Классификация и метрологические характеристики средств измерений

Средства измерений, утвержденные Госстандартом России, регистрируются в государственном Реестре средств измерений, удостоверяются сертификатами соответствия и только после этого допускаются для применения на территории Российской Федерации.

Перечень средств измерений разбит по видам измерений на 13 групп в соответствии с «Кодификатором групп средств измерений МИ 2314-00»..

• измерения геометрических величин;

• измерения механических величин;

• измерения параметров потока, расхода, уровня объема веществ;

• измерения давления, вакуумные измерения;

• измерения физико-химического состава и свойств веществ;

• измерения времени и частоты;

• измерения электротехнических и магнитных величин;

• радиотехнические и радиоэлектронные измерения;

• измерения характеристик ионизирующих и ядерных констант;

• виброакустические измерения;

• оптические и оптико-физические измерения;

• средства измерений медицинского назначения;

• теплофизические и температурные измерения.

В справочных изданиях принята следующая структура описания средств измерений: регистрационный номер, наименование, номер и срок действия сертификата об утверждении типа средства измерения, местонахождение изготовителя и основные метрологические характеристики. Последние оценивают пригодность средств измерений к измерениям в известном диапазоне с известной точностью.

Метрологические характеристики средств измерений обеспечивают:

• возможность установления точности измерений;

• достижение взаимозаменяемости и сравнение средств измерений между собой;

• выбор нужных средств измерений по точности и другим характеристикам;

• определение погрешностей измерительных систем и установок;

• оценку технического состояния средств измерений при их поверке.

Метрологические характеристики, установленные документами, считаются действительными. На практике наиболее распространены следующие метрологические характеристики средств измерений:

• диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ;

• предел измерения — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. Для мер — это номинальное значение воспроизводимой величины.

Например, у шкалы (рис. 1.5) начальный участок (-20 %) сжат и производить отсчеты на нем неудобно. Поэтому предел измерения по шкале составляет 50 ед., а диапазон измерения— 10 — 50 ед.

Шкала измерительного прибора градуированная совокупность ток и цифр на отсчетном устройстве средства измерения, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины. Различают равномерные и неравномерные шкалы.

Цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления, а с неравномерной — переменную. В этом случае нормируется минимальная цена деления.

Чувствительность — отношение изменения сигнала Л на выход средства измерения к вызвавшему его изменению сигнала на входе:

Например, для стрелочных средств измерений это отношение перемещения д1 конца стрелки к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Параметры х и у, как правило, выражены в различных единицах, например, миллиметрах и амперах, градусах и вольтах. Поэтому величина S может иметь, например, размерность [мм/А], ['/В], [мм/В] и т. д.

Чувствительность нельзя отождествлять с порогом чувствительности — наименьшим значением измеряемой величины, способным вызвать заметное изменение показаний прибора.

Величину, обратную чувствительности, называют постоянной 1

прибора: C =. S

Как правило, выходным сигналом средства измерения является отсчет (показание) в единицах величины. В этом случае постоянная прибора С равна цене деления. Поэтому для СИ с не равномерной шкалой чувствительность величина переменная.

Основная нормируемая метрологическая характеристика средств измерений — это погрешность, т. е. разность между показаниями средств измерений и истинными (действительными) значениями физических величин.

Все погрешности в зависимости от внешних условий делятся на основные и дополнительные.

Основная погрешность — это погрешность при нормальных условиях эксплуатации. Как правило, нормальными условиями эксплуатации являются: температура 293 + 5 К или 20 + 5 'С, относительная влажность воздуха 65 + 1,5 % при температуре 20'С, напряжение в сети питания 220 В+ 10% с частотой 50 Гц 1 %, атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

Существуют три способа нормирования основной погрешности:

• нормирование пределов допускаемой абсолютной (+Л) или приведенной (+ч) погрешностей, постоянных во всем диапазоне измерения;

• нормирование пределов допускаемой абсолютной (+Л) или относительной (+б) погрешностей в функции измеряемой величины,

• нормирование постоянных пределов допускаемой основной погрешности, различных для всего диапазона измерений одного или нескольких участков.

На практике, когда имеется более широкий диапазон влияющих величин, нормируется и дополнительная погрешность средств измерений.

В качестве предела допускаемой погрешности выступает наибольшая погрешность, вызываемая изменением влияющей величины, при которой средство измерения по техническим требованиям может быть допущено к применению. То же самое относится и к дополнительным погрешностям. При этом исходят из следующих положений:

• дополнительная погрешность имеет такой же вид, что и основная (абсолютная, относительная и приведенная);

• дополнительные погрешности, вызванные различными факторами, должны нормироваться раздельно.

В общем виде суммарная абсолютная погрешность средства измерения при влияющих факторах определяется по формуле основная погрешность средства измерения; дополнительная погрешность, вызванная изменением i-го влияющего фактора.

Дополнительную погрешность иногда нормируют в виде коэффициента, указывающего «на сколько» или «во сколько раз» изменяется погрешность при отклонении номинального значения. Например, указание, что температурная погрешность вольтметра составляет +1 % на 10 'С, означает, что при изменении среды на каждые 10 С добавляется дополнительная погрешность 1 %.

Вследствие сложности разделения дополнительных и основных погрешностей поверку средств измерений выполняют только при нормальных условиях, т. е. дополнительные погрешности исключают.

Значения приведенных погрешностей некоторых средств измерений приведены в табл. 1.3.

Класс точности — это обобщенная метрологическая характеристика, определяющая различные свойства средства измерения.

Например, у показывающих электроизмерительных приборов класс точности помимо основной погрешности включает в себя также вариацию показаний, а у мер электрических величин — величину нестабильности (процентное изменение значения меры в течение года).

Класс точности средства измерения уже включает систематическую и случайную погрешности. Однако он не является непосредственной характеристикой точности измерений, выполняемых с помощью этих СИ, поскольку точность измерения зависит и от методики измерения, взаимодействия СИ с объектом, условий измерения и т. д.

В частности, чтобы измерить величину с точностью до 1 %, недостаточно выбрать средство измерения с погрешностью 1 %. Выбранное СИ должно обладать гораздо меньшей погрешностью, так как нужно учесть как минимум еще погрешность методики.

Существует несколько способов назначения классов точности. При этом в основу заложены следующие положения:

• в качестве норм служат пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя систематические и случайные составляющие;

• основная Л, и все виды дополнительных погрешностей Л, нормируются порознь.

Первое положение свидетельствует о необходимости разрабатывать СИ с учетом однократного отсчета показаний по величине общей погрешности.

Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке по результатам государственных приемочных испытаний.

В настоящее время в качестве основных установлены три вида классов точности средств измерений:

• для пределов допускаемой абсолютной погрешности в единицах измеряемой величины или делениях шкалы;

• для пределов допускаемой относительной погрешности в виде ряда чисел б = А 10", где А = 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5 и 6; и = 1; 0; — 1; — 2;... и т. д.;

• для пределов допускаемой приведенной погрешности с тем же рядом у =А 10".

Классы точности средств измерений, выраженные через абсолютные погрешности, обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. При этом чем дальше буква от начала алфавита, тем больше значение допускаемой абсолютной погрешности. Например, средство измерения класса С более точно, чем средство измерения класса М.

Наиболее широкое распространение получило нормирование класса точности по приведенной погрешности. Условное обозначение класса точности в этом случае зависит от нормирующего значения Х т. е. от шкалы СИ.

Если Х представляется в единицах измеряемой величины, то класс точности обозначается числом, совпадающим с пределом допускаемой приведенной погрешности. Например, класс 1,5 означает, что у = 1,5 %. Если Х, длина шкалы (например, у амперметров), то класс 1,5 означает, что у = 1,5 % длины шкалы.