Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

Метрологические свойства средств измерений – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.

Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ 8.009-84 "ГСИ. Нормируемые метрологические харак­теристики средств измерений". Комплекс нормируемых метрологических ха­рактеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было установить погрешность средств измерений в известных рабочих условиях экс­плуатации.

Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две группы:

1) свойства, определяющие область применения средств измерений;

2) свойства, определяющие качество измерения.

К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева или справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается малом изменении массы, как 10 мг.

К метрологическим свойствам второй группы относятся три главных свойствах, определяющих качество измерений: точность, сходимость измерений и воспроизводимость.

Наиболее широко в метрологической практике используется первое свойство – точность измерений. Рассмотрим его более подробно. Точность измерений средств измерений определяется их погрешностью.

Погрешность – это разность между показаниями средств измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Поскольку истинное значение физической величины не известно, то на практике пользуется ее действительным значением. Для рабочего средства измерения за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, - значение физической величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значения средств измерений, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному средству измерения, подлежащему поверке:

X_п = X_п – X_о, (4)

где ΔX_п – погрешность поверяемого средства измерения; X_п – значение той же самой величины, найденное с помощью поверяемого средства измерения; X_о – значение средства измерения, принятое за базу для сравнения, т.е. действительное значение.

Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с абсолютными и относительными погрешностями.

Точность измерений средств измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и относительной погрешности.

Определяемая по формуле (3) X_п является абсолютной погрешностью. Однако, в большей степени точность средств измерений характеризует относительная погрешность (δ), т.е. выраженные в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным средством измерения:

δ =100^.Dх_п/х_о (5)

Точность может быть выражена обратной величиной погрешности – 1/8. если погрешность δ = 0,1% или 0,001 = 10^-3, то точность равна 10³.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок.

При нормировании систематической составляющей погрешности средства измерения устанавливают пределы допускаемой систематической погрешности средства измерения –Δ. Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений средств измерений.

Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного итого же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средне арифметическая погрешность, дисперсия, размах результатов измерения. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.