Урок 3. Классификация погрешностей средств измерений

Погрешности классифицируются по следующим признакам:

По способу выражения погрешности подразделяют на абсолютные, относительные и приведенные.

По причине и условиям возникновения погрешности СИ подразделяют на основные и дополнительные.

По характеру изменения погрешности СИ подразделяются на систематические и случайные.

По зависимости от Х погрешности СИ подразделяются на аддитивные, не зависящие от Х и мультипликативные, пропорциональные Х.

По режиму изменения Х погрешности СИ подразделяются на статические и динамические.

Абсолютная погрешность СИ, выражаемая в единицах измеряемой величины и определяемая по формуле:

Δ = Х_ИЗМ – Х_Д = Х_НОМ – Х_Д,

где Х_ИЗМ - измеренное значение величины (показание СИ);

Х_Д – действительное значение измеряемой величины;

Х_НОМ – номинальное значение меры.

Относительная погрешность изменяется по шкале прибора, с увеличением значений измеряемой величины она уменьшается. Эта погрешность наиболее полно характеризует точность измерения, выполненного с помощью СИ.

Приведенная погрешность СИ – отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению величины Х_НОРМ., (равному верхнему пределу измерений диапазону измерений, длине шкалы и др.)

Основная погрешность - это погрешность свойственная СИ, находящимся в нормальных условиях применения. Она возникает из-за неидеальности собственных свойств СИ и показывает отличие действительной функции преобразования СИ в нормальных условиях от номинальной. Предел допускаемой основной погрешности - это наибольшая основная погрешность, при которой СИ может быть признано годным и допущено к применению по техническим условиям.

Наряду с основной погрешностью нормированию подлежит и дополнительная погрешность.

Дополнительная погрешность - это погрешность СИ, обусловленная отклонением внешних условий эксплуатации от нормальных. Предел допускаемой дополнительной погрешности - это та наибольшая дополнительная погрешность, при которой средство измерения может быть ещё допущено к применению. Например, для прибора класса точности 1,0 приведенная дополнительная погрешность при изменении температуры на 10°С не должна превышать ±1%, что означает, что при изменении температуры среды на каждые 10°С добавляется дополнительная погрешность 1 %.

Класс точности СИ – это обобщенная метрологическая характеристика, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, значения которых устанавливаются в технической документации на СИ.

ГОСТ 13.600-68 устанавливает 9 классов точности для аналоговых электромеханических приборов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.

Зная класс точности СИ, легко найти максимально допустимое значение абсолютной погрешности для всех оцифрованный точек шкалы прибора:

Систематическая погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при многократных измерениях одной и той же величины. Качество измерительного прибора, отражающее близость к нулю его систематических погрешностей, называется правильностью. К постоянным систематическим погрешностям СИ относят погрешность градуировки шкалы аналоговых и цифровых приборов; погрешности, обусловленные неточностью подгонки шунтов, добавочных сопротивлений, температурными изменениями параметров элементов в приборах и др. К переменным систематическим погрешностям относят погрешности, обусловленные нестабильностью напряжения источника питания, влиянием внешних магнитных полей и других влияющих величин.

Случайная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом. Качество измерительного прибора, отражающее близость к нулю его случайной погрешности, называется сходимостью показаний. К случайным погрешностям относят погрешности от гистерезиса (вариация показаний выходного сигнала СИ), погрешности из-за нестабильности переходного сопротивления в контактах коммутирующих устройств, трения в опорах подвижной части приборов и др.

Аддитивная погрешность (_АДД) – не зависит от чувствительности прибора и является постоянной по величине для всех значений входной величины Х в пределах диапазона измерений. Источником данной погрешности являются такие явления как: трение в опорах, шумы, наводки, вибрации, погрешности нуля, погрешность дискретности (квантования) в цифровых приборах и др. От величины этой погрешности зависит наименьшее значение входной величины. Если прибору присуща только аддитивная погрешность или она существенно превышает другие составляющие, то предел допустимой основной погрешности нормируют в виде приведенной погрешности

Мультипликативная погрешность зависит от чувствительности прибора и изменяется пропорционально текущему значению входной величины. Источником этой погрешности являются: погрешности и регулировки отдельных элементов СИ (например, шунта и добавочного резистора), старение элементов, изменение их характеристик, влияние внешних факторов. Если прибору присуща только мультипликативная погрешность или она существенна, то предел допускаемой относительной погрешности выражают в виде относительной погрешности:

Класс точности таких СИ обозначают одним числом, помещенным в кружок и равным пределу допускаемой относительной погрешности, например счетчик электрической энергии класса .

Для средств измерений, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие соизмеримы, предел допускаемой основной погрешности выражается двухчленной формулой:

где d = γ_АД ; с = γ_АД + γ_М

Обозначение класса точности для них состоит из двух чисел, выражающих с и d в процентах и разделенных косой чертой (с/d), например класс 0,02/0,01. К этой группе средств измерений относятся цифровые мосты, компенсаторы с ручным и автоматическим уравновешиванием.

Аддитивная и мультипликативная погрешности также подразделяются на систематические и случайные составляющие.

Для средств измерений, у которых нормирована погрешность, приведенная к длине шкалы, класс точности обозначается одним числом в процентах, помещенным между двумя линиями, расположенными под углом, например . К ним относятся показывающие приборы с резко неравномерной шкалой (например, гиперболической или логарифмической).

Конкретные ряды классов точности устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерения.

Статическая погрешность СИ - погрешность прибора, используемого для измерения постоянной во времени величины.

Динамическая погрешность СИ – погрешность прибора, используемого для измерений переменной во времени величины.