Классы точности средств измерений. Методические рекомендации

Классы точности средств измерений

1. Цель работы

Целью настоящей практической работы является изучение обобщенной метрологической характеристики современных средств измерений — класса точности, который присваивается при выпуске средства измерения с предприятия-

изготовителя. В работе рассматриваются различные формы обозначения класса

точности и приводится расчет погрешностей средств измерений.

2 . Классы точности средств измерений и способы нормирования погрешностей

На практике принято деление СИ на классы точности, которые дают их

обобщенную метрологическую характеристику. Случайная и систематическая составляющая погрешности средств измерения отдельно не рассматриваются.

На показания средств измерений влияет ряд причин, среди которых важное значение имеют внешние факторы (влияющие величины). Если все влияющие величины имеют нормальные значения или находятся в пределах нормальной области значений, то условия применения средства измерений называют

нормальными (см. Таблицу 1), а если значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей, то условия применения называются рабочими.

3

Погрешность средств измерений, используемых в нормальных условиях применения, называется основной погрешностью. Изменение погрешности средств измерений, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения, называется дополнительной погрешностью. В

зависимости от основной и дополнительной погрешности средствам измерений на предприятии-изготовителе присваиваются соответствующие классы точности. Класс точности средства измерений — обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Класс точности характеризует свойства приборов в отношении точности,

но не является непосредственным показателем точности измерений,

4

выполняемых с помощью этих средств. Точность измерений зависит еще от метода измерений, от условий, при которых выполняется измерение, и от оператора.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражаются в форме абсолютных, относительных и приведенных

погрешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида. Пределы допускаемой дополнительной погрешности иногда можно выражать в форме, отличной от формы выражения пределов основной погрешности.

Абсолютная погрешность может быть выражена одним числом:

а ,

или двучленной формулой:

(а bx) ,

где — предел допускаемой абсолютной погрешности; а, b — положительные числа, не зависящие от x; x — значение измеряемой величины.

1)В случае нормирования абсолютной погрешности классы точности обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. При этом классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или меньшие цифры.

2)Относительная погрешность выражается одночленной формулой:

( / x) 100%

или двучленной формулой:

( / x) 100% c d( xК / x 1) ,

где — предел допускаемой относительной погрешности в процентах от значения измеряемой величины; xк — конечное значение диапазона измерений;

с,d — положительные числа. Коэффициент с численно равен относительной погрешности на верхнем пределе измерения; d численно равен погрешности на нижнем пределе измерения, выраженной в процентах верхнего предела.

5

Первый способ применяется для нормирования погрешности однозначных мер и масштабных преобразователей. В этом случае число, обозначающее класс точности, и предел допускаемой основной погрешности, выраженной в процентах, совпадают. Например, катушка сопротивления, для которой =

0,01%, должны иметь условное обозначение класса точности .

По второму способу нормируются погрешности магазинов сопротивлений и цифровых вольтметров. В обозначение класса точности входят два числа, которые разделяются чертой (первое — с, второе — d).

Например, относительная погрешность магазина сопротивлений (в процентах)

нормируется по формуле:

0,05 4 10 6 ( xК / x 1) ,

где xК — показание в конце диапазона.

Условное обозначение класса точности в этом случае 0,05/4 10 6 .

3) Приведенная погрешность выражается по формуле:

/ xN 100% ,

где — пределы допустимой приведенной погрешности в процентах

нормирующего значения ХN (ХN — конечное значение диапазона либо длина диапазона измерений). Средствам измерений, пределы допускаемых погрешностей которых нормированы приведенной погрешностью ( ),

рекомендуется). Для одного и того же значения показателя разрешается устанавливать не более пяти классов точности.

Зная класс точности средств измерений, можно рассчитать пределы допускаемой относительной погрешности измерений для любого показания прибора по формуле:

(xК / x) КТ ,

где КТ — класс точности измерительного прибора, нормированный по приведенной погрешности.

6

Это выражение показывает, что относительная погрешность прибора с

нулем в начале шкалы, для которого xN xК ( значение в конце диапазона)

соответствует классу точности только при x xК . Если x намного меньше xК ,

погрешность измерения может оказаться весьма большой. Поэтому при выборе прибора необходимо учитывать не только его класс точности, но и

соотношение x и xК . Как правило, прибор должен выбираться с расчетом,

чтобы измеряемая величина превышала половину диапазона измерения прибора.

Условное обозначение класса точности при его нормировании по приведенной погрешности зависит от способа выбора нормирующего значения.

Если нормирующее значение определяется в единицах измеряемой величины,

то класс точности обозначается числом, совпадающим с приведенной

погрешностью.

Пример 1.а). При значении = 1,5 % класс точности обозначается 1,5

(без кружка).

б). Если нормирующее значение Х N определяется длиной шкалы

(например, для омметров), обозначение класса точности будет 1,5 (в галочке).

Пример 2. Катушка сопротивления, для которой относительная погрешность Д 0,01 %, имеет условное обозначение класса точности:

Погрешности многих средств электрических измерений, например,

потенциометров постоянного тока, нормируются по двучленной формуле вида:

В последнем случае в условное обозначение класса точности входит

только число e, которое заключают в кружок, т.е. обозначение класса точности не отличается от способа обозначения точности СИ с постоянной относительной погрешностью.

7

Пример 3. Потенциометр постоянного тока в диапазоне 0 – 50 мВ имеет основную погрешность:

где x — показания потенциометра, мВ. Условное обозначение класса точности

.

Для данного потенциометра предел допускаемой погрешности в конце диапазона измерений ( xК = 50 мВ):

Д 0,05 250,5 0,05 0,05 0,1% ,

а в середине диапазона:

Д 0,05 225,5 0,05 0,1 0,15% ,

т.е. фактическая относительная погрешность прибора существенно превышает число, входящее в условное обозначение класса точности.

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей средств измерений Д

и возможные зависимости абсолютных погрешностей от величины показаний x

показаны на Рис. 1. Пределы допускаемых относительных погрешностей средств измерений Д и возможные зависимости относительных погрешностей от величины показаний x представлены на Рис. 2.

Рис. 1. Пределы допускаемых абсолютных погрешностей средств измерений в зависимости от величины х, где:

а) д = + а; б) д = + ( а + bx )

8