Метрологические характеристики средств измерений

Метрологические свойства СИ — это свойства, влияю­щие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной харак­теристикой и называются метрологическими характеристи­ками.

Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики .

Метрологические характеристики, устанавливаемые нор­мативной документацией, называются нормируемыми мет­рологическими характеристиками.

К основным метрологическим характеристикам относят­ся диапазон измерений и порог чувствительности.

Диапазон измерений — область значений величины; в пределах которых нормированы допускаемые пределы по­грешностей. Значения величины; ограничивающие предел измерений снизу или сверху называют, соответственно, ниж­ним или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствитель­ности весов равен 1 г, то это означает, что заметное переме­щение стрелки весов достигается при таком изменении мас­сы, как 1 г.

Точность измерений СИ определяется их погрешностью. Погрешность средства измерений — это разность между показаниями СИ и действительным значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической вели­чины неизвестно, то на практике пользуются ее действитель­ным значением. Для рабочего СИ за действительное значе­ние принимают показания рабочего эталона низшего разряда.

Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

•по способу выражения — абсолютные, относительные;

• по характеру проявления— систематические, случай­ные;

• по отношению к условиям применения— основные, дополнительные. Наибольшее распространение получили метрологичес­кие свойства, связанные с первой группировкой — с абсолют­ными и относительными погрешностями.

Абсолютная погрешность определяется по формуле:

ΔX_n =X_n – X₀;

где ΔX_n — погрешность поверяемого СИ; X_n — значение величины, найденное с помощью поверяемого СИ; X₀ — по­казания рабочего эталона (действительное значение).

Например, при измерении массы на циферблатных ве­сах получено значение X_n = 100 г. За действительное значе­ние принято показание рабочего эталона X₀= 101 г. Следова­тельно, погрешность весов составила:

ΔX_n =100- 101= -1 г.

Однако в большей степени точность СИ характеризует относительная погрешность (δ), т.е. выраженное» процентах отношение абсолютной, погрешности к действительному значению величины, измеряемой данным СИ:

δ =

С измерением связано такое понятие, как «шкала изме­рений».

Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Это понятие можно пояснить на примере тем­пературных шкал.

В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной или реперной точки) — температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (гра­дус Цельсия). В температурной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатыр­ного спирта (либо поваренной соли), а в качестве опорной (реперной) точки взята нормальная температура тела здоро­вого человека. За единицу температуры (градус Фаренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного интервала. По этой шкале температура таяния льда равна + 32 °F, а тем­пература кипения воды +212°F. Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой таяния льда и кипения воды 100°С, то по Фаренгейту она равна 180°F. На этом примере проявляется роль принятой шкалы как в коли­чественном измерении измеряемой величины, так и в аспек­те обеспечения единства измерений.

Формула перевода температуры в градусах Фаренгейта в температуру в градусах Цельсия:

t° C= (t°F-32)

В метрологической практике известно несколько разно­видностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шка­ла интервалов, шкала отношений и др.

Шкала наименований — это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля единиц измерений. Примером может служить атлас цветов шкала цветов).

Шкала порядка характеризует значение измеряемой величины в баллах. Расстановка размеров в порядке их возра­стания или убывания с целью получения измерительной ин­формации по шкале порядка называется ранжированием. При­мерами таких шкал являются: знания студентов по баллам, землетрясения по 12-балльной системе, измерение силы вет­ра, твердости физических тел и т. п.

Шкала интервалов (разности) имеет условные нулевые значения. Отличается от шкал порядка тем, что по шкале ин­тервалов можно судить не только о том, что размер больше другого, но и на сколько больше. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

Шкала отношений имеет естественное нулевое значе­ние, а единица измерений устанавливается по соглашению. Например, шкала массы (веса), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точно­сти взвешивания (пример — бытовые и аналитические весы),