Классы точности средств измерений

Учет всех нормируемых МХ средств измерений – сложный и трудоемкий процесс, проводимый, как правило, только при измерениях высокой точности (лабораторных, метрологических). При технических измерениях, широко используемых на практике, такой учет обычно не проводят. Для таких средств измерений принято устанавливать классы точности.

Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений данного типа, как правило отражающая их точность, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность измерений.

Для установления класса точности средств измерений применяют общие правила, в соответствии с которыми проводят количественную оценку гарантированных границ погрешности средств измерений данного типа. Класс точности не устанавливают для средств измерений, у которых отдельно нормируют систематическую и случайную составляющие основной погрешности и для которых существенны динамические погрешности.

Необходимо помнить, что класс точности не является непосредственной характеристикой точности измерений, выполняемых с помощью этих средств измерений, поскольку точность измерений зависит и от метода измерения, взаимодействия с объектом, условий измерения и т.д. Например, чтобы измерить величину с точностью 1 %, недостаточно выбрать средство измерения с погрешностью 1 %. Необходимо, чтобы выбранное средство измерения должно обладать гораздо меньшей погрешностью, т.к. нужно учесть как минимум еще погрешность метода.

Впервые термин «класс точности» был введен в 30-е г. ХХ в. применительно к стрелочным приборам для определения основной погрешности средств измерений (в нормальных условиях) и классификации последних по точности. Эта характеристика позволила четко стандартизировать измерительные приборы, облегчить выбор средств измерений, проводить ориентировочную оценку точности измерений.

Требования к назначению, применению и обозначению клас­сов точности регламентированы ГОСТ 8.401. Класс точности конкретного типа устанавливают в технической документации, сопровождающей данное средство измерения с обязательной ссылкой на стандарт или технические условия. Если средство измерения предназначено для измерений нескольких величин или для одной, но в разных диапазонах, то могут быть присвоены разные классы точности как по измеряемым величинам, так и по диапазонам.

Классы точности присваивают при разработке средств измерений по результатам приемочных испытаний. В связи с тем, что в процессе эксплуатации средств измерений их метрологические характеристики обычно ухудшаются, то допускается понижать класс точности по результатам поверки или калибровки средства измерения.

Класс точности средства измерения выражают пределами допускаемой погрешности, выраженной в абсолютной, относительной или приведенной форме. Способ выражения погрешностей зависит от характера их изменения по диапазону измерения, назначения и условия применения средства измерения.

Если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измерения величины или делениях шкалы, то принимают форму абсолютных погрешностей (например, для мер массы, длины). Если границы абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерений практически постоянны, то используют форму приведенной погрешности, а если их нельзя считать постоянными, то применяют форму относительной погрешности. Таким образом, ГОСТом установлены три основных формы представления пределов допускаемой погрешности средств измерений. Они рассмотрены ниже.

Определяя класс точности, нормируют (устанавливают) прежде всего пределы допускаемой основной погрешности. В ряде случаев вместе с основной нормируют пределы допускаемой дополнительной погрешности, форма представления которой может отличаться от формы представления основной погрешности.

Формы представления погрешностей при установлении классов точности

1 способ. Пределы допускаемой основной абсолютной  погрешности устанавливают в виде одночленной формулы

 = а, (2.17)

либо в виде двухчленной формулы

 =  (а + bХ), (2.18)

где Х – значение измеряемой величины, а и b – положительные числа, не зависящие от Х.

 и Х выражаются в единицах измеряемой величины либо в делениях шкалы прибора.

Абсолютная погрешность выражается одним числом (формула 2.17), если она имеет аддитивный характер (рис. 2.8, а) и двучленом (формула 2.18), если она имеет аддитивно- мультипликативный характер (рис. 2.8, б).

а)	б)	в)

Рис. 2.8. Характер изменения границ абсолютных погрешностей средств измерений: а – аддитивный, б – аддитивно-мультипликативный, в – мультипликативный

2 способ. Пределы допускаемой основной приведенной  погрешности устанавливают по формуле:

, (2.19)

где  - пределы допускаемой абсолютной погрешности, устанавливаемой по формуле 2.17, Х_N – нормирующее значение, выраженное в тех единицах, что и , р – отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда:

110ⁿ; 1,510ⁿ; 210ⁿ; 2,510ⁿ; 410ⁿ; 510ⁿ; 610ⁿ,

где n = 1, 0, -1, -2 и т.д.

В этом случае абсолютная погрешность имеет аддитивный характер (рис. 2.8, а).

Нормирующее значение Х_N устанавливают равным верхнему пределу измерений для средств измерений с равномерной или степенной шкалой с нулевым значением на краю или вне диапазона измерений. Для электроизмерительных приборов с нулевой отметкой внутри диапазона измерений Х_N допускается устанавливать равным сумме модулей пределов измерений. Для средств измерений, для которых принята шкала с условным нулем, Х_N равно модулю разности пределов измерений. Для средств измерений с установленным номинальным значением Х_N равно номинальному значению.

3 способ. Пределы допускаемой основной относительной  погрешности устанавливают по одночленной формуле

, (2.20)

где  = bХ (b=tg  на рис. 2.8, в), q – отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда, приведенного выше,

либо двухчленной формулой

, (2.21)

где  =  (а + bХ), Х_k – больший по модулю из пределов измерения средства измерения, с и d – отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда, приведенного выше.

Формула (2.20) применяется, если погрешность средства измерения  имеет в основном мультипликативный характер (рис. 2.8, в), а формулу (2.21) – при аддидивно-мультипликативном характере  (рис. 2.8, б).

Обозначение классов точности

Обычно класс точности указывается в виде арабских или римских цифр, а также букв латинского алфавита. Обозначения классов точности наносят на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений (рис. 2.9), приводят в нормативных и технических документах.

а)	б)
в)	г)

Рис. 2.9. Внешний вид шкал средств измерений: а – вольтметр, б – амперметр, в – частотомер, г – мегаомметр

Согласно ГОСТ 8.401 обозначение классов точности вводится в зависимости от способов задания пределов допускаемых погрешностей. Возможны четыре варианта обозначения класса точности.

1) Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в абсолютной форме (формулы 2.17, 2.18), то класс точности средства измерения обозначают заглавными буквами латинского алфавита (например: А, В, С) или римскими цифрами (I, II, III и т. д.). Соответствие букв значению абсолютной погрешности раскрывается в технической документации на данное средство измерения. Обычно чем дальше буква от начала алфавита, тем больше значение допускаемой абсолютной погрешности (например, прибор класса В более точен, чем класса С).

2) Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в приведенной форме (формула 2.19), то класс точности средств измерений обозначается арабской цифрой (возможны дополнительные условные знаки), указывающей предел допускаемой погрешности. Например, класс точности прибора 1,5 означает, что  = 1,5 %.

3 ) Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в относительной форме (формула 2.20), то класс точности средств измерений обозначается арабской цифрой в окружности, указывающей предел допускаемой погрешности. Например, класс точности прибора 0,5 означает, что  = 0,5 %.

4) Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в относительной форме (формула 2.21), то класс точности средств измерений обозначается двумя цифрами, соответствующими значениям c и d. Например, класс точности прибора 0,02/0,01 означает, что с = 0,02, d = 0,01.

В таблице 2.2 приведены примеры обозначения классов точности в документации и на средствах измерения.

Таблица 2.2