1.3.2. Погрешности средств измерений

Как правило (и обычно в грамотно организованных экспери­ментах), определяющей составляющей в суммарной погрешности результата измерения является погрешность собственно СИ, т.е. инструментальная погрешность. В свою очередь эта составляющая может быть классифицирована так, как показано на рис. 5. Неко­торые классификационные признаки являются общими и для по­грешности результата измерения, и для погрешности СИ. Специ­фические погрешности, характерные именно для средств измере­ний, выделены на рис. 4 фоном.

По первому классификационному признаку (способу выраже­ния) погрешности СИ делят на абсолютные, относительные и приведенные. Приведенная погрешность γ – отношение абсолютной погрешности Δ к норми­рующему значению Х_н (часто это верхний предел диапазона изме­рения) прибора, выраженное в процентах.

Основная погрешность имеет место в нормальных условиях экс­плуатации СИ (в частности, прибора), т.е. когда значения всех влияющих величин находятся в пределах заранее оговоренных ди­апазонов. Дополнительная погрешность возникает при изменении влияющих величин (например, температуры окружающей среды) за пределы нормальных значений.

Рис. 4. Упрощенная классификация погрешностей средств измерений

Статическая погрешность СИ (прибора) – погрешность при измерении значения постоянной (или очень медленно меняющей­ся) величины, т.е. в случае статических измерений (при использо­вании статической модели объекта исследования).

Динамическая погрешность возникает при исследовании доста­точно быстро меняющейся во времени величины (точнее ин­формативного параметра измеряемой величины). Например, если действующее значение (в данном случае информативный параметр) переменного напряжения электрической сети неизменно и изме­ряется щитовым электромагнитным вольтметром, то будет иметь место только статическая погрешность, хотя сама входная величи­на (напряжение – функция времени) меняется с частотой около 50 Гц.

1.3,3. Классы точности средств измерений

Класс точности – это обобщенная метрологическая характери­стика СИ, определяемая предельными значениями допустимых основной и дополнительных погрешностей.

Классы точности раз личных СИ могут задаваться по-разному в соответствии с ГОСТ 8.401–80. «Классы точности средств измерений. Общие требова­ния». Настоящий стандарт устанавливает деление СИ по классам точности, способы нормирования метрологических характеристик, комплекс требований к которым зависит от класса точности СИ, а также – обозначения классов точности.

Пределы допустимых погрешностей СИ выражаются в форме аб­солютной, относительной и приведенной погрешностей (табл. 2).

Если погрешность СИ носит аддитивный характер, то класс точности задается пределом основной абсолютной или приведен­ной погрешностей (варианты 1 и 2 в табл. 2). Если погрешность СИ носит мультипликативный характер, то класс точности задается пределом основной относительной погрешностей (вариант 3 в табл. 2). Если же погрешность имеет как аддитивную, так и мультиплика­тивную составляющие, то класс точности может задаваться преде­лом абсолютной погрешности (вариант 4 в табл. 2) или пределом основной относительной погрешности (вариант 5 в табл2).

Классы точности простых измерительных приборов невысо­кой точности, например, щитовых стрелочных вольтметров, задаются пределом основной приведенной погрешности (вариант 2 из табл. 2). Для самопишущих приборов характерным является задание класса точности пределом основной относительной по­грешности (вариант 3 из табл. 2). Для СИ средней и высокой точности применяются варианты 4 и 5 из табл. 2. Например, для мостов, компенсаторов, цифровых измерительных приборов, как правило, используется вариант 5 из табл. 2. Наиболее распрост­раненной во всем мире (и одновременно наиболее понятной) формой задания погрешностей для современных цифровых СИ является вариант 4 из табл. 2.

Таблица 2

Формы задания классов точности

Вариант	Форма представления	Формула
1	Предел основной абсолютной погрешности	Δп = ±а
2	Предел основной приведенной погрешности, %	γп = Δ/Хн ·100 = ± р
3	Предел основной относительной погрешности, %	δп= Δ/ХД ·100 = ± q
4	Предел основной абсолютной погрешности	Δп = ±(а + bХ)
5	Предел основной относительной погрешности	δп = ±[c + d (Xк /X –1)]

При этом предел основной абсолютной погрешности Δ_п со­держит и аддитивную (±а), и мультипликативную (±bХ) состав­ляющие:

Δ_п = ±(a + bX),

где X– значение измеряемой величины; а и b – постоянные ко­эффициенты.

Форма задания класса точности пределом абсолютной погрешно­сти, содержащей аддитивную и мультипликативную составляющие, может иметь несколько вариантов записи. Например, класс точно­сти цифрового термометра может быть задан следующим образом:

Δ_п = ±(0,5 % результата + 2 единицы МЗР),

где МЗР – младший значащий разряд.

Здесь первое слагаемое – это мультипликативная погрешность, а второе – аддитивная.

Другой пример – цифровой мультиметр в режиме измерения переменных напряжений имеет класс точности, определяемый выражением

Δ_п = ±(1,0 % результата + 0,5 % диапазона измерения).

Для зарубежной аппаратуры (и для англоязычной литературы) характерна такая форма записи класса точности

Δ_п =±( аFS +bR),

где FS (Full Scale) – верхнее значение диапазона измерений; R (Reading) – результат измерения (отсчет); a, b – постоянные ко­эффициенты.