Разработка вторичного эталона единицы длины для измерения уровня жидкости, страница 10

№п./п.	Установочное расстояние , мм	Расстояние, измеренное по рулетке , мм	, мм
9		996,7	361,9
10		996,7	362,0
11		9968	361,5
12		996,3	361,5
13		996.3	361,5
14		996,3	361,5
15		996,4	361,6
16		996,6	361,8
17		997,2	362,4
18		997,1	362,3
19		997,1	362,3
20		996,4	361,6
Среднее значение	653,8	996,67	—

Эталонное значение, измеренное с помощью штангенрейсмасса, остается прежним, т.е. .

В данном эксперименте, прежде всего, представляет интерес оценка математического ожидания погрешности. По результатам измерений, .

Вывод: при добавлении в жидкость (воду) 10% NaCl привело к увеличению электропроводности жидкости и заметному уменьшению регистрируемого расстояния до поверхности воды в среднем на 0,6 мм, это свидетельствует о том, что электропроводность жидкости влияет на результат измерения, и при дальнейших исследованиях это влияние необходимо учитывать.

2.4  Метрологический анализ метода измерения

Метрологический анализ метода измерения проводится с целью определения нормируемых метрологических характеристик эталона и оценивания влияющих факторов, и степени их влияния на результат измерения.

2.4.1  Измерительная формула метода и основные источники погрешности.

2.4.1.1  Измерительная формула.

Формула измерения уровня жидкости  в резервуаре (емкости) имеет вид:

                                         ,                                             (2.10)

где      – расстояние от установочного начального расположения датчика до дна резервуара, являющееся величиной постоянной и заранее известной;

           – длинна тела ОДУ-э от верхнего упорного конца до конца иглы.

Расстояние  определяется по формуле:

,                                                  (2.11)

где  – расстояние, считываемое по шкале нониуса мерной рулеточной ленты в момент остановки щупа;

           – начальное показание на мерной ленте.

С учетом (2.12) измерительная формула для определения уровня жидкости принимает следующий вид:

.         (2.12)

В соответствии с измерительной формулой (2.13) составляющая суммарной абсолютной случайной погрешности измерения уровня  (по аналогии с формулой дифференциала) определяется выражением:

,                                       (2.13)

где значками  обозначены абсолютные погрешности соответствующих величин и параметров формулы (2.14).

Погрешность измерения, т.е.  включает в себя следующие составляющие:

-  погрешность считывания показаний по шкале нониуса мерной рулеточной ленты;

-  погрешность определения границы раздела сред воздух-жидкость измерительным щупом, т.е. погрешность “контакта”;

-  погрешность установки начального положения ОДУ-э;

-  погрешность рулетки;

-  погрешность определения длинна тела ОДУ-э от верхнего упорного конца до конца иглы.

Перечисленные выше погрешности относятся к основной погрешности метода измерения.

2.4.1.2  Другие источники погрешностей:

2.4.1.2.1  погрешность определения расстояния  от установочного начального расположения датчика до дна резервуара;

2.4.1.2.2  упругое удлинение мерной ленты под воздействием веса ОДУ-э;

2.4.1.2.3  температурное изменение длины мерной ленты;

2.4.1.2.4  погрешность установки начального положения   ОДУ-э.

Перечисленные погрешности имеют как случайные, так и систематические составляющие, последние частично могут быть учтены, а неисключенные систематические составляющие погрешности большей частью могут быть переведены в случайные. Погрешности по п.п. 2.4.1.2.2-2.4.1.2.3 носят систематический характер и могут быть учтены теоретически; их целесообразно рассматривать как дополнительные погрешности.

2.4.2  Схема метрологического анализа.

На рисунке 2.4 изображена функциональная схема метрологического анализа. На этой схеме указаны основные факторы, которые приводят к дополнительным погрешностям измерения уровня жидкости. Имеется большое количество составляющих погрешностей, что существенно затрудняет теоретический анализ результирующей погрешности. Поэтому метрологический анализ целесообразно проводить комплектным методом по входным и выходным сигналам в виду указанной сложности анализа и выделения инструментальных погрешностей отдельных узлов, а окончательное определение суммарной погрешности устройства целесообразно проводить экспериментально комплектным методом на государственном первичном эталоне ДЕТУ 03-02-97.

2.4.3  Оценка основной погрешности.

2.4.3.1  Погрешность считывания.

Эта погрешность  определяется ошибкой оператора при считывании показаний с рулеточной ленты и метрологическими особенностями этой ленты, а именно: толщиной отсчетных рисок и точностью их нанесения. Если считывание производится с помощью нониусной шкалы, то можно обеспечить визуальный отсчет результатов с рулеточной ленты, по крайней мере, с точностью ±0,1мм или даже ±0,05мм.

Данная погрешность носит случайный характер. Приняв равномерный закон распределения случайной составляющей погрешности в диапазоне ±0,1мм можно определить среднеквадратическое отклонение случайной составляющей погрешности по формуле:

                              ,                                        (2.14)

где      – максимальная погрешность контрольного средства измерительной техники (штангенрейсмасса), .

Тогда случайная составляющая погрешности

                    .

2.4.3.2  Погрешность определения границы раздела сред воздух-жидкость измерительного щупа, т.е. погрешность “контакта”.