-_7-07~1

РАЗДЕЛ МЕТРОЛОГИЯ

где ∆ — границы абсолютной погрешности измерения, х - опорное или измеренное значение величины.

Виды погрешностей по режиму измерения

Статическая погрешность (средства измерений) - погрешность средства измерений, применяемого для измерения постоянной величины.

Динамическая погрешность (средства измерений) - разность между по-

грешностью средства измерений в динамическом режиме и его статистической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени. Динамический режим измерений встречается не только при измерении изменяющейся величины, но и при измерении величины постоянной. И в том и в другом случаях возможна слишком высокая скорость «подачи информации» на средство измерений VQ (скорость изменения сигнала измерительной информации на входе средства измерений) которая оказывается соизмерима со скоростью преобразования измерительной информации VQ X и/или даже выше ее.

1.6. Технические и метрологические свойства и характеристики средств измерений

1.6.1. Метрологические свойства средств измерений

Важным термином применительно к средствам измерений является показа-

ние - значение величины, формируемое средством измерений или измерительной системой.

Вариация показаний (измерительного прибора) - разность показаний из-

мерительного прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины. В высокочувствительных (особенно в электронных) измерительных приборах вариация приобретает иной смысл и может быть раскрыта как колебания его показаний около среднего значения (показание «дышит»).

Вариация, вызванная влияющей величиной - разность показаний для дан-

ного значения измеряемой величины, обусловленная тем, что влияющая величина принимает последовательно два разных значения.

К основным метрологическим свойствам измерительных устройств относят метрологическую исправность, метрологическую надежность, стабильность, точность.

Метрологическая исправность (средства измерений) - состояние сред-

ства измерений, при котором все его нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.

Метрологическая надежность (средства измерений) - надежность сред-

ства измерений, в части сохранения его метрологической исправности.

82

РАЗДЕЛ МЕТРОЛОГИЯ

Метрологический отказ (средства измерений) - выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы. Пример: если погрешность средства измерений класса точности 0,01 стала превышать 0,01 %, то это значит, что произошел метрологический отказ и средство измерений уже не соответствует установленному ранее классу точности. Если не установлены технические неполадки, то средству измерений может быть присвоен другой, более низкий класс точности.

Стабильность (средства измерений) - свойство средства измерений, отра-

жающее неизменность во времени его метрологических характеристик. Стабильность может количественно выражаться разными способами. Примеры. 1 Указанием длительности интервала времени, за который метрологическая характеристика изменилась на установленное значение. 2 Указанием изменения характеристики за установленный интервал времени, что часто называют нестабильностью средства измерений.

Условия стабильности при эксплуатации - условия эксплуатации сред-

ства измерений или измерительной системы, при которых соотношение, установленное при калибровке, остается неизменным, даже если измеряемая величина изменяется со временем.

1.6.2. Точностные характеристики средств измерений

Точность (средства измерений) - качество средства измерений, отражающее близость к нулю его погрешности.

Точностные характеристики (средства измерений) - совокупность мет-

рологических характеристик средства измерений, влияющих на точность измерения. К точностным характеристикам относят погрешность.

Номинальное значение величины - округленное или приближенное значение величины, приписанное средству измерений, которым следует руководствоваться при его применении.

Пример - резисторы с номинальным значением 1 Ом, гиря с номинальным значением 1 кг, -20 °С как максимальная температура по Цельсию при хранении. Нередко номинальное значение указывают на мере. Значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении называют номинальным значением меры.

Действительное значение меры - значение величины, приписанное мере на основании ее калибровки или поверки. В состав первичного эталона единицы массы входит платиноиридиевая гиря с номинальным значением массы 1 кг, тогда как действительное значение ее массы составляет 1,000000087 кг, полученное в результате международных сличений с международным эталоном килограмма, хранящимся в Международном Бюро Мер и Весов. 2 Для номинального диапазона показаний от -10 В до +10 В номинальный размах показаний составит

20 В.

83

РАЗДЕЛ МЕТРОЛОГИЯ

Класс точности - обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая их уровень точности и выражаемая точностными характеристиками средств измерений.

Класс точности обычно обозначается числом или символом, принятым по соглашению. Класс точности дает возможность судить о значениях инструментальных погрешностей или инструментальных неопределенностей средств измерений данного типа при выполнении измерений. Класс точности применяется и к материальным мерам. Единые правила установления пределов допускаемых погрешностей показаний по классам точности средств измерений регламентирует ГОСТ 8.401. Однако класс точности не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых данным средством. Например, для измерительного прибора класса точности 1,5 предел допускаемой основной погрешности составляет ± 1,5 % диапазона измерений прибора, а действительное значение основной погрешности конкретного прибора может иметь значение, равное или меньшее 1,5 %.

Под классом точности средств измерений понимают их обобщенные характеристики, определяемые пределами допускаемых основной и дополнительной погрешности, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности хотя и характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, однако не определяет однозначно точность измерений, так как последняя зависит также от метода измерений и условий их выполнения.

Например, класс точности характеризует: для вольтметра переменного тока

– его наибольшую допускаемую основную погрешность, допускаемые изменения показаний, вызываемые отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока, внешних магнитных полей и других влияющих величин; для нормальных элементов – пределы, в которых должно лежать действительное значение их ЭДС, стабильность во времени и т.п.; для концевых мер – степень приближения их размера к номинальному, и, в меньшей степени, через приведенную погрешность, допускаемое отклонение от плоскопараллельности, а также притираемость и нестабильность; для электро- и радиоизмерительных приборов – пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей, устанавливаемых в виде абсолютных, относительных и приведенных погрешностей или в виде определенного числа делений шкалы.

Более характерным для радиоизмерительных приборов является выражение точности измерения через абсолютную и относительную погрешность; для электроизмерительных приборов – через приведенную погрешность. Средствам измерений с двумя или более диапазонами измерений одной и той же физической величины допускается присваивать два или более класса точности.

Например, электроизмерительному прибору. Предназначенному для измерения силы постоянного тока в диапазонах 0-10; 0-20; 0-50 А, могут быть для отдельных диапазонов присвоены различные классы точности. Средствам изме-

84

РАЗДЕЛ МЕТРОЛОГИЯ

рений, предназначенным для измерений двух или более физических величин, допускается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерений электрического напряжения и сопротивлений, могут быть присвоены два класса точности: один как вольтметру, другой – как омметру.

С целью ограничения номенклатуры средств измерений по точности для средств измерений конкретного вида устанавливают ограниченное число классов точности, определяемое технико-экономическими обоснованиями. Средства измерений должны удовлетворять требованиям к метрологическим характеристикам, установленным для присвоенного класса точности как при выпуске их из производства, так и в ходе эксплуатации. Классы точности цифровых измерительных приборов со встроенными вычислительными устройствами для дополнительной обработки результатов измерений устанавливают без учета режима обработки. Средствам измерений при их разработке присваивают классы точности с учетом государственным приемочных испытаний. Если в стандарте или технических условиях, регламентирующих технические требования к средствам измерений конкретного типа установлено несколько классов точности, то допускается присваивать класс точности при выпуске из производства, а также понижать класс точности по результатам поверки в порядке, предусмотренном документацией, регламентирующей ее. При этом класс точности набора мер определяется классом точности меры с наибольшей погрешностью. Например, класс точности для концевых мер длины может быть присвоен при выпуске мер из производства или изменен в процессе эксплуатации, если в ходе ее отклонение длины меры от номинального значения превысило предел допускаемых отклонений для класса точности, присвоенного ранее.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей. Способ выражения погрешности зависит от характера изменения погрешности по диапазону измерения, а также от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида.

Пределы допускаемых погрешностей выражают в зависимости от характера изменения (в пределах диапазона изменений входного (выходного) сигнала) границ абсолютных погрешностей средств измерений конкретного вида, которые оценивают на основании принципа действия, свойств средств измерений, а также их назначения:

-в форме приведенных погрешностей – если указанные границы можно полагать практически неизменными. Например, пределы допускаемых погрешностей показывающих амперметров выражают в форме приведенных погрешностей, так как границы погрешностей средств измерений данного вида практически неизменны в пределах диапазона измерений;

-в форме относительных погрешностей – если указанные границы нельзя полагать постоянными;

-в форме абсолютных погрешностей – если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измеряемой

85

РАЗДЕЛ МЕТРОЛОГИЯ

Погрешность меры - разность между номинальным значением меры и опорным значением воспроизводимой ею величины.

Инструментальное смещение - разность между средним повторных показаний и опорным значением величины. Также различают основную и дополнительную погрешности средств измерений.

Основная погрешность (средства измерений) - погрешность средства из-

мерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность (средства измерений) - составляющая по-

грешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

Для средств измерений используются термины концепции неопределенно-

сти.

Инструментальная неопределенность - составляющая неопределенно-

сти измерений, обусловленная применяемым средством измерений или измерительной системой. Инструментальную неопределенность, как правило, определяют при калибровке средства измерений или измерительной системы, за исключением первичного эталона, когда для этого используют иные подходы. Инструментальную неопределенность используют при оценивании неопределенности измерений по типу В. Информация, касающаяся инструментальной неопределенности, может быть приведена в спецификации средства измерений.

Неопределенность измерений нуля - неопределенность измерений, когда заданное значение измеряемой величины равно нулю. Неопределенность измерений нуля связывается с нулевым показанием или показанием, близким к нулю, и охватывает интервал, для которого неизвестно, является ли измеряемая величина слишком малой, чтобы быть обнаруженной, или показание средства измерений вызвано только шумом. Понятие неопределенность измерений нуля также применяется, когда при измерении получено различие для образца и фона.

Метрологическая характеристика (средства измерений); MX - характе-

ристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики.

Характеристиками, связанными со временем, являются время отклика и ин-

струментальный дрейф. Время отклика (при скачкообразном воздействии) -

интервал времени от момента, когда значение величины на входе средства измерений или измерительной системы скачкообразно изменяется до определенного уровня (значения), до момента, когда соответствующее показание средства измерений или измерительной системы достигает установившегося конечного значения и остается в заданных пределах.

Инструментальный дрейф - непрерывное или ступенчатое изменение показаний во времени, вызванное изменениями метрологических характеристик средства измерений.

88

РАЗДЕЛ МЕТРОЛОГИЯ

Термины, относящиеся к чувствительности средств измерений – разрешение, предел обнаружения, избирательность, чувствительность (средства измерений), порог чувствительности (средства измерений), зона нечувствительности средства измерений.

Разрешение - наименьшее изменение измеряемой величины, которое является причиной заметного изменения соответствующего показания. Разрешение может зависеть, например, от шума (собственного или внешнего) или трения. Оно может также зависеть от значения измеряемой величины.

Разрешающая способность измерительного прибора - наименьшая раз-

ность между показаниями, которая может быть заметно различима.

Предел обнаружения - измеренное значение величины, полученное в соответствии с данной методикой измерений, для которого вероятность ошибочного утверждения об отсутствии компонента в материале равна Р, а вероятность ошибочного утверждения о его наличии равна а. Термин широко применяется в области количественного химического анализа, где часто по умолчанию принимают значения а и Р равными 0,05. Термины чувствительность и порог чувствительности не следует использовать для предела обнаружения.

Избирательность - свойство средства измерений или измерительной системы, применяемой согласно установленной методике измерений для получения измеренных значений одной или нескольких измеряемых величин, заключающееся в независимости значений этих величин друг от друга и от влияющих величин объекта измерения.

Примеры.

1.Способность измерительной системы для ионизирующего излучения реагировать на данное излучение при измерении в присутствии постороннего излучения.

2.Способность измерительной системы измерять молярную концентрацию креатинина в плазме крови по методу Яффе без влияния со стороны глюкозы, урата, кетона и белков. В химии избирательность измерительной системы обычно получают для величин, соответствующих определенным компонентам объекта измерения, концентрации которых лежат в установленных интервалах.

Чувствительность (средства измерений) - отношение изменения показа-

ний средства измерения к вызывающему его изменению измеряемой величины. Различают абсолютную и относительную чувствительность. Абсолютную чувствительность определяют по формуле:

Относительную чувствительность определяют по формуле:

89