Классы точности средств измерений

 

Характеристики, введенные ГОСТ 8.009—84, наиболее полно описывают метрологические свойства СИ. Однако в настоящее время в эксплуатации находится достаточно большое число СИ, метрологические характеристики которых нормированы несколько по-другому, а именно на основе классов точности. Класс точности — это обобщенная характеристика СИ, выражаемая пределами допускаемых значений его основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности не является непосредственной оценкой точности измерений, выполняемых этим СИ, поскольку погрешность зависит еще от ряда факторов: метода измерений, условий измерений и т.д. Класс точности лишь позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ данного типа. Общие положения деления средств измерений по классу точности устанавливает ГОСТ 8.401-НО.

Пределы допускаемой основной погрешности D_СИ, определяемые классом точности — это интервал, в котором находится значение основной погрешности СИ. Если СИ имеет незначительную случайную составляющую, то определение D_СИ относится к нахождению систематической погрешности и случайной погрешности, обусловленной гистерезисом, и является достаточно строгим. При этом предел D_СИ = D_0SP + 0,5Н_ОР.

Если СИ имеет существенную случайную погрешность, то для него определение предела допускаемой основной погрешности является нечетким. Его следует понимать как интервал, в котором находится значение основной погрешности с неизвестной вероятностью, близкой к единице:

D_СИ = ±(D_0SP + Ks[D̊₀] + 0,5H_0P) где К — коэффициент, зависящий от доверительной вероятности Р.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением Dx влияющей величины x, может оыть найден с использованием функции влияния Y(x): D_ДСИ = ± Dx×[dY(x)/dx]_max. B частности, если Y(x) = Ax, то D_ДСИ = ± ADx.

Классы точности СИ устанавливаются в стандартах или технических условиях. Средство измерений может иметь два и более класса точности. Например, при наличии у него двух или более диапазонов измерений одной и той же физической величиям ему можно присваивать два или более класса точности. Приборы, предназначенные для измерения нескольких физических величин, также могут иметь различные классы точности для каждой измеряемой величины.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей. Выбор формы представления зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения СИ.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности устанавливаются по одной из формул: D = ±а или D = ± (а + bх), где х — значение измеряемой величины или число делений, отсчитанное по шкале; a, b — положительные числа, не зависящие от х. Первая формула описывает чисто аддитивную погрешность (рис.12.4,а), а вторая — сумму аддитивной и мультипликативной погрешностей (рис.12.4,в). В технической документации классы точности, установленные в виде абсолютных погрешностей, обозначают, например, "Класс точности М", а на приборе — буквой "М". Для обозначения используются прописные буквы латинского алфавита или римские цифры, причем меньшие пределы погрешностей должны соответствовать буквам, находящимся ближе к началу алфавита, или меньшим цифрам.

Рис. 12.4. Аддитивная (а), мультипликативная (б) и

суммарная (в) погрешности в абсолютной и

относительной формах

 

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяются по формуле g=D/x_N = ±р, где x_n — нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и D; р — отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда значений: (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)×10ⁿ; n=1; 0; -1; -2;...

Нормирующее значение x_n устанавливается равным большему из пределов измерений (или модулей) для СИ с равномерной, практически равномерной или степенной шкалами и для измерительных преобразователей, если нулевое значение выходного сигнала находится на краю или вне диапазона измерений.

Для СИ, шкала которых имеет условный нуль, х_ы равно модулю разности пределов измерений. Например, для вольтметра термоэлектрического термометра с пределами измерений 100 и 600°С нормирующее значение равно 500°С. Для СИ с заданным номинальным значением x_n устанавливают равным этому значению.

Для приборов с существенно неравномерной шкалой x_n принимают равным всей длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае пределы абсолютной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины, а на средстве измерений класс точности условно обозначают, например, в виде значка , где 0,5 — значение числа р. В остальных рассмотренных случаях класс точности обозначают конкретным числом р, например 1,5. Обозначение наносится на циферблат, щиток или корпус прибора. Пределы допускаемой относительной основной погрешности

определяются по формуле d = D/х = ±q, если D = ± а. Значение постоянного числа q устанавливается так же, как и значение числа р. Класс точности на прибор обозначается в виде , где 0,5 — конкретное значение q.

В случае, если абсолютная погрешность задается формулой ± (а + bх), пределы допускаемой относительной основной погрешности

(12.4)

где с, d — отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда: (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)×10ⁿ; п=1; 0; -1; -2и т.д.; x_k — больший (по модулю) из пределов измерений. При использовании формулы (12.4) класс точности обозначается в виде "0,02/0,01", где числитель — конкретное значение числа с, знаменатель — числа d. В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной основной погрешности определяют по более сложным формулам либо в виде графика или таблицы.

В стандартах или технических условиях на СИ указывается минимальное значение Х₀, начиная с которого применим принятый способ выражения пределов допускаемой относительной погрешности. Отношение x_k/x₀ называется динамическим диапазоном измерения.

Предел допускаемой дополнительной погрешности D_дси может указываться в виде:

• постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины или постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины;

• отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

• зависимости предела D_дcи от влияющей величины (предельной функции влияния);

• функциональной зависимости пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.

 

Пример 12.3. Отсчет по равномерной шкале прибора с нулевой отметкой и предельным значением 50 А составил 25 А. Пренебрегая другими видами погрешностей, оценить пределы допускаемой абсолютной погрешности этого отсчета при условии, что класс точности прибора равен: 0,02/0,01; ; 0,5.

1. Для прибора с классом точности 0,02/0,01, согласно формуле (12.4), при х = 25 A, x_k = 50 А, с = 0,02, d = 0,01 (учитывая, что относительная погрешность выражается в процентах) получим

2. Для прибора класса точности

3. Для прибора класса точности 0,5, учитывая, что нормирующее значение x_n равно пределу измерения 50 А,.получаем:

g = ±(100%)D/х_N; D = ±50А(0,5%)/100 = ± 0,25 А.

Контрольные вопросы,

 

1. Перечислите основные принципы, лежащие в основе выбора нормируемых метрологических характеристик средств измерений.

2. Какой нормативный документ регламентирует нормирование метрологических характеристик средств измерений?

3. На какие группы делятся нормируемые метрологические характеристики?

4. Какие метрологические характеристики относятся к характеристикам, предназначенным для определения результатов измерений?

5. Какие метрологические характеристики описывают погрешность средств измерений? Каким образом производится их нормирование?

6. Какая математическая модель используется для описания инструментальной составляющей погрешности измерения?

7. Какие метрологические характеристики описывают чувствительность средств измерений к влияющим величинам?

8. Как осуществляется нормирование динамических характеристик средств измерений?

9. Какие метрологические характеристики относятся к импедансным характеристикам средств измерений?

10. Что такое комплексы нормируемых метрологических характеристик?

11. Что такое классы точности средств измерений?

12. Какие различные способы выражения класса точности существуют?