1.2.2 Метрологічні характеристики засобів вимірювання

До основних метрологічних характеристик засобів вимірювання відносять: клас точності, допустимі основну і додаткову похибки вимірювання.

Клас точності засобу вимірювання визначається межами допустимих основної та додаткової похибок вимірювання, під якими розуміють такі похибки без урахування їх знаку, при яких даний засіб вимірювання може бути допущенний до експлуатації.

Клас точності не визначає безпосередню точність вимірювань, оскільки ця точність ще залежить від методу та умов вимірювання.

Основна допустима похибка вимірювання  визначається в нормальних умовах експлуатації засобу вимірювання, які в кожному конкретному випадку установлюється технічними умовами (ТУ) експлуатації засобу, наприклад тиск Р= (76025) мм.рт.ст. і температура t=(205)^оС:

,

(1.3)

де Δ – абсолютна похибка; х_N – нормоване значення показання засобу вимірювання, яке приймається рівним діапазону вимірювання.

Якщо робочі умови експлуатації засобу вимірювання відрізняються від нормальних ТУ для даного, то до основної допустимої похибки добавляється додаткова похибка вимірювання:

,

(1.4)

де х_П – показник засобу вимірювання при робочих умовах; х_ПН – показання засобу вимірювання при нормальних умовах. Межі допустимої додаткової похибки вказуються або як конкретні значення, або у вигляді функціональної залежності δ_д від фізичної величини, що впливає на цю похибку.

При рівності х_N діапазону вимірювання або для засобів вимірювання з двобічною шкалою арифметичній сумі верхньої і нижньої границь діапазону, межа допустимої основної похибки показань збігається з класом К засобу вимірювання, тобто:

.

(1.5)

В багатьох випадках випадкові похибки не визначають точність технічних вимірювань, що робить не потрібними багатократні повторні вимірювання однієї і тієї ж величини. В зв’язку із цим в промислових і лабораторних умовах прямі вимірювання практично постійних фізичних величин виконуються, як правило, однократно за допомогою робочих засобів вимірювання, а точність результатів оцінюється відносною граничною (максимальною) похибкою вимірювання

δr=(δ+δд+δм),

(1.6)

де δ та δ_д – допустимі основна і додаткова похибки засобу вимірювання, %; δ_м – методична похибка, %.

При не прямих вимірюваннях (що характерно для теплотехнічних лабораторних вимірювань) якоїсь величини у, коли має місце залежність y=f(x₁, x₂,...,x_n), похибку вимірювання цієї величини можна розрахувати з виразу для повного диференціала

(1.7)

за умови, що похибки Δx_і є нескінченно малими, хоч в дійсності ці похибки такими не є [1, 2]. Якщо знехтувати зміною похідних в межах зміни відповідних величин Δx_і, то для оцінювання максимально допустимої похибки непрямих вимірювань можна використати залежність

,

(1.8)

де Δx_і – абсолютна графічна похибка прямого однократного вимірювання величини x_і (див. (1.6)).

Після нескладних перетворень з рівняння (1.8) можна отримати формулу для розрахунку відносної максимальної похибки вимірювання величини у (в %):

.

(1.9)

Розглянутий спосіб визначення похибки непрямих вимірювань величини у дає свідомо завищені значення Δу та у, оскільки передбачається, що всі похибки Δx_і максимальні і мають один знак, що малоймовірно. Крім цього похибка, знайдена за (1.9) не є повною, оскільки формула (1.9) не враховує так звану похибку віднесення, яка враховує зміну параметрів процесу під час проведення вимірювань. Щоб не було похибки віднесення, необхідно, щоб вимірювання виконувались при строго визначених і незмінних за час вимірювання параметрах процесу, що в реальних умовах неможливо.

Сказане можна проілюструвати таким прикладом. При досліджені процесів конвективного теплообміну основними вимірюваними параметрами є тиск p і температура Т, тому відносну максимальну похибку віднесення розраховувати за залежністю [1]

,

(1.10)

де частинні похідні та характеризують інтенсивність зміни фізичної величини у і визначають значення похибки .