Классы точности средств измерений. Учет всех метрологических характеристик средств измерений – сложная процедура, оправданная при измерениях высокой точности в метрологической практике

 

Учет всех метрологических характеристик средств измерений – сложная процедура, оправданная при измерениях высокой точности в метрологической практике. На производстве, как правило, такая точность не нужна. Большинство измерений являются однократными, поэтому за их результат принимается то значение величины, которое непосредственно снято с прибора (без обработки и оценивания погрешности, так как в этом нет необходимости). Но это не означает, что погрешности результатов данного вида измерений неизвестны. Они регламентируются заранее (до выполнения измерений) выбором необходимых по точности средств измерений. Поэтому для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято деление по точности на классы.

 

Классом точности называется обобщенная характеристика всех средствизмерений данного типа, обеспечивающая правильность их показаний и устанавливающая оценку снизу точности показаний.

 

В стандартах на средства измерений конкретного типа устанавливаются требования к метрологическим характеристикам, в совокупности определяющие класс точности средств измерений этого типа. Например, у плоскопараллельных концевых мер длины такими характеристиками являются пределы допускаемых отклонений от номинальной длины и плоскопараллельности; пределы допускаемого изменения длины в течение года.

 

Устанавливая класс точности, нормируют пределы допускаемой основной погрешности. Ее дольные значения принимают в качестве пределов допускаемых дополнительных погрешностей.

Пределы допускаемых погрешностей выражают в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей. Это зависит от характера изменения погрешности (в пределах диапазона измерений), назначения и условий применения средств измерений.

Если погрешность результатов измерений выражают в единицах измеряемой величины (например, при измерении длины, массы), то пределы допускаемых погрешностей выражают в форме абсолютных погрешностей.

 

Если границы абсолютных погрешностей средств измерений остаются практически неизменными, применяют форму приведенных погрешностей, если же эти границы нельзя считать постоянными – форму относительных погрешностей.

 

Абсолютной погрешностью прибора (меры)называют разность междупоказанием прибора (номинальным значением меры) и истинным значением измеряемой (воспроизводимой) величины. Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности устанавливают в зависимости от характера изменения погрешности в диапазоне измерений. Если погрешности не зависят от значения измеряемой величины x, то нормируют только границы = ± a, если же с увеличением x погрешность возрастает линейно, то ее пределы устанавливают по формуле

 

= ± (a + bx),

 

где a и b – положительные числа. Например, для генератора низкой частоты Г3-36 = ± (0,03⋅ f +2) Гц, где f – значение частоты.

 

Указание только абсолютной погрешности не позволяет сравнивать между собой по точности приборы с разными диапазонами измерений. Поэтому для электроизмерительных приборов, манометров, приборов измерения физико-химических величин и др. характеристикой точности служит приведенная

погрешность.
Приведенной погрешностью называют отношение	абсолютной погрешности
к нормируюшему значению XN (в %), в качестве которого выбирают верхний
предел или диапазон измерений, длину шкалы и т.д.
γ =± (⋅100) / XN = ± p %.	(2.1)

 

Здесь p - положительное число, выбираемое из ряда 1⋅10 ⁿ; 1,5⋅10 ⁿ; 2,5⋅10 ⁿ; 4⋅10 ⁿ; 5⋅10 ⁿ; 6⋅10 ⁿ (n =1,0, −1,−2, …). По этой формуле определяют пределы допускаемой приведенной основной погрешности прибора. Например, пределы допускаемых погрешностей показывающих амперметров выражают в форме приведенных погрешностей, так как границы погрешностей средств измерений данного вида практически неизменны в пределах диапазона измерений.

 

Относительной погрешностью называют отношение абсолютнойпогрешности к значению измеряемой величины.

 

Пределы допускаемой относительной основной погрешности находят по формуле δ = (Δ/ x)⋅100 = ± q %, если границы абсолютных погрешностей можно полагать практически неизменными, и по формуле

δ = (Δ/ x)⋅100 = ±[ c + d (Xk / x −1)] %,

(2.2)

если границы абсолютных погрешностей можно полагать меняющимися линейно. Здесь q - отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда, аналогичному ряду для p; X_k - больший по модулю из пределов измерений; c =

b + d; d = a / X_k; c и d выбирают аналогично q.

 

Выражение пределов допускаемой погрешности в форме приведенных и относительных погрешностей является предпочтительным, так как они позволяют выражать пределы допускаемой погрешности числом, которое остается одним и тем же для средств измерений одного уровня точности, но с различными верхними пределами измерений.

 

В связи с большим разнообразием средств измерений и их метрологических характеристик ГОСТ 8.401-80 определены способы обозначения классов точности. Выбор способа зависит от того, в каком виде нормирована погрешность средства измерения. При выборе прибора для измерений следует учитывать, что его класс точности определяется основной предельной абсолютной погрешностью. Этой погрешности на различных отметках шкалы будут соответствовать разные значения относительной погрешности.

 

Например, для вольтметра со шкалой 0-150 В класса точности 1,5 основная предельная абсолютная погрешность равна 2,25В. А относительная погрешность, %, на отметках шкалы 25 и 100В будет соответственно

δ₂₅ = ± (Δ/ x)⋅100 = ± (2,25/ 25)⋅100 = ± 9

δ₁₀₀ =± (2,25/100)⋅100 = ± 2,25

Поэтому с целью уменьшения относительной погрешности надо выбирать верхний предел шкалы измерительного прибора таким, чтобы ожидаемое значение измеряемой величины (показание) находилось в последней трети (или половине) ее.

 

Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых выражают в форме приведенной или относительной погрешности по (3.7.1), классы точности обозначают числами., равными этим пределам в процентах. Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, на средстве измерений ее обводят кружком. С той же целью под обозначением класса точности на средства измерений ставят знак “ V ” (это значит, что предел

 

абсолютной погрешности приведен к длине шкалы или к ее части, а не к номинальной точке шкалы).

Если класс точности определяют	по	(2.2), его обозначают	c и d,
разделенными косой чертой, например,	0,02	/ 0,01 (здесь c = 0,02; d = 0,01).

 

Пример 1. Отсчет по шкале прибора с пределами измерений0-50и равномернойшкалой равен 25. Пренебрегая другими погрешностями измерений, оценить пределы допускаемой абсолютной погрешности этого отсчета для прибора класса точности 0,02 / 0,01; 0,5; 0,5.

1. Для прибора класса точности 0,02 / 0,01

δ = (Δ/ x)⋅100 = ±[ c + d (X_k / x −1)].

Здесь x = 25; X_k = 50; c = 0,02; d = 0,01 и δ указывается в процентах, поэтому

= ± 0,01⋅25 [0,02 +0,01[(50/25)−1]] ≈ ± 0,008

 

2. Для прибора класса точности 0,5

δ = ± (Δ/ x)⋅100, поэтому = ± 0,01⋅25⋅ 0,5 = ± 0,13.

3. Для прибора класса точности 0,5 γ = ± (⋅100/ X_N).

 

По ГОСТ 8.401-80 для средств измерений с равномерной шкалой нормирующее значение X_N устанавливают равным большему из пределов измерений. Поэтому X_N = 50, тогда = ± 0,01⋅50⋅0,5 = ± 0,25.

 

Если пределы допускаемой основной погрешности средств измерений выражают в форме абсолютных погрешностей или относительных погрешностей, установленных в виде графика, таблицы, формулы, не идентичной (2.1) и (2.2), классы точности обозначают прописными буквами латинского алфавита либо римскими цифрами. Классам точности с меньшими пределами допускаемых погрешностей соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или меньшие цифры.

 

Условные обозначения классов точности наносят на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, а также приводят в нормативно-технической документации.

Метрологические и технические характеристики цифровых измерительных приборов и аналогово-цифровых преобразователей нормируются по-другому.

 

Пример 2 Измеряется ток I = 0,1-0,5 mA. Требуется,чтобы относительнаяпогрешность измерения тока δ не превышала 1%. Какой класс точности должен быть у магнитоэлектрического миллиамперметра с конечным значением шкалы

I _ном= 0,5 mA?

 

В начале шкалы прибора относительная погрешность измерения δ = I / I больше, так как значение абсолютной погрешности I по всей шкале прибора примерно одно и то же. Поэтому при I = 0,1 mA I = 0,01⋅0,1⋅10^-3 = 10^-6 A. Класс точности прибора находим по основной приведенной погрешности:

γ = I / I _ном = 10^-6/ 0,5⋅10^-3 = 0,002.

 

Следовательно, класс точности прибора должен быть 0,2.