Обеспечение единства измерений

С целью обеспечения единства измерений единицы Международной системы воспроизводятся централизовано с помощью государственных эталонов и информация об их размере передается рабочим средствам измерения. Эталоном называется официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона средство (или комплекс средств) измерений, обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы для передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений. Передача размеров единиц от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется с помощью образцовых средств измерения.

Образцовым средством измерения называется мера, измерительный прибор или преобразователь, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Рабочими называют такие средства, которые применяются для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Эталоны

Образцовые меры и измерительные приборы

Рабочие меры и измерительные приборы

Рис. 1

На рис. 1 показана метрологическая последовательность передачи размеров единиц от первичного эталона рабочим, от рабочих эталонов – образцовым средствам измерений различных разрядов и далее рабочим мерам и измерительным приборам, т.е. рабочим средствам измерений. Между разрядами образцовых средств измерений существует определенная соподчиненность: образцовые средства измерений 1-го разряда поверяются, как правило, по рабочим эталонам; 2-го разряда – по образцовым средствам 1-го разряда, и т.д. Отдельные рабочие меры и измерительные приборы наивысшей точности могут поверяться по рабочим эталонам; высшей точности – по образцовым мерам и измерительным приборам 1-го разряда, и т.д. Утвержденный документ, определяющий средства, методы и точность передачи размера единицы от эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам измерений, называется поверочной схемой.

Погрешности измерений и измерительных приборов

При любой степени совершенства и точности измерительной аппаратуры, рационально спланированной методике измерений, тщательности выполнения измерительных операций результат измерений отличается от истинного значения физической величины. Иначе говоря, при всяком измерении неизбежны обусловленные разнообразными причинами отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Эти отклонения называются погрешностями измерений.

Не располагая информацией о характере и значении погрешности измерения, его нельзя считать достоверным. Поэтому оценка погрешностей и, если возможно, их исключение или уменьшение их влияния на результаты измерений являются непременной частью измерительной процедуры.

1. Соответственно слагаемым измерения различают погрешности:

меры, преобразования, сравнения, фиксации результата.

2. В зависимости от причины возникновения – погрешности:

Метода, происходящая от несовершенства метода измерений;

Инструментальная, обусловленная погрешностями применяемых средств измерений;

Энергетическая, обусловленная потреблением средством измерения мощности от объекта исследования;

Внешняя, обусловленная внешними условиями, в которых проводятся измерения;

Субъективная, возникающая вследствие несовершенства органов чувств оператора, небрежности, недостаточного внимания и т.п.

3. Соответственно условиям применения средств измерений разделяют:

Основную погрешность, которая имеет место при нормальных условиях (температура, влажность, давление, напряжение питания и т.д.), оговоренных ГОСТ, отраслевыми стандартами и техническими условиями;

Дополнительную – возникающую при отклонении условий измерений от нормальных.

4. В зависимости от поведения измеряемой величины в процессе измерений различают погрешности:

Статическую – погрешность средства измерения в статическом режиме;

Средства измерения в динамическом режиме; (возникает вследствие того, что время установления переходных процессов в приборе соизмеримо с временем изменения измеряемой величины.)

Динамическую – разность между погрешностями в динамическом режиме и статической.

5. По закономерности появления различают погрешности:

Систематическую – сохраняющую постоянное значение и знак или проявляющуюся с определенной закономерностью при повторных измерениях (погрешность градуировки);

Случайную – значение и знак, которой не могут быть точно предсказаны, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях;

Грубую – являющуюся следствием небрежности или низкой квалификации оператора, неучтенных или неожиданных внешних воздействий (промах).

6. В зависимости от способа выражения различают две разновидности погрешностей измерений и три – измерительных приборов:

Абсолютную, представляющую собой разность между результатом измерения величины А и ее истинным значением А_о: = А-А_о, на практике, поскольку истинное значение неизвестно, пользуются действительным значением, под которым понимают найденное экспериментально и для данной задачи принимаемое за истинное;

Относительную – отношение абсолютной погрешности к истинному значению (при А_о  0)  = А_о, на практике  = А.

Для измерительных приборов характерны такие разновидности погрешностей:

Абсолютная – разность между показанием прибора и истинным значением _п= А_п-А_о, где А_п – показание прибора. Эта погрешность в общем случае слагается из двух составляющих: аддитивной, не зависящей от значения А_о и суммируемой с А_о (смещение нуля), и мультипликативной, зависящей от А_о, при этом результат измерения представляет собой значение А_о, умноженное на некоторый коэффициент;

Относительная – отношение абсолютной погрешности прибора к истинному значению измеряемой величины _п = _пА_о (на практике _п = _пА_п);

Приведенная – отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению:

 = _пL, обычно выражаемая в процентах. Под нормирующим значением L обычно принимается больший из модулей значений шкалы (установленных пределов измерений), (если нулевая отметка расположена внутри рабочей шкалы прибора).

Свойства прибора по отношению точности характеризуются классом точности, при этом следует подчеркнуть, что класс точности не является непосредственным показателем точности измерений, проводимых с помощью данного прибора. Согласно ГОСТ 16263-70 классом точности средства измерений называют обобщенную характеристику, определяемую пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей (а также другими свойствами средств измерения, влияющими на точность), значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Предел допускаемой основной погрешности – это наибольшая основная погрешность, при которой средство измерения по техническим требованиям может быть допущено к применению. Способы выражения пределов допускаемых погрешностей измерительных приборов регламентирует ГОСТ 8.401-80.

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерительного прибора может быть выражен: одночленной формулой _п.предa, для приборов, у которых преобладает аддитивная составляющая погрешности, где _п.пред - предел допускаемой абсолютной погрешности прибора; a - постоянная величина;

Двучленной формулой (зависимостью предела допускаемой погрешности от показания прибора) _п.пред(a+bA_п), для приборов, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности соизмеримы, где: A_п – показание прибора; b - постоянная величина.

Предел допускаемой основной относительной погрешности измерительного прибора выражается в процентах: _п.пред = 100_п.предА_п

Для приборов, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности соизмеримы, : _п.пред = 100 (a+bA_п)А_п = 100a/A_п+h или обозначив, 100a=dA_к, где A_к - конечное значение шкалы (установленного предела измерений), получим _п.пред = (h+dA_кА_п) или обозначив h + d = c, получим

_п.пред = (c+d(A_кА_п-1)).

Предел допускаемой основной относительной погрешности согласно ГОСТ можно выразить в децибелах l=10(20) lg(1+_п.пред)

Предел допускаемой основной приведенной погрешности измерительного прибора выражается в процентах от нормирующего значения: _п.пред = 100_п.предL.

Связь между классами точности и пределами допускаемых погрешностей средств измерения устанавливает ГОСТ 8.401-80. Класс точности указывается на шкале прибора, при этом возможны следующие варианты:

Обозначение нормируемая предел основной допускаемой погрешности

погрешность

Кл. 2 абсолютная указывается в нормативно-технической

документации

Кл. 0,5 дБ абсолютная  = 0,5 дБ

1,5 приведенная _п = 1,5% (=X_n/100)

(нормирующее значение X_n принято равным длине шкалы)

относительная  = 0,5% (=x/100)

1,0 приведенная  = 1,0% (=X_n/100)

(нормирующее значение X_n выражено в единицах измеряемой величины)

0,02/0,01 относительная  = (0,02+0,01(A_кА_п-1)).

Из изложенного видно, что возможное значение относительной погрешности показаний прибора тем меньше, чем ближе показания A_п к конечному значению шкалы A_к. Поэтому следует выбирать прибор или устанавливать предел измерений так, чтобы отсчет находился как можно ближе к краю шкалы (у многих цифровых приборов требуемый предел измерений устанавливается автоматически).

Варианты возможных обозначений на шкалах приборов приведены в таблице.

Таблица

Смысл	Условные обозначения		Смысл	Условные обозначения
Прибор магнитоэлектрический с подвижной рамкой			Экран электростатический
Логометр магнитоэлектрический			Экран магнитный
Прибор магнитоэлектрический с подвижным магнитом			Магнитная индукция в миллитеслах, вызывающая изменение показаний, соответствующее обозначенному классу точности
Логометр магнитоэлектрический с подвижными магнитами
Прибор электромагнитный			Поле электрическое, вызывающее изменение показания, соответствующее обозначенному классу точности
Логометр электромагнитный
Прибор электродинамический			Напряжение испытательное
Логометр электродинамический			Прибор применять при вертикальном положений шкалы
			Прибор применять при горизонтальном положении шкалы
Прибор электростатический
			Ток постоянный
Прибор индукционный			Ток переменный
			Направление ориентировки в магнитном поле земли
Логометр индукционный
			Класс точности при нормировке в % от диапазона измерений
Термопреобразователь неизолированный
			Класс точности при нормировке в % от длины шкалы прибора
Термопреобразователь изолированный
			Внимание! Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции по эксплуатации
Преобразователь с детектором
Электронный преобразователь			Зажим, соединённый с корпусом
			Зажим для заземления