Лекція №6

6.1 Похибки засобів вимірювальної техніки

Похибки вимірювань визначаються головним чином похибками ЗВТ, але вони не рівнозначні їм.

Розрізняють похибки ЗВТ в статичному і динамічному режимі їх використання, а також статичну і динамічну складові похибок (тобто стабільну та змінну в часі складові).

Відрізняють також за походженням інструментальні та методичні похибки.

Інструментальні похибки виникають внаслідок недостатньої якості виготовлення елементів ЗВТ. До них відносять похибки виготовлення та складання елементів ЗВТ, недостатньої пружності та старіння його деталей та ін. Необхідно відмітити, що інструментальні похибки індивідуальні для кожного ЗВТ.

Причиною виникнення методичних похибок є недосконалість методу вимірювання, тобто той факт, що ми свідомо вимірюєм не ту величину, яка нам потрібна, а іншу, яка лиш приблизно, але набагато простіше реалізується.

Як приклад, можна привести метод вимірювання величини струму І за допомогою вольтметра V та опору R, схема якого приведена на рисунку 6.1.

І І₁ R

І₂

V

Рисунок 6.1 – Електрична схема

І=І₁+І₂

де І₁ – струм, що протікає через опір R;

І₂ – струм, що протікає через вольтметр.

За показами вольтметра можна визначити струм за формулою:

.

Але загальний струм в колі: І¹І₁.

Також прикладом може бути визначення довжини кола С за відомим радіусом R:

С=2×p×R, де p - 3.141592...

У залежності від точності визначення p, може змінюватись похибка вимірювання.

Отже, причиною появи методичних похибок може бути неточність співвідношень, які використовуються для находження оцінки вимірюваної величини.

Інструментальні та методичні похибки, а також похибки від неправильної установки ЗВТ та суб'єктивні похибки, (тобто ті, що вносяться оператором) входять в групу систематичних похибок, які відрізняються одна від одної причинами появи. Нагадуємо, що систематичні похибки - це похибки, які при повторних вимірюваннях залишаються постійними або змінюються по відомих закономірностях. Вони не залежать від числа вимірювань і їх можна виключити шляхом введення поправок.

У загальному вигляді похибки ЗВТ - це відхилення його реальної функції перетворення від номінальної.

У залежності від форми вираження, похибки ЗВТ поділяються на:

- абсолютну похибку D_х - різниця між показами ЗВТ та істинним (дійсним) значенням вимірюваної величини, тобто

де Х_n - покази ЗВТ;

Х_d - дійсне значення;

- відносну похибку d - це відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини, тобто:

,

(виражається в відсотках);

- приведену похибку g - це відношення абсолютної похибки D_х до нормованого значення, вираженого у відсотках

,

X_n - нормоване значення, яким може бути:

- верхня границя вимірювання;

- діапазон вимірювання;

- довжина шкали і т.д.

6.2 Класи точності засобів вимірювальної техніки

Клас точності - це узагальнена характеристика ЗВТ, що визначається границями його допустимих основної та додаткової похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність.

Границі допустимої основної та додаткової похибок ЗВТ для кожного із класів точності встановлюється у вигляді абсолютних або відносних (приведених) похибок. ЗВТ, границі допустимих похибок яких виражаються в одиницях вимірювальної величини, присвоюються класи точності, позначені порядковими номерами, причому ЗВТ з більшим значенням допустимої похибки встановлюється клас більшого порядкового номера. В цьому випадку, позначення класу точності не зв’язано з значенням похибки, тобто має умовний характер.

Приклад: гирі 1 -5 кл., міри довжини 1 -4 кл. та ін.

ЗВТ, границі допустимої основної похибки яких задаються у вигляді відносних (приведених) похибок, присвоюються класи точності, які вибирають із ряду (ГОСТ 13600-68):

К=(1; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0; 5.0; 6.0)×10ⁿ;

де n = 1; 0; -1; -2; ...

Основна похибка ЗВТ - це похибка, визначена в нормальних умовах застосування ЗВТ. Нормальні умови - це такі умови, коли температура, атмосферний тиск, вологість, частота струму та інші величини знаходяться в границях нормальної області значень. Наприклад: атмосферний тиск рівний 101.325±3.3кПа (7б0±25мм.рт.ст.), температура навколишнього середовища рівна 20±2 (⁰С), напруга живлення рівна 220±10В та ін.

Під границею основної допустимої похибки розуміють більшу (без врахування знаку) основну похибку ЗВТ, при якій він може бути визнаний придатним та допущеним до застосування.

Вказані нормальні умови, як правило, не є робочими умовами їх застосування, тому для кожного ЗВТ в стандартах або технічних умовах встановлюють розширені області застосування (наприклад, робоча температура +5⁰С +50⁰С, відносна вологість повітря від 30 до 70%, напруга живлення 220±20В та ін.).

Під границею допустимої додаткової похибки розуміють найбільшу (без врахування знаку) додаткову похибку, викликану зміною впливової величини в границях розширеної області, при якій ЗВТ може бути визнаний придатним і допущеним до застосування.

Для ЗВТ, границі допустимої основної похибки яких задаються відносною похибкою, клас точності позначається цифрою, що відповідає значенню похибки, занесеному в коло. Приклад: 1.0 .

Для ЗВТ, в яких границі допустимої основної похибки задаються приведеною похибкою, клас точності на них позначається цифрою, що відповідає значенню похибки. Приклад: ^1.0 (якщо за нормоване значення приймається діапазон вимірювання), або (якщо за нормоване значення приймається довжина шкали, що спостерігається часто в електровимірювальних комбінованих ЗВТ).

6.3 Повірка засобів вимірювальної техніки

ЗВТ, які перебувають в експлуатації випускаються із виробництва, ремонту та у продажі, видаються на прокат і на які поширюється державний метрологічний нагляд, підлягають повірці.

Повірка ЗВТ - це встановлення придатності ЗВТ, на яких поширюється державний метрологічний нагляд, до застосування на підставі результатів контролю їхніх метрологічних характеристик.

Державний метрологічний нагляд поширюється на вимірювання, результати яких використовуються під час:

- робіт по забезпеченню охорони здоров’я, захисту життя та здоров’я громадян;

- контролю якості і безпеки продуктів харчування;

- контролю стану навколишнього природного середовища;

- геодезичних і гідрометеорологічних робіт;

- торговельно-комерційних операцій і розрахунків між покупцем (споживачем) і продавцем (постачальником, виробником, виконавцем), в тому числі і у сферах побутових і комунальних послуг, послуг електро- та поштового зв’язку;

- податкових, банківських і митних операцій;

- обліку енергетичних і матеріальних ресурсів (електричної і теплової енергії, газу, води, нафтопродуктів тощо) за винятком внутрішнього обліку, який ведеться підприємствами, організаціями та громадянами-суб’єктами підприємництва;

- робіт, що виконуються за дорученням органів прокуратури та правосуддя;

- обов’язкової сертифікації продукції;

- реєстрації національних та міжнародних спортивних рекордів.

Також повірці підлягають робочі еталони, що є власністю організацій Держстандарту та вихідні еталони, що є власністю підприємств та організацій.

У загальному повірка - це спосіб передачі розміру одиниці вимірювань від еталона до робочих ЗВТ. Повірка ЗВТ має велике народногосподарське значення, особливо в торгівлі між країнами при визначенні якісних та кількісних показників продукції.

Перелік ЗВТ, що перебувають в експлуатації і підлягають повірці, складається їх користувачем та подається на погодження до організацій Держстандарту.

Повірка ЗВТ проводиться організаціями Держстандарту, акредитованими на право її проведення і здійснюється службовими особами - державними повірниками.

Повірку можуть виконувати метрологічні служби підприємств та організацій, акредитовані на право проведення цієї роботи.

Можуть також визнаватись результати повірки в інших країнах, якщо є укладені договори між країнами.

ЗВТ піддають первинній, періодичній, позачерговій, інспекційній та експертній повіркам.

Первинній повірці підлягають ЗВТ при випуску з виробництва і ремонту, а також при ввезенні з-за кордону при відсутності договорів або угод між країнами про взаємне визнання результатів повірки.

Періодичній повірці підлягають ЗВТ, які знаходяться в експлуатації, або призначені для продажу чи прокату.

Проміжок часу між повірками (повірочний інтервал) встановлюється таким чином, щоб забезпечити придатність ЗВТ до застосування протягом цього періоду.

Позачергова повірка проводиться в процесі експлуатації ЗВТ до закінчення міжповірочного інтервалу.

Інспекційна повірка проводиться з метою перевірки придатності ЗВТ до застосування при здійсненні державного метрологічного нагляду.

Експертна повірка проводиться у випадку виникнення спірних питань щодо метрологічних характеристик та придатності ЗВТ до застосування.

Повірку ЗВТ здійснюють згідно з вимогами НД щодо повірки та відповідних розділів технічної докуметації, якою комплектуються ЗВТ при випуску із виробництва.