А.Г. Сергеев С. 113

Характеристика одного из свойств средств измерений, влияющих на результат измерений или его погрешность называется метрологической характеристикой (МХ) СИ.

На основе знания о МХ СИ применяют следующие принципы их выбора:

· оценка пригодности средств измерений к применению в известном диапазоне измерений и условия эксплуатации,

· определение неопределённости результатов измерений СИ,

· достижения взаимозаменяемости СИ и их сравнения между собой и выбора нужных СИ,

· оценки технического состояния СИ при калибровке и метрологической аттестации,

· оценки инструментальной погрешности измерительных систем на основе входящих в них СИ.

Метрологические свойства средств измерения подразделяются на:

1) свойства, устанавливающие сферу применения средств измерения;

2) свойства, определяющие прецизионность и правильность полученных результатов измерения.

Свойства, устанавливающие сферу применения средств измерения, определяются следующими метрологическими характеристиками:

1) диапазоном измерений;

2) порогом чувствительности.

Диапазон измерений – это диапазон значений величины, в котором нормированы предельные значения погрешностей.

Порог чувствительности – это минимальное значение измеряемой величины, способное стать причиной заметного искажения получаемого сигнала.

Свойства, определяющие прецизионность и правильность полученных результатов измерения, определяются следующими метрологическими характеристиками:

1) правильность результатов;

2) прецизионность результатов. н

Точность результатов, полученных средствами измерения, определяется их погрешностью.

Погрешность средств измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Базой сравнения является значение, показанное средством измерения, стоящим выше в поверочной схеме, чем проверяемое средство измерения.

?Qn = Qn -Q0,

где? Qn – погрешность проверяемого средства измерения;

Qn – значение некой величины, полученное с помощью проверяемого средства измерения;

Q0 – значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).

Нормирование метрологических характеристик – это регламентирование пределов отклонений значений реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Главная цель нормирования метрологических характеристик – это обеспечение их взаимозаменяемости и единства измерений.

3. 6 Класс точности, основная, дополнительная погрешность погрешности СИ. (раздел 10 РМГ)

Класс точности СИ -обобщенная характеристика данного типа СИ, как правило, отражающая их уровень точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Основная погрешность – погрешность СИ, применяемого в нормальных условиях. Нормальные условия измерений устанавливаются разработчиками и изготовителями СИ конкретного вида и указываются в нормативно-технической документации. Основная погрешность СИ рассчитывается при значениях влияющих величин, установленных в качестве номинальных. Например,

Дополнительная погрешность- составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной погрености вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

Способ выражения предела допускаемой основной погрешности определяется назначением СИ и характером изменения погрешности в пределах диапазона измерения. В общем случае зависимость погрешности от входного сигнала может быть произвольной. Но из всего многообразия СИ по характеру изменения погрешности в пределах измерения можно выделить следующие основные группы:

СИ, для которых преобладает аддитивная составляющая погрешности;

СИ, для которых преобладает мультипликативная составляющая погрешности;

СИ, для которых необходимо учитывать обе (аддитивную и мультипликативную) составляющие погрешности.

В группе СИ, для которых преобладает аддитивная составляющая погрешности, предел допускаемой абсолютной погрешности можно записать выражением:

, где . (1)

В ряде случаев оказывается удобно нормировать предел допускаемой абсолютной основной погрешности с использованием одного числового значения в соответствии с (1) (например, для средств измерения линейных размеров - микрометры, штангенциркули и т.п.). Класс точности в этом случае принято обозначать путем указания числа (как, например, для микрометра ) либо в виде условных обозначений, в качестве которых используются римские цифры или прописные буквы латинского алфавита. Причем классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, должны соответствовать меньшие цифры или буквы, находящиеся ближе к началу алфавита.

Но для электроизмерительных приборов нормировать предел допускаемой основной погрешности путем указания одного числового значения в соответствии с (1.42) оказалось не очень удобно, так как при этом трудно сравнивать приборы по точности, если они имеют разные диапазоны измерений или являются многопредельными. Для таких приборов более удобным оказалось нормировать предел допускаемой основной приведенной погрешности и выражать его в процентах:

, (2)

где N - нормирующее значение.

Нормирующее значение выбирается в зависимости от особенностей конкретного СИ. В соответствии с ГОСТ 8.401-80 нормирующее значение принимают равным:

конечному значению шкалы прибора для СИ с равномерной шкалой, практически равномерной и степенной шкалой, если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы (например, для амперметра со шкалой );

сумме конечных значений шкалы прибора (без учета знаков), если нулевая отметка находится внутри шкалы (например, для миллиамперметра со шкалой );

номинальному значению измеряемой величины, если таковое установлено (например, для частотомера, предназначенного для контроля частоты питающей сети со шкалой );

длине шкалы (выраженной в мм), если шкала имеет резко сужающиеся деления (логарифмические, гиперболические шкалы, как, например, шкала омметра).

В последнем случае абсолютную погрешность и длину шкалы выражают в одних единицах (в мм).

Для приборов со шкалой, градуированной в единицах ФВ, для которой принята шкала с условным нулем (например, для приборов, измеряющих температуру в градусах Цельсия), нормирующее значение принимается равным разности конечного и начального значения шкалы (т.е. диапазону измерений ).

Приведенная погрешность СИ, определяемая в соответствии с (2), может иметь любое значение. Но для того, чтобы упорядочить требования к СИ по точности и ограничить номенклатуру их, конкретное значение приведенной погрешности для присвоения СИ класса точности следует выбирать из ряда чисел, регламентированного ГОСТ 13600 – 68 (выбирается ближайшее число со стороны больших значений):

1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6 *10 n, где n =1; 0; -1; -2;...

Класс точности указывается в технической документации на СИ и в виде условного обозначения наносится на шкалу или корпус измерительного прибора.

Если для СИ нормируется предел допускаемой основной приведенной погрешности в соответствии с (2), то условное обозначение класса точности представляет собой само число , выраженное в % (например, 0,5 или 2,0) во всех случаях, кроме тех, когда СИ имеет резко нелинейную шкалу. Для СИ с резко нелинейной шкалой (когда нормирующее значение N равно длине шкалы) условное обозначение класса точности имеет вид - или .

В группе СИ, для которых преобладает мультипликативная составляющая погрешности, предел допускаемой абсолютной погрешности можно записать в виде:

.

Переходя к относительным погрешностям, получаем, что предел допускаемой основной относительной погрешности для СИ этой группы (в процентах):

, где . (3)

Для СИ этой группы числовое значение b, выраженное в процентах выбирается из того же ряда чисел и указывается в технической документации в качестве класса точности. Условное обозначение класса точности на шкале или на корпусе прибора имеет вид -, например.

В группе СИ, для которых необходимо учитывать как аддитивную, так и мультипликативную составляющие погрешности, предел допускаемой абсолютной погрешности можно выразить в виде суммы двух членов:

,

где Х - значение измеряемой величины;

a и b - положительные числа, не зависящие от Х.

Предел допускаемой основной погрешности для приборов этой группы нормируется по величине приведенной погрешности. Нормирующей величиной является конечное значение шкалы - , но приведенная погрешность определяется в двух точках шкалы: при (начальная отметка шкалы); и при (конечная отметка шкалы).

Приведенная погрешность для любой точки шкалы (в процентах):

, (4)

при ;

при ,

где - приведенная погрешность в начале шкалы,

- приведенная погрешность в конце шкалы.

Числовые значения и , выраженные в процентах, выбираются из ряда чисел, регламентированных ГОСТом, и приводятся в технической документации в качестве класса точности СИ, включающего аддитивную и мультипликативную составляющую погрешности. Условное обозначение класса точности на шкале или на корпусе прибора имеет вид дроби - (например, ).

Для средств измерения этой группы предел допускаемой основной абсолютной и предел допускаемой основной относительной погрешностей могут быть записаны с использованием (5) формулами:

(1.46)

где - используемый предел измерения;

- результат измерения (отсчет по шкале).

Рассмотренные четыре способа нормирования предела допускаемой основной погрешности наиболее часто используются для средств электрических измерений, но не исчерпывают всех возможных вариантов нормирования предела допускаемой основной погрешности. В обоснованных случаях ГОСТ разрешает устанавливать предел допускаемой основной погрешности по более сложной формуле, или в виде таблицы, или графика.

Как уже упоминалось, пределы допускаемых дополнительных погрешностей нормируются путем указания их связи с пределом допускаемой основной погрешности. Таким образом, класс точности СИ позволяет оценить как допускаемые пределы основной погрешности, так и допускаемые пределы всех дополнительных погрешностей по отдельности, соответствующие рабочим условиям эксплуатации СИ.

В заключение следует подчеркнуть следующее. Класс точности СИ не является непосредственной характеристикой точности проведенных с помощью него измерений, но класс точности позволяет оценить (рассчитать) погрешность полученного результата. Класс точности является обобщенной характеристикой точности СИ. Допускаемый предел основной погрешности есть предел суммы систематической и случайной составляющих погрешности СИ, но поскольку в техническом описании, как правило, отсутствуют сведения о виде закона распределения случайной составляющей погрешности, принято (если нет других оснований) считать распределение основной погрешности в пределах указанных границ равномерным.

Лекция №4 Тема 1 Теория и средства измерений Методы измерительных преобразований: прямого преобразования и уравновешивания. Нормирование динамических характеристик СИ. Метрологическая надежность СИ.