Погрешности средств измерений

От погрешностей, присущих средствам измерений, зависит погрешность результата измерений той или иной физической величины, т. е. погрешность средств измерений является важнейшим компонентом, влияющим на качество измерений. Теоретически погрешность средств измерений есть разница между значением величины, полученным при помощи этого средства, и истинным значением. Поскольку истинное значение величины неизвестно, на практике вместо него пользуются значением величины, полученным при помощи более точного средства измерений. Для рабочего средства измерений более точным является образцовое средство измерений, для образцового — эталон. Государственный эталон сличают с международным эталоном.

Образцовый измерительный прибор обладает значительно меньшей погрешностью, чем рабочий измерительный прибор, и при сличениях ею нередко пренебрегают. В общем виде разность в показаниях поверяемого и образцового средств измерений считают погрешностью поверяемого средства измерений, т. е.

∆х_п = х_п — х_о (1.22)

где ∆х_п — погрешность поверяемого средства измерений; х_о — значение величины, полученное с помощью образцового средства измерении или эталона (действительное значение); х_п — значение величины, найденное при помощи поверяемого средства измерений (для меры — это номинальное значение).

Погрешности средств измерений могут быть классифицированы по следующим признакам: по характеру проявления — систематические и случайные; по отношению к условиям применения — основные и дополнительные; по отношению к измеряемой величине — динамические и статические; по способу выражения — абсолютные, относительные и приведенные; по способу суммирования — аддитивные и мультипликативные.

Различают погрешности мер и измерительных приборов, погрешности первичных и вторичных эталонов, измерительных преобразователей и измерительных систем (или измерительных установок), стабильность, нестабильность, точность и классы точности средств измерений. Важными понятиями являются «предел допускаемой погрешности» и «нормируемые метрологические характеристики».

Предел допускаемой погрешности средств измерений (кратко — предел допускаемой погрешности) — наибольшее значение погрешности средства измерений, устанавливаемое нормативно-техническим документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению.

При превышении установленного предела погрешности средство измерений считается негодным к применению. Обычно устанавливаются пределы допускаемой погрешности. Например, для амперметров 1-го класса точности указывают пределы допускаемой приведенной погрешности, равные ±1% от верхнего предела измерений; для 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса точности установлены пределы значения погрешности, равные ±50 мкм.

Нормируемые метрологические характеристики типа средств измерений (кратко — нормируемые метрологические характеристики, НМХ) — наиболее рациональная совокупность составляющих погрешности конкретного типа средств измерений, устанавливаемая нормативно-техническими документами на средства измерений.

Класс точности средства измерений (кратко — класс точности или класс) — обобщенная характеристика точности средства измерений, выражаемая пределами его основной и дополнительной погрешности.

Класс точности, позволяющий судить о том, в каких пределах находится погрешность средства измерений, имеет большое значение при выборе средств измерений. Например, класс точности нормальных элементов 0,001 свидетельствует о том, что их нестабильность за год не превышает 0,001%.

Общие требования к классам точности средств измерений установлены ГОСТ 8.401-80 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования». Классы точности конкретного средства измерений определяются техническими условиями.

Систематическая погрешность средства измерений (кратко — систематическая погрешность) — составляющая погрешности средства измерений, принимаемая постоянной или закономерно изменяющейся.

Случайная погрешность средства измерений (кратко — случайная погрешность) — составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.

Основная погрешность средства измерений (кратко — основная погрешность) — погрешность средства измерений, определяемая в нормальных условиях его применения.

Дополнительная погрешность средства измерений (кратко — дополнительная погрешность) — составляющая погрешности средства измерений, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или из-за выхода ее за пределы нормальной области значений.

Статическая погрешность средства измерений (кратко — статическая погрешность) — погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины в статическом режиме.

Динамическая погрешность средства измерений (кратко — динамическая погрешность) — погрешность средства измерений, возникающая при измерении переменной физической величины.

Аддитивная погрешность средства измерений (кра тко — аддитивная погрешность) — составляющая систематической погрешности средства измерений, одинаковая на всем диапазоне измерений.

Мультипликативная погрешность средства измерений (кратко — мультипликативная погрешность) — составляющая систематической погрешности средства измерений, изменяющаяся пропорционально значению измеряемой величины.

Стабильность средства измерений (кратко — стабильность) — качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических свойств.

Примечание. Для количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений.

Нестабильность средства измерений (кратко — нестабильность) — изменение одной или нескольких метрологических характеристик средства измерений за установленный промежуток времени.

Примечание. Для ряда средств измерений, особенно для некоторых мер, нестабильность служит одной из важнейших точностных характеристик. Так, нестабильность v нормального элемента характеризуется изменением действительного значения электродвижущей силы за год. Например, v = 2 мкВ/год.

Точность средства измерений — качественная характеристика средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю. Считается, что чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений.

Абсолютная погрешность средства измерений (кратко — абсолютная погрешность) — погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность средства измерений (кратко — относительная погрешность) — погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности к действительному значению физической величины в пределах диапазона измерений.

Приведенная погрешность средства измерений (кратко — приведенная погрешность) — относительная погрешность, определяемая отношением абсолютной погрешности к условно принятому значению величины, постоянному на всем диапазоне измерений или в части диапазона.

Примечания:

1. Условно принятое значение величины называют нормирующим значением. За нормирующее значение часто принимают верхний предел измерений,

2. Во многих случаях приведенную погрешность выражают в процентах. Например, приведенная погрешность показаний вольтметра с верхним пределом измерений 150,0 В при показании 100,9 В и действительном значении напряжения 100,0 В составит: ((100,9—100,0)/150,0)*100=0,6%.