ХП д.

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя мо­жет быть выражена в единицах входной или выходной величины. В единицах входной величины абсолютная погрешность преобра­зователя определяется как разность между значением входной ве­личины X, найденной по действительному значению выходной величины и номинальной статической характеристике преобра­зователя, и действительным значением Хд входной величины: D = Х - Хд. Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т. е. выраженное в про­центах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством из­мерений величины: d = 100 D X/Xд. Обычно d<<1, поэтому в формулу вместо действитель­ного значения часто может быть подставлено номинальное значе­ние меры или показание измерительного прибора.

Если диапазон измерения прибора охватывает и нулевое зна­чение измеряемой величины, то относительная погрешность об­ращается в бесконечность в соответствующей ему точке шкалы. В этом случае пользуются понятием приведенной погрешности, равной отношению абсолютной погрешности измерительного при­бора к некоторому нормирующему значению XN: g= 100 D X/XN.

В качестве нормирующего значения принимается значение, ха­рактерное для данного вида измерительного прибора. Это может быть, например, диапазон измерений, верхний предел измерений, длина шкалы и т. д. Правила выбора нормирующего значения приводятся в ГОСТ 8.009—72.

Погрешности измерительных средств принято подразделять на статические, имеющие место при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей, и динамические, появляющиеся при измере­нии переменных величин и обусловленные инерционными свойст­вами средств измерений.

Согласно общей классификации, статические погрешности из­мерительных средств делятся на систематические и случайные. Систематические погрешности являются в общем случае, функци­ей измеряемой величины, влияющих величин (температуры, влаж­ности, напряжения питания и пр.) и времени.

В функции измеряемой величины систематические погрешно­сти находят при поверке и аттестации образцовых приборов, например, измерением наперед заданных значений измеряемой величины в нескольких точках шкалы. В результате строится кри­вая или создается таблица погрешностей, которая используется, для определения поправок. Поправка в каждой точке шкалы чис­ленно равна систематической погрешности и обратна ей по знаку, поэтому при определении действительного значения измеряемой величины поправку следует прибавить к показанию прибора. Так, если поправка к показанию динамометра 120 Н равна +0,6 Н, те действительное значение измеряемой силы составляет 120 + 0,6 = 120,6 Н. Удобнее пользоваться поправкой, чем системати­ческой погрешностью, поэтому приборы чаще снабжают кривыми или таблицами поправок.

Систематическую погрешность в функции измеряемой величи­ны можно представить в виде суммы погрешности схемы, опреде­ляемой самой структурной схемой средства измерений, и техноло­гических погрешностей, обусловленных погрешностями изготов­ления его элементов.

Как те, так и другие виды погрешностей можно рассматривать в качестве систематических лишь при измерении постоянной ве­личины с помощью одного экземпляра измерительного прибора. В массе же измерений различных значений физической вели­чины, осуществляемых одним или многими приборами того же типоразмера, эти систематические погрешности приходится отно­сить к классу случайных.

Выделение систематических погрешностей в отдельную группу обусловливается, таким образом, лишь тем, что при поверке из­мерительных средств они могут быть определены для каждой точ­ки шкалы и исключены из результатов последующих измере­ний. Именно так и поступают при точных метрологических изме­рениях.

Между погрешностями схемы и технологическими погрешностя­ми средств измерений существует принципиальная разница. Если первые накладывают свой отпечаток на характер изменения по шкале суммарной погрешности всех средств измерений - данного типоразмера, то технологические погрешности индивидуальны - для каждого экземпляра, т. е. их значения в одних и тех же точках шкалы различны для различных экземпляров приборов. Этим, конечно, не отрицается возможность существования вероятностных связей между ними как в одной, так и в нескольких точках шкалы, поскольку общность технологического процесса изготовления приборов данного типа, несомненно, создает некоторую общность изменения их технологических погрешностей.

К числу характеристик погрешности относится также вариация выходного сигнала измерительного преобразователя или вариация показаний измерительного прибора. Согласно ГОСТ 8.009—72 ва­риацией называется средняя разность между значениями инфор­мативного параметра выходного сигнала измерительного преобра­зователя (или показаний измерительного прибора), соответствую­щими данной точке диапазона измерений при двух направлениях медленного многократного изменения информативного параметра входного сигнала в процессе подхода к данной точке диапазона. Вариация возникает из-за трения и зазоров в сочленениях подвижных деталей механизмов средств измерений или гистерезисных яв­лений, свойственных его элементам.

Динамические погрешности обусловливаются инерционными свойствами средств измерений и появляются при измерении пере­менных во времени величин. Типичным случаем является измере­ние с регистрацией сигнала, изменяющегося со временем. Если x(t) и y(t) — сигналы на входе и на выходе средства измерений с чувствительностью К, то динамическая погрешность определяет­ся как zД = y(t)/K - x(t).

Для средств измерений, являющихся линейными динамически­ми системами с сосредоточенными, постоянными во времени пара­метрами, наиболее общая характеристика динамических свойств — это дифференциальное уравнение. В этом случае уравнение линейное с постоянными коэффициентами: , где y(i)(t) и x(j)(t) - i-е и j-е производные входного и выходного сигналов; аi и bj, -- постоянные коэффициенты, n и m — порядок левой и правой частей уравнения, причем n > m.

Дифференциальное уравнение является метрологической харак­теристикой средств измерения, поскольку позволяет при известном сигнале на входе x(t) найти выходной сигнал у(t) и после под­становки их в соответствующее выражение вычислить динамическую погреш­ность.

Для нормирования динамических свойств средств измерения часто указывают не само дифференциальное уравнение, а другие, производные от него, динамические характеристики, которые более просто находятся экспериментальным путем. Сюда относятся пе­редаточная функция, амплитудная и фазовая частотные характе­ристики, переходная и импульсная переходная функции.

К числу метрологических характеристик средств измерения от­носятся и не информативные параметры выходного сигнала изме­рительного преобразователя или меры, поскольку они могут ока­зывать существенное влияние на погрешность средства измерений. Например, непостоянство амплитуды колебаний баланса наручных часов (неинформативный параметр) приводит к изменению часто­ты его колебаний (информативный параметр).

При восприятии измеряемой величины или измерительного сигнала средство измерения оказывает некоторое воздействие на объ­ект измерения или на источник сигнала. Результатом этого воз­действия может быть некоторое изменение измеряемой величины относительно того значения, которое имело место при отсутствии средства измерения. Такое обратное воздействие средства изме­рения на объект измерения особенно четко просматривается при измерении электрических величин.

Так, ЭДС нормального элемента определяется как напряжение на его зажимах в режиме холосто­го хода. При измерении этого напряжения вольтметром с некото­рым конечным входным сопротивлением результат измерения будет зависеть от соотношения между внутренним сопротивлением нормального элемента (его выходное сопротивление) и входным сопротивлением вольтметра. Для оценки возникающей при этом погрешности необходимо знать значения этих сопротивлении, по­этому их следует рассматривать как метрологические характеристики меры (нормальный элемент) и измерительного прибора (вольтметр). В более сложных случаях эти сопротивления могут быть комплексными, и тогда носят общее название входного и выходного импеданса. Для средств измерения неэлектрических величин под входным импедансом понимается отношение обобщенной силы, действующей на входе измерительного прибора или преобразователя, к обобщенной скорости, действующей во входной цепи. Обобщенная сила и скорость выбираются при этом, как две взаимодействующие величины, одна из которых является измеряемой, а их произведение образует мощность.

Так, для вольтметра измеряемой величиной является напряжение (обобщенная сила), тогда обобщенной скоростью должна быть сила тока. Их отношение и есть сопротивление. При измерений силы пружинным динамометром эта сила является обобщенной силой, а в качестве обобщенной скорости следует, рассматривать скорость деформации упругого элемента под действием этой силы. Их отношение образует входной импеданс динамометра. Однако для средств измерений неэлектрических величин импедансы пока еще, как правило, непосредственно не нормируются. Вместо них в научно-технической документации приводятся другие характеристики, описывающие меру воздействия средства измерений на объект измерений, например, измерительное усилие для средств измерений перемещений.

Таким образом, метрологическими характеристиками, описывающими взаимодействие средств измерений друг с другом или с объектом измерений, являются: выходной импеда

Конечно, для полного рассмотрения вопроса 'Эталоны времени и частоты', приведенной информации не достаточно, однако чтобы понять основы, её должно хватить. Если вы изучаете эту тему, с целью выполнения задания заданного преподавателем, вы можете обратится за консультацией в нашу компанию. В нашей команде работает большой состав специалистов, которые разбираются в изучаемом вами вопросе на экспертном уровне.

Заказ

ФОРМА ЗАКАЗА

Бесплатная консультация

Наша компания занимается написанием студенческих работ. Мы выполняем: дипломные, курсовые, контрольные, задачи, рефераты, диссертации, отчеты по практике, решаем тесты и задачи, и многие другие виды заданий. Чтобы узнать стоимость, а так же условия выполнения работы заполните заявку на этой странице. Как только менеджер увидит ваше сообщение, он сразу же свяжется с вами.

Этапность

СОПРОВОЖДЕНИЕ КЛИЕНТА

Получить работу можно всего за 4 шага

01
Оставляете запрос

Оформляете заказ работы, заполняя форму на сайте.

02
Узнаете стоимость

Менеджер оценивает сложность. Узнаете точную цену.

03
Работа пишется

Оплачиваете и автор приступает к выполнению задания.

04
Забираете заказ

Получаете работу в электронном виде на вашу почту.

Услуги

НАШ СЕРВИС

Что мы еще делаем?

icon
Рефераты

от 580 рублей

ПОДРОБНЕЕ
icon
Семестровые работы

от 1480 рублей

ПОДРОБНЕЕ
icon
Творческие работы

от 180 рублей

ПОДРОБНЕЕ
icon
Отчеты по практике

от 780 рублей

ПОДРОБНЕЕ
icon
Решение задач

от 180 рублей

ПОДРОБНЕЕ
icon
Написание текста

от 80 рублей

ПОДРОБНЕЕ