Тема 1.3 Средства измерений и их метрологические характеристики (2 часа)

Средства измерений (СИ). Нормируемые метрологические характеристики СИ. Основная и дополнительные погрешности СИ. Способы нормирования основной и дополнительных погрешностей СИ. Классы точности СИ и их обозначения. Правила округления результатов измерений.

Средства измерения классифицируют по двум основным признакам: назначению и метрологическим функциям. В зависимости от назначения различают:

* меру – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного значения (например, гири, магазин сопротивлений и др.);

* измерительный прибор – средство измерения, вырабатывающее сигнал о значении измеряемой физической величины в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (например, амперметр, вольтметр и др.);

* измерительный преобразователь – средство измерения, вырабатывающее сигнал о значении измеряемой физической величины в форме, удобной для передачи, дальнейшего его преобразования и (или) хранения.

По метрологическим функциям средства измерений делят на эталоны, образцовые и рабочие средства измерений.

Эталоном единицы называется средство измерений (или их комплекс), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера другим средствам измерений.

Образцовым средством измерений называют средство измерения, служащее для поверки по нему других средств измерений.

Рабочее средство измерения – это средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц. К рабочим средствам измерений относят измерительные приборы, используемые в повседневной практике.

Основная и дополнительная погрешности средств измерений. Погрешности средств измерений (СИ) зависят и от внешних условий их применения. Каждое СИ исправно функционирует, если внешние условия, влияющие на погрешность измерения, находятся в пределах некоторой области, называемой рабочей областью (рабочими условиями) влияющих величин. Сравнительно узкая часть рабочей области, в которой изменения влияющих величин практически не сказываются на погрешности СИ, называется нормальной областью (нормальными условиями) влияющих величин.

Погрешность СИ в нормальных условиях применения называется основной погрешностью СИ. Выход одной или нескольких влияющих величин за пределы нормальной области приводит к возрастанию погрешности СИ. Изменение погрешности СИ, обусловленное выходом влияющей величины за пределы нормальной области, называется дополнительной погрешностью. Обычно дополнительная погрешность указывается для каждой из влияющих величин в пределах рабочей области.

Общие требования к выбору нормальных условий СИ определяются ГОСТом 22261-82.

Классы точности СИ и их обозначения. В зависимости от пределов допускаемой основной погрешности СИ делятся на классы точности. Класс точности является обобщенной характеристикой, отражающей уровень точности конкретного средства измерения. Если СИ имеет несколько диапазонов измерения одной и той же величины или оно предназначено для измерения нескольких физических величин, то такому СИ могут присваиваться разные классы точности для различных диапазонов и для каждой измеряемой величины.

Для обозначения классов точности используются прописные буквы латинского алфавита, римские и арабские цифры, которые наносятся на шкалах или корпусах СИ и указываются в их технической документации. Способ обозначения класса точности определяется формой выражения основной погрешности.

Если пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме абсолютных погрешностей, то для обозначения классов точности используют римские цифры или буквы латинского алфавита, а если в форме приведенных погрешностей, то класс точности обозначают числами, которые равны этим пределам в процентах. Например, если предел допускаемой основной погрешности не превышает 2,5 % от нормирующего значения, то в документации на СИ указывается класс точности 2,5, а на СИ наносится число 2,5.

Если пределы допускаемой основной погрешности выражаются в форме относительных погрешностей, то вид обозначения класса точности определяется способом нормирования основной погрешности. Для СИ, у которых основная погрешность нормируется по формуле (1.1) класс точности обозначается числом, равным пределу основной относительной погрешности в процентах. На шкалах или корпусах СИ это число заключается в кружок, например .

Если основная погрешность нормируется в соответствии с формулой (1.2), то класс точности обозначают числами с и d, разделяя их косой чертой, например 0,05 / 4∙10 -⁶.

Примеры.

1. Вольтметр имеет класс точности 2,5. Предел измерения равен 250 В, а измеренное значение напряжения равно 220 В. Тогда основная абсолютная погрешность вольтметра

∆ = ± ( X_N)/100 = ± (2,5∙250)/100 = ± 6,25 В.

Результат измерения должен быть записан так: U = ( 220 ± 6 ) В

2. Частотомер имеет класс точности . Измеренное значение частоты сигнала равно 100 МГц. Тогда

∆ = ± ( δ ∙X)/100 = ± (l∙100)/100 = ± 1,0 МГц.

Результат измерения:

f = (100,0 ± 1,0 ) МГц.

Правила округления результатов измерения. Поскольку погрешность измерения определяет лишь зону неопределенности истинного значения измеряемой физической величины, то ее (погрешность) не требуется знать очень точно. Поэтому в окончательной записи погрешность измерения округляется. К выражению результатов измерений в числовой форме предъявляют определенные требования, которые и определяют собой правша округления результатов измерения. Эмпирически были установлены следующие правила округления рассчитанного значения погрешности и полученного результата измерения:

1. Значащих цифр в погрешности должно быть не более двух, а если старший значащий разряд равен или более 3, то ограничиваются одной цифрой.

2. Числовое значение результата измерения округляется до того же десятичного знака,которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности. Лишние цифры в целых числах заменяются нулями, а в десятичных дробях отбрасываются (это относится и для погрешности).

3. Если первая от отбрасываемых (или заменяемых нулями) цифр меньше 5, то последняя остающаяся цифра не изменяется, а иначе она увеличивается на единицу.

4. Округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные вычисления выполняют с одним-двумя лишними знаками.

Примеры:

1. Х = 983 м; ∆ = ± 0,0138м. Тогда Х = ( 983,000 ±0,014 ) м.

2. Х = 218 В; ∆ = ± 19,7 В. Тогда Х = ( 220 ± 20 ) В.

3. Х = 25737 Гц; ∆ = ± 132 Гц. Тогда Х = ( 25740 ± 130 ) Гц.