Метрологические характеристики средств измерений
Метрологическими характеристиками, называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.
Номенклатура метрологических характеристик:
Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):
- Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;
- Значение однозначной меры;
- Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;
- Вид выходного кода для цифровых средств измерений;
Характеристики погрешностей средств измерений;
Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;
Динамические погрешности средств измерений
Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными.
Все метрологические характеристики можно разделить на две группы:
характеристики, определяющие область применения СИ (измеряемая величина, диапазон измерений, условия измерений, порог чувствительности);
характеристики, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения.
Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), 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 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.
К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов.
Правильность - степень близости результата измерений к истинному или условно истинному (действительному) значению измеряемой величины или в случае отсутствия эталона измеряемой величины - степень близости среднего значения, полученного на основании большой серии результатов измерений (или результатов испытаний) к принятому опорному значению. Показателем правильности обычно является значение систематической погрешности.
Прецизионность - степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных установленных условиях. Эта характеристика зависит только от случайных факторов. Мера прецизионности обычно вычисляется как стандартное (среднеквадратическое) отклонение результатов измерений, выполненных в определенных условиях.
Точность измерений СИ определяется их погрешностью.
Погрешность средства измерений — это разность между показаниями СИ и истинным (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 (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, — значение величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке.
Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:
по способу выражения — приведённые, абсолютные, относительные;
по характеру проявления — систематические, случайные;
по отношению к условиям применения — основные, дополнительные.
На средства измерения воздействует множество факторов, так или иначе влияющих на результат – влияющие величины. К ним, в зависимости от СИ, может относится температура, влажность, скорость движения воздуха и т.д. В соответствии с воздействием влияющих величин 3 диапазона применения СИ:
Нормальные условия измерения (эксплуатации) – условия для которых определяют основную погрешность СИ. Нормальные условия необходимы для поверки СИ.
Рабочие условия измерения – это условия измерений, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины – это область значений влияющей величины, в пределах которой нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний средства измерений (СИ). Дополнительная погрешность обуславливается отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормального значения. Например, изменение температуры окружающей среды, изменение влажности, колебания напряжения питающей сети. Значение дополнительной погрешности нормируется и указывается в технической документации на средства измерения.
Предельно допустимые условия измерения это условия измерений, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.
Практически важно следующее: В предельно допустимых условиях метрологические характеристики прибора могут быть существенно хуже, чем при рабочих условиях измерений. При постоянной эксплуатации прибора в условиях, близких предельно допустимым, существенно сокращается срок службы прибора и повышается вероятность отказов.
Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами. У СИ, применяемых для высокоточных измерений, нормируется до десятка и более метрологических характеристик в стандартах технических требований (технических условий) и ТУ. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации на СИ. Учет всех нормируемых характеристик необходим при измерениях высокой точности и в метрологической практике. В повседневной производственной практике широко пользуются обобщенной характеристикой — классом точности.
Класс точности средств измерений - обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке с учетом результатов государственных приемочных испытаний.
Класс точности хотя и характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, однако не определяет однозначно точность измерений, так как последняя зависит от метода измерений и условий их выполнения.
Способы нормирования и формы выражения метрологических характеристик
Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей следует выражать в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей.
Пределы допускаемой основной погрешности устанавливают в последовательности, приведенной ниже:
Устанавливаются пределы допускаемой абсолютной основной погрешности по формуле:
Δ = ± а
или
Δ = ± (а + b·x)
где Δ - пределы допускаемой абсолютной основной погрешности (в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы) х - значение измеряемой величины, а, b - положительные числа, не зависящие от х.
Устанавливаются пределы допускаемой приведенной основной погрешности по формуле:
γ = Δ / Хn = ± p
где γ - пределы допускаемой приведенной основной погрешности в %, Δ - пределы допускаемой абсолютной погрешности, p - положительное число, выбираемое из параметрического ряда 1·10n, 1,5·10n, 1,6·10n, 2·10n, 2,5·10n, 3·10n, 4·10n, 5·10n, 6·10n (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.).
Устанавливается нормируещее значение Хn: как правило, для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, нормирующее значение устанавливается равным большему из пределов измерений. Для средств измерений, нулевое значение измеряемого параметра которых находится внутри диапазона измерений, нормирующее значение устанавливается равным большему из модулей пределов измерений.
Устанавливаются пределы допускаемой относительной основной погрешности по формуле:
δ = Δ / х = ± [c + d·(|хк / х| - 1)] =< ± q
где δ - пределы допускаемой относительной основной погрешности в %, Δ - пределы допускаемой абсолютной основной погрешности (в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы) х - значение измеряемой величины, хк - наибольший (по модулю) из пределов измерений, q, c, d - положительное число, выбираемое из ряда 1·10n, 1,5·10n, 1,6·10n, 2·10n, 2,5·10n, 3·10n, 4·10n, 5·10n, 6·10n (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.).
В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают по более сложной формуле или в виде графика либо таблицы.
Пределы допускаемых дополнительных погрешностей устанавливают одним из следующих способов:
в виде постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины или в виде постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины;
путем указания отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;
путем указания зависимости предела допускаемой дополнительной погрешности от влияющей величины (предельной функции влияния);
путем указания функциональной зависимости пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.
Пределы допускаемых погрешностей должны быть выражены не более чем двумя значащими цифрами, причем погрешность округления при вычислении пределов должна быть не более 5%.
Обозначение классов точности средств измерений в документации
Для средств измерений пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме абсолютных погрешностей или относительных погрешностей, причем последние установлены в виде графика, таблицы или формулы, классы точности в документации обозначаются прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.
Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.
Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме приведенной погрешности или относительной погрешности в соответствии с формулой δ = Δ / х = ± q, классы точности в документации следует обозначаются числами, которые равны этим пределам погрешности, выраженными в процентах. Обозначение класса точности таким образом, дает непосредственное указание на предел допускаемой основной погрешности.
Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме относительных погрешностей в соответствии с формулой δ = ± [c + d·(|хк / х| - 1)], классы точности в документации обозначаются с/d.
Обозначение классов точности на средствах измерений
Условные обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений. Обозначение класса точности допускается не наносить на высокоточные меры, а также на средства измерений, для которых действующими стандартами установлены особые внешние признаки, зависящие от класса точности.
Расшифровка обозначений классов точности на средствах измерений
Определение метрологических характеристик СИ происходит в процессе утверждение типа средства измерений – решение, выносимое органом государственной метрологической службы, свидетельствующее о соответствии средств измерений установленным требованиям и о пригодности его применения в сферах государственного регулирования обеспечения единства измерений (ГРОЕИ). дение типа СИ является видом государственного метрологического контроля и проводится в целях обеспечения единства измерений в стране. Все средства измерений, применяемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, подлежат обязательному утверждению. При утверждении типа средств измерений, устанавливаются показатели точности, а так же интервал и методика проведения поверки средств измерений данного типа. Решение об утверждении типа принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование) на основании положительных результатов испытаний. Утверждение типа средств измерений удостоверяется свидетельством об утверждении типа средств измерений, а информация заносится в реестр. Срок действия свидетельств об утверждении типа типа средств измерений серийного производства - 5 лет. Для свидетельств об утверждении типа средств измерений единичного производства - без ограничения срока.
Средства измерений, выпущенные после окончания действия свидетельства об утверждении типа, являются СИ неутвержденного типа и не могут применяться в сферах ГРОЕИ.
Средства измерений, выпущенные в период действия свидетельства об утверждении типа, могут применяться в сферах ГРОЕИ и по окончании его срока действия без каких либо ограничений.