3.2 Клас точності

Узагальненою характеристикою засобу вимірювальної техніки є клас точності, що визначається границями його допустимих основної і додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентується.

Клас точності характеризує точність засобу вимірювань, але не є безпосередньою характеристикою точності вимірювання, виконаного за допомогою даного засобу вимірювань.

В основу присвоєння класу точності береться основна похибка засобу вимірювань і спосіб її вираження. Якщо основна похибка виражається в одиницях вимірюваної величини або в поділках шкали, то класи точності позначають порядковими номерами. Номери визначаються відповідними стандартами.

Для засобів вимірювання, відлікові пристрої яких градуюються у логарифмічних одиницях, позначення класів точності збігається з граничними значеннями допустимих похибок. Наприклад, якщо границя допустимої похибки становить 1 дБ, то клас точності позначають: Кл. 1,0 дБ.

Якщо границі допустимої основної похибки задаються відносною або зведеною похибкою, то позначення класів точності вибирають із наведеного раніше ряду.

Якщо границі допустимої основної похибки залежать від значення вимірюваної величини, наприклад,

,

то при значеннях с=0.02 і d=0.01 клас точності позначають дробом: 0.02/0.01.

Для характеристик точності засобу вимірювань можна застосувати коефіцієнт точності, який визначається відношенням абсолютної похибки до його поля допуску

.

Щоб оцінити точнісні характеристики сукупності засобів вимірювань, можна застосувати коефіцієнт відносної точності, що являє собою відношення середнього квадратичного відхилення вимірюваної величини до його поля допуску

.

Як показники точності засобів вимірювань можна також застосовувати:

а) інтервал, у якому похибку вимірювання знаходять із заданою ймовірністю;

б) інтервал, у якому систематичну складову похибки вимірювання знаходять із заданою ймовірністю;

в) числові характеристики систематичної складової похибки;

г) числові характеристики випадкової складової похибки;

д) функцію розподілу складової похибки.

3.2.1 Найбільш широко вживані в практиці вимірювань методи та способи підвищення точності

В практиці найбільш часто застосовуються такі методи і способи підвищити точність вимірювань:

Заміна менш точного засобу вимірювань на більш точний

При відсутності більш точного засобу вимірювань його можна розробити. Даний спосіб підвищення точності вимірювань використовується, коли переважає інструментальна складова похибки вимірювань. Для вимірювальних каналів на більш точні замінюють тільки ті засоби вимірювань, похибки яких переважають при розрахунку сумарної похибки каналу.

Вибір верхньої межі вимірювань засобів вимірювань, для яких нормовані наведені основна і додаткова похибки, такої, щоб очікувані значення вимірюваної величини перебували в останній третині межі вимірювань. Таким способом можна зменшити відносну похибку засобів вимірювань.

Обмеження умов застосування засобів вимірювань

Цим способом користуються в разі домінування додаткових похибок засобів вимірювань, які виникають, наприклад, при значних відхиленнях від нормальних значень температури навколишнього повітря; при впливі електромагнітних полів, вібрації і т.д.

У цих випадках зменшують подібні впливу шляхом встановлення кондиціонерів, захисних екранів від електромагнітного впливу, амортизаторів для зниження вібрації.

Індивідуальне градуювання засобу вимірювань

Даний спосіб підвищення точності вимірювань застосовується у разі переважання систематичних складових похибки засобів вимірювань. Систематичні складові похибки засобів вимірювань (наприклад, для термометрів опору і термопар) можна значно зменшити шляхом внесення в результати вимірювань поправок, отриманих при індивідуальній градуюванні.

Використання методу заміщення

За допомогою такого методу виключають систематичні похибки. Він полягає в тому, що після вимірювання вимірювана величина замінюється змінною зразковою мірою, значення якої підбирається таким чином, щоб у вимірювальній схемі отримати однакове показання приладу. При цьому значення вимірюваної величини приймається рівним значенню зразковою заходи. Приклад: вимірювання електричного опору на мосту постійного струму.

Впровадження способів контролю працездатного стану засобів вимірювань в процесі їх експлуатації

Цей захід сприяє виявленню, вилученню або зниження метрологічних відмов у засобах вимірювань. У багатьох випадках системи контролю працездатності засобів вимірювань в процесі експлуатації ефективні без будь-яких обмежень на складові похибки засобів вимірювань та їх випадковий або систематичний характер.

Автоматизація вимірювальних процедур

Такий захід знижує трудомісткість вимірювань, сприяє виключенню суб'єктивних похибок, що виникають при обробці діаграм, обчисленні проміжних і кінцевих результатів вимірювань, приготуванні проб для аналізів та інших операцій, виконуваних людиною.

Використання методу зворотного перетворення

Метод використовується для автоматичної корекції похибки засобів вимірювань. Підбирається такий зворотний перетворювач, статична реальна функція перетворення якого повинна збігатися з функцією, зворотною номінальній характеристиці перетворення засобу вимірювань. Зворотний перетворювач повинен бути значно точніше прямого перетворювача. На вхід зворотного перетворювача подається реальний вихідний сигнал кошти вимірювань. Різниця двох сигналів - вхідний сигнал засоби вимірювань мінус вихідний сигнал зворотного перетворювача - відповідає похибці засобу вимірювань і може використовуватися для вироблення коригуючого сигналу в системі налаштування і в системі введення поправок. При цьому методі коригуються інструментальні похибки будь-якого походження, тому що точність корекції визначається високою точністю зворотного перетворювача. Корекція здійснюється протягом всього режиму вимірювання. Метод широко використовується при вимірі, наприклад, електричних величин.

Виконання багаторазових спостережень з наступним усередненням їх результатів

Цей метод застосовується при перевазі випадкової складової похибки вимірювань. Як відомо, випадкова складова похибки вимірювань середнього значення менше випадкової складової похибки вимірювань поточних значень. Метод використовується тоді, коли протягом інтервалу часу усереднення не відбувається помітна зміна поточних значень вимірюваної величини, але похибка вимірювань поточних значень протягом цього ж інтервалу суттєво змінюється.

Використання тестових сигналів

Цей метод підвищення точності вимірювань застосовується у вимірювальних системах для вимірювання електричних і неелектричних величин. Суть методу полягає у визначенні параметрів статичної функції перетворення за допомогою додаткових перетворень тестів, кожен з яких функціонально пов'язаний з вимірюваною величиною. Тестові методи дозволяють підвищувати точність вимірювань за рахунок зменшення систематичних і так званих квазісистематичних похибок.

Використання інформаційної надмірності

Інформаційна надмірність - такий стан вимірювальної інформації, при якому вона більше необхідної для реалізації функцій управління об'єктом. Приклад використання інформаційної надлишковості для підвищення точності вимірювань - включення до вимірювальну систему додаткових засобів вимірювань, що вимірюють одну і ту ж величину, і усереднення їх показань. Інший приклад - наявність зв'язків між вимірюваними величинами, обумовлених властивостями об'єкта вимірювань або управління. Ці зв'язки можуть бути використані для виключення промахів при вимірі окремих величин і для підвищення точності вимірювань всієї сукупності вимірюваних величин.

Вдосконалення методик виконання вимірювань

Якщо домінують методичні складові похибки вимірювань, то цей спосіб підвищення точності вимірювань є єдино ефективним. У ІВС і АСУ ТП складові методичної похибки вимірювань, зумовлені відмінністю алгоритму обчислень від функції, суворо визначеною залежністю результатів обчислень від аргументів вимірюваних прямим методом величин, зменшують застосуванням більш досконалого алгоритму. За суттєвої методичної похибки вимірювань середніх або інтегральних значень, зумовленої обмеженим числом "точок" вимірів або відхиленнями дійсних значень від номінальних значень невимірюваних величин, що входять у функцію у вигляді констант, відповідне вдосконалення методики виконання вимірювань дає помітний ефект у підвищенні точності вимірювань. Методики виконання вимірювань можуть бути вдосконалені зміною алгоритму обробки результатів вимірювань. У цьому випадку проводять атестацію алгоритму у відповідності з нормативними документами.

Контрольні питання та завдання: