Метрологические характеристики средств измерений.

Классы точности

К метрологическим характеристикам средств измерений относят такие характеристики, которые влияют на результат измерения и его погрешность. Характеристики, устанавливаемые в нормативных документах, называются нормированными; характеристики, определяемые экспериментально – действительными.

Номенклатура нормируемых метрологических характеристик зависит от назначения средства измерения, условий эксплуатации, режима работы и других факторов. Правила выбора и способы нормирования метрологических характеристик установлены ГОСТ 8.009-84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

Учет всех нормируемых метрологических характеристик средств измерений при оценивании погрешности результата измерений является сложной и трудоемкой процедурой, применяемой при измерениях повышенной точности. При измерениях на производстве, в учебной практике такая точность не всегда нужна.

Наиболее часто рассматривают следующие метрологические характеристики:

- градуировочные характеристики (цена деления, диапазон показаний, диапазон измерений и др.);

- показатели точности (погрешность средства измерений, класс точности).

Кроме того, существуют группы динамических метрологических характеристик и функции влияния. Динамические характеристики отражают инерционные свойства средств измерений и необходимы для оценивания динамических погрешностей результатов измерений. Функции влияния отражают зависимость метрологических характеристик средств измерений от возмущающих факторов и воздействий (характеризуют чувствительность средств измерений к влияющим факторам).

Цена деления, С – значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы.

Диапазон показаний– область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Диапазон измерений – область значений шкалы, в пределах которой нормирована допускаемая погрешность средства измерения. Для штриховых мер диапазоны показаний и измерений совпадают, для других средств измерений диапазон измерений ограничен 20…80 % конечного значения шкалы.

Погрешность средства измерения - разность между показаниями средства измерений и истинным значением измеряемой величины. Погрешность средства измерения определяют в результате поверки или калибровки. Поверку и калибровку проводят с помощью образцовых средств измерений, погрешность которых примерно в 10 раз меньше погрешности средств измерений, используемых на практике. В свою очередь образцовые средства измерений поверяют с помощью эталонных средств измерений. В ходе поверки и калибровки за истинное значение измеряемой величины принимают показания образцового или эталонного средства измерения.

Различают основную и дополнительную погрешность средства измерения. Основная погрешность средства измерения проявляется в нормальных условиях, дополнительная погрешность - в определенных рабочих областях влияющих величин (температуры, влажности и др.)

В практической работе при использовании не поверенного или не калиброванного средства измерения его погрешность может быть условно принята равной цене деления: = С или половине цены деления: =С/2.

Класс точности – обобщенная характеристика точности средств измерений данного типа. Для каждого класса точности нормируются требования к метрологическим характеристикам, которые в совокупности отражают уровень точности средств измерений этого класса. В первую очередь нормируется предел основной погрешности средства измерения.

Общие положения деления средств измерений на классы точности, способы нормирования метрологических характеристик, требования к которым зависят от класса точности, и обозначения классов точности приведены в ГОСТ 8.401-80 ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования.

Стандарт не устанавливает классы точности следующих средств измерений:

- средств измерений, для которых предусмотрены нормы отдельно для систематической и случайной составляющих погрешности;

- средств измерений, для которых предусмотрено нормирование номинальных функций влияния (при этом средства измерений предназначены для применения без введения поправок с целью исключения дополнительных погрешностей, возникающих из-за функций влияния);

- средств измерений, при применении которых необходимо учитывать динамические характеристики для оценки погрешности измерений.

Средствам измерений с несколькими диапазонами измерений одной и той же величины или предназначенным для измерений разных физических величин могут быть присвоены различные классы точности для каждого диапазона или каждой измеряемой величины.

Класс точности наносят на средства измерений и указывают в их эксплуатационных документах (паспортах, инструкциях). Класс точности присваивают средствам измерений при их разработке на основании приемочных испытаний. Класс точности обозначают чаще всего арабскими цифрами, а также заглавными буквами латинского алфавита, римскими цифрами, при маркировке средства измерения дополнительно могут применяться условные знаки (галочка, кружок).

Для многих средств измерений классы точности обозначают числами, которые равны пределам допускаемой основной погрешности в %. Например, классы точности 0,5; 1,5, пределы допускаемых основных погрешностей, соответственно - плюс-минус 0,5; 1,5%.

Классу точности, которому соответствует меньший предел допускаемой погрешности, соответствует буква, находящаяся ближе к началу алфавита, или цифра, означающая меньшее число.

Вопросы для самоконтроля

1. ГОСТ 8.401-80 ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования не устанавливает классы точности следующих средств измерений:

- средств измерений, для которых предусмотрены нормы отдельно для систематической и случайной составляющих погрешности;

- средств измерений, для которых предусмотрено нормирование номинальных функций влияния (при этом средства измерений предназначены для применения без введения поправок с целью исключения дополнительных погрешностей с учетом номинальных функций влияния);

- средств измерений, при применении которых необходимо учитывать динамические характеристики для оценки погрешности измерений;

- средств измерений с несколькими диапазонами измерений одной и той же величины или предназначенных для измерений разных физических величин.

Погрешности измерений

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

По источникам возникновения различают несколько составляющих погрешности измерения:

погрешность средства измерения возникает из-за несовершенства средства измерения, его старения, износа, неправильной установки и т.п.;

погрешность метода измеренияявляется следствием допущений, упрощений, предусмотренных в методике измерения или испытания, неточности формул и т.п.;

погрешность, возникающая из-за воздействия внешних условий: переменной температуры, давления и влажности воздуха, магнитных и электрических полей и др.;

погрешность оператора обусловлена проявлением индивидуальных особенностей человека, выполняющего испытания или измерения: остротой зрения, быстротой реакции, внимательностью и т.п.

В зависимости от характера появления погрешности их подразделяют на систематические и случайные. При этом погрешности разных источников возникновения могут иметь систематическую и случайную составляющие.

Систематическая погрешность– составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины. Например, погрешность средства измерения от параллакса. Параллакс -видимое смещение штрихов указателя и шкалы, вызванное смещением точки наблюдения. При постоянном месте расположения прибора и оператора погрешность от параллакса является постоянной. Закономерно изменяющаяся систематическая погрешность может быть связана с изменением показаний из-за нагрева прибора при длительной работе и др.

Систематические погрешности могут быть исключены, снижены или учтены в виде поправки (если её удается определить). Поправка – это значение величины, прибавляемая к полученному при измерении значению величины с целью полного или частичного устранения систематической погрешности.

Снижение и полное исключение систематических погрешностей производится путем профилактики их возникновения: правильной установкой и наладкой приборов, регулировкой освещенности, влажности и др. условий, уточнением или заменой методик и т.п.

Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности возникают под действием случайных величин и не могут быть заранее учтены. К возникновению случайных погрешностей может привести, например, колебание напряжения электросети, изменение освещенности, шум и др. причины.