1.4.2 Метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання

Засобами вимірювання вважаються ті технічні засоби, для яких нормовано метрологічні характеристики. Мет­рологічними характеристиками засобів вимірювання називаються характеристики, необхідні для визначення результату вимірювання та його точності. Метрологічні характеристики поділяються на кілька груп.

1. Характеристики, призначені для визначення ре­зультатів вимірювання. Функція перетворення (ста­тична характеристика) вимірювального перетворюва­ча або вимірювального приладу з неіменованою шкалою — це функціональна залежність між інформативни­ми параметрами вихідного сигналу У і вхідного сигна­лу X:

Y=f(X).

Ціна поділки шкали аналогового вимірювального при­ладу (або міри) — різниця тих значень величини, які відповідають двом сусіднім позначкам шкали.

Чутливість вимірювального приладу (S) — відношен­ня приросту вихідного сигналу ∆У до приросту вхідного сигналу ∆Х:

S=∆У/∆Х.

Діапазон вимірювань — межі значень вимірюваної ве­личини, для якої нормовані допустимі похибки.

2. Характеристики похибки засобу вимірювання. Най­важливішою характеристикою засобу вимірювання є похибка, яку вносить засіб вимірювання в результат вимірювання, тобто похибка засобу вимірювання. Про по­хибку засобів вимірювання, її види та способи нормуван­ня йтиметься далі детальніше.

3. Характеристики чутливості засобів вимірювання до величин, які впливають на результат вимірювання, та умов, в яких виконуються вимірювання (функції впливу). Для кожного засобу вимірювання визначають­ся норРисьні умови вимірювання, тобто умови, за яких величини, що впливають на результат вимірювання, не виходять за межі так званої норРисьної області значень. Наприклад, норРисьний діапазон значень температури становить (20±5)°С, атмосферного тис­ку — це 760 мм рт. ст., напруга мережі живлення має (220±5) В.

Основною похибкою засобу вимірювання називають по­хибку вимірювання в умовах, прийнятих за норРисьні. Якщо величини, що впливають на результат вимірюван­ня, відхиляються за межі норРисьних значень, то виникає додаткова похибка засобів вимірювання.

Робочим або розширеним діапазоном називається діа­пазон значень впливових величин, для яких нормується додаткова похибка.

Коефіцієнтом впливу називається відношення прирос­ту ∆У вихідної величини вимірювального приладу до приросту впливової величини ∆ξ_i::

2. Характеристики взаємодії засобів вимірювання з об'єктом дослідження та навантаженням. Такими харак­теристиками є вхідний Z_вх та вихідний Z_вих повні опори засобу вимірювання. Чим більший вхідний повний опір засобу вимірювання, тим менший вплив цього засобу на протікання процесів в об'єкті вимірювання. Вихідний повний опір особливо важливо врахувати в тому разі, коли засоби вимірювання з'єднані каскадно. Тоді зі зменшенням вихідного повного опору даного засобу вимірювання зменшуватиметься вплив цього засобу на наступні.

3. Динамічні характеристики засобів вимірювання нор­муються для динамічного режиму роботи, тобто для робо­ти зі змінною вимірюваною величиною і визначають інерційність засобів вимірювання.

Динамічні характеристики поділяються на повні та ча­сткові. Динамічна характеристика, за допомогою якої можна повністю визначити зміни вихідного сигналу за відомим вхідним сигналом, називається повною.

До повних динамічних характеристик належать такі ха­рактеристики засобу вимірювання:

• перехідна та імпульсна характеристики;

• амплітудно-частотна та фазочастотна характерис­тики;

• передаточна функція.

Частковими динамічними характеристиками є параме­три повних динамічних характеристик. Прикладами част­кових характеристик є тривалість реакції засобу вимірю­вання, коефіцієнт заспокоєння, власна резонансна частота та інші.

6. Неінформативні параметри сигналів. Ця група мет­рологічних характеристик встановлює допустимі діапазо­ни значень параметрів сигналів, які безпосередньо не пов'язані з вимірюваною величиною, але можуть вплива­ти на точність вимірювань.

Точність вимірювання є однією з найважливіших мет­рологічних характеристик засобу вимірювання.

Клас точності — це узагальнена характеристика точ­ності засобів вимірювання, яка визначає межі допустимих основної і додаткової похибки.

Державними стандартами встановлено такі види позна­чення класу точності засобів вимірювання:

1. Засоби вимірювання, у яких переважає адитивна складова похибки, характеризуються гранично допусти­мим значенням зведеної похибки, поданої у відсотках. У цьому випадку клас точності позначається у вигляді числа з десятковою комою, наприклад 1,5; 0,5; 0,02.

Т аким чином, якщо клас точності деякого засобу вимірювання позначено, наприклад, 0,5, то це означає, що гранично допустиме значення зведеної похибки γ_гр.д, вира­жене у відсотках, дорівнює 0,5, тобто

де Х_ном — номінальне значення вимірюваної величини. Знаючи клас точності, можна визначати гранично допу­стимі значення абсолютних та відносних похибок вимірювання.

Наприклад, потрібно визначити абсолютну та відносну похибку результату вимірювання струму 68,6 мА за допо­могою амперметра класу 0,2 з номінальним значенням 75 мА.

Оскільки клас точності амперметра — це зведена похиб­ка у відсотках, то абсолютне значення похибки визна­чається як

Відносна похибка вимірювання

Таким чином, абсолютна похибка результату вимірю­вання струму 68,6 мА не перевищує ±0,15 мА, а відносна похибка не перевищує ±0,22 %. Результат вимірювання можна записати у такому вигляді:

I=(68,60±0,15) мА.

2 . Засоби вимірювання, в яких переважає мультиплікативна похибка, що характеризуються граничним допустимим значенням відносної похибки, поданої у відсотках. Клас точності в такому разі позначається у кружечку цифрою з десятковою комою, наприклад

В изначимо для прикладу абсолютну та відносну похиб­ки результату вимірювання напруги 0,786 В цифровим вольтметром класу

Відносну похибку вимірювання легко визначити, оскільки клас точності — це

гранич­но допустиме значення відносної похибки у відсотках, тоб­то δ=0,02 %.

Абсолютна похибка вимірювання

Результат вимірювання напруги цифровим вольтметром доцільно подати у вигляді U=(0,78600±0,00016)В.

3. Клас точності засобів вимірювання, в яких адитив­на та мультиплікативна складові похибки рівновеликі, позначається двома десятковими цифрами, розділеними косою рискою — с/d, наприклад клас 0,5/0,2; с=δ+γ — су­ма гранично допустимих значень відносної мультиплікативної та зведеної адитивної похибки засобу вимірювання; d=γ — гранично допустиме значення зведеної адитивної похибки засобу вимірювання.

Для прикладу визначимо абсолютну та відносну похиб­ки результату вимірювання опору R_x=84,5кОм омметром, клас точності якого 0,5/0,2 і номінальне значення Rном=100кОм.

Відносна похибка вимірювання для приладу з таким класом точності визначається за формулою

Абсолютна похибка вимірювання

Результат вимірювання опору омметром становить: Rх=(84,50±0,46)к0м.

Зміст