2.3. Классы точности средств измерений

Согласно ГОСТ 8.401-81 приборам присваивается метрологическая характеристика класс точности.

2.3.1. Классы точности

Класс точности это обобщенная метрологическая характеристика средств измерений, определяющая допускаемые пределы всех погрешностей, а также все другие свойства, влияющие на точность средств измерений.

Пределы допускаемых изменений показаний средств измерений, возникающие под влиянием внешних факторов уста­навливаются в зависимости от класса их точности со­гласно стандартам на отдельные виды электроизмерительных приборов.Класс точности может выражаться одним числом или дробью.

У приборов, аддитивная погрешность которых намного больше мультипликативной, значения всех погрешностей оказываются в пределах прямых 2, парал­лельных оси ОХ (рис. 11). В результате допускаемая абсолютная и приведенная основные погрешности прибора оказы­ваются постоянными в любой точке его шкалы. Класс точности таких приборов выражается одним числом, вы­бираемым из ряда следующих чисел:

110ⁿ; 1,510ⁿ; (1,610ⁿ); 210ⁿ; 2,510ⁿ; (310ⁿ); 410ⁿ; 510ⁿ; 610ⁿ (62)

где п=1; 0; -1; -2 и т.д, а приведенная основная погрешность в рабо­чем диапазоне шкалы, выраженная в процентах, не пре­вышает значения, соответствующего класса точности. К таким приборам относится большинство стрелочных и самопишущих приборов.

Пример: Милливольтметр В3-38 (аналоговый):=2,5% на поддиапазонах от 1 мВ до 300 мВ и =4,0%, от 1 В до 300 В. Т.е. милливольтметр В3-38 может быть отнесен как к классу точности 2,5 так и - 4,0 [7].

Класс точности приборов, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие основной погрешно­сти соизмеримы, а предельное значение основной относительной погрешно­сти, выраженное в процентах определяется путем расчета по формуле (55), обозначается в виде двух чисел, разде­ленных косой чертой , например класс точностит.е.

, (63) .

где X_к - конечное значение диапазона измерений; Х - измеряемая величина; с и d - постоянные числа, выбираемые из ряда чисел (62), причем всегда отношение .

Коэффициенты с и d в выражении (55,60) связаны с предельными значениями аддитив­ной и мультипликативной погрешностей прибора. Учиты­вая, что предельное значение основной относительной по­грешности , определенное из класса точно­сти прибора, всегда больше или равно предельного значения реальной основной относительной погрешности, из(63) и

получим

,

откуда

(64) .

Так как относительная, абсолютная и приведенная погрешности взаимосвязаны, то, зная одну из них, лег­ко определить остальные.

К приборам, класс точности которых выражается дробью, относятся цифровые приборы, а также мосты и компенсаторы как с ручным, так и с автоматическим уравновешиванием.

Пример: Вольтметр универсальный цифровой В7-27:

на пределе измерения 100 мВ,

на остальных пределах измерения.

Исходя из этого, в первом случае, имея в виду выражение (62), класс точности вольтметра может быть обозначен как 0,40/0,15¹, а во втором - как 0,25/0,15 [8].

Каждый измерительный прибор имеет паспорт, в ко­тором завод изготовитель указывает максимальную по­грешность для данной серии приборов. Новые приборы должны иметь погрешность, которая не превышает 80% значения, указанного в паспорте.

Как правило, в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации цифровых измерительных приборов, основная погрешность которых выражается как относительная, формула для ее расчета несколько отличается от (58) или (59) (см. табл. 9) и имеет вид, например, для вольтметра универсального (цифрового) В7-16

. (65) .

На самом деле она получена из (53) после раскрытия круглых скобок

,

откуда первое слагаемое в формуле (65) – разность c  d. Имея в виду, что выражение (65) можно записать как

. (66) .

Правильнее было бы записать

, (66а) .

однако как правило U_кU_x то знак модуля в круглых скобках обычно не ставится. Это удобно, так как легко определяются мультипликативная (b‑относительная погрешность чувствительности _S) и аддитивная составляющие абсолютной погрешности

.

Если поставить цель записать класс точности вольтметра В7‑16 необходимо выражение (65), (66) или (66а) записать в стандартной форме

,

или точнее

.

Класс точности такого прибора записывается как отношение 0,1/0,05, причем как принято .

Закономерность не нарушается даже в тех случаях, когда первоначальные соотношения, например для основной погрешности вольтметра универсального цифрового В7-22 (табл. 10), кажутся странными.

Все приведенные в данном разделе сведения о по­грешностях средств измерений относятся в равной мере, как к измерительным приборам, так и к измерительным преобразователям.

Общие технические требования ко всем аналоговым и цифровым приборам, а также к мерам электрических величин и измерительным преобразователям сформулированы в ГОСТ 22261-76. Следует отметить, что техниче­ские требования к электроизмерительным приборам, вы­пущенным до 1981 г., формулировались в ГОСТ 1845-59. В настоящее время этот ГОСТ отменен.

Таблица 10.

К определению погрешности измерения напряжения, силы тока и сопротивления

Измеряемая величина	Предел допускаемой основной погрешности, % (техн. описание)	Предел допускаемой основной погрешности, % (нормальный вид)	Отношение c/d
Напряжение постоянного тока			0,35/0,2>1
Постоянный ток			0,55/0,3>1
Сопротивление постоянному току			0,6/0,3>1

На основании ГОСТ 22261-76 разработаны и введе­ны в действие частные ГОСТ на отдельные виды элект­роизмерительной аппаратуры, например ГОСТ 8711-78 "Амперметры и вольтметры", ГОСТ 8476-78 "Ваттметры и вариометры", ГОСТ 8039-79 "Фазометры" и т. д. Госу­дарственные стандарты на отдельные виды аппаратуры устанавливают различные классы точности приборов. В простейшем случае для стрелочных электроизмерительных приборов (амперметров и вольтметров однопредельных, имеющих 2 - 4 предела, комбинированных) ГОСТ 8711-78 устанавливает следующий ряд классов точности:

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 и 5,0. (67) .

Кроме того, по результатам периодической повторной поверки разрешается присвоение таким измерительным приборам класса точности 0,3.

Этот ряд определяет величины наибольшей допускаемой приведенной основной погрешности для измерительных приборов того или иного класса точности, причем если прибор имеет допускаемую приведенную погрешность не входящую в указанный ряд, то ему предписывают класс точности ближайшего старшего разряда. Например, для прибора класса 0,2 численное значение наибольшей основной приведен­ной погрешности не должно превышать ±0,2%^*.

Например, прибор, имеющий наибольшую приведенную основную погрешность  = 0,15%, может быть отнесен только к классу точности 0,2, а прибор, имеющий приведенную основную погрешность  = 0,75 - к классу точности 1,0.

Задача:Определить максимальную абсолютную погрешность, допустимую для вольтметра класса точности 0,5 с пределом измерения 250 В.

Из формулы (61)находим

.

Ответ записан с учетом правил округления погрешности измерения физической величины.

Согласно установленным классам точности все измерительные приборы условно делятся на следующие группы:

- приборы классов точности 0,05 - 0,2 применяются как контрольные для проверки других измерительных приборов, а также для особо ответственных лабораторных измерений;

- приборы класса точности 0,5, 1,0 и 1,5 применяются при обычных лабораторных измерениях и при технических проверках электрических цепей;

- приборы классов точности 2,5; 4,0 и 5,0 устанавливаются на аппаратуре для эксплуатационных измерений.

Приборы, не удовлетворяющие требованиям класса 5,0 считаются внеклассными (например, омметры).

Приборы класса точности 0,05 - 0,2 называются лабораторными, а классов точности 0,5-5,0 - техническими. Технические приборы самые распространенные.

В таблице 10 приведены классы точности величины допустимой приведенной и абсолютной (в делениях шкалы) погрешностей приборов форма выражения погрешности, для которых определена как приведенная.

Таблица 10.

Класс точности	Допустимая приведенная погрешность в % от верхнего предела прибора	Абсолютная погрешность для прибора с шкалой на 100 единиц
0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 2,5 4,0 5,0	0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 2,5 4,0 5,0	0,05 единицы 0,1 единицы 0,2 единицы 0,5 единицы 1,0 единицы 1,5 единицы 2,5 единицы 4,0 единицы 5,0 единицы