8. Нормирование метрологических характеристик средств измерений

Средства из­мерений можно использовать по назначению, если известны их метрологические свойства. Последние обычно описывают путем указания номинальных значений тех или иных характеристик и допускаемых отклонений от них.

Эти сведения приводят в нормативно-технической докумен­тации на средства измерений, а наиболее важные из них ука­зывают на самих средствах.

Установление номинальных значений и границ допускаемых отклонений реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений - нормирование метро­логических характеристик.

Общим вопросам нормирования метрологических характери­стик средств измерений посвящен ГОСТ 8.009—84 «Нормирова­ние и использование метрологических характеристик средств из­мерений». Стандарт устанавливает номенклатуру метрологических характеристик средств измерений.

Характеристики, предназначенные для определения резуль­татов измерений(без введения поправки):

1) функция (статическая характеристика) преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибо­ра с неименованной шкалой;

2) значение однозначной или значения многозначной меры;

3) цена деления шкалы измерительного прибора или мно­гозначной меры;

4) вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода цифровых средств измерений.

Характеристики погрешностей средств измерений:

1) характеристики систематической составляющей погреш­ности;

2) характеристики случайной составляющей погрешности;

3) характеристики погрешности.

Характеристики чувствительности средств измерений к влия­ющим величинам:

1. функции влияния;

2) изменения значений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах.

Динамические характеристики средств измерений:

1) полная; 2) частные.

Характеристики взаимодействия средств измерений с объек­том исследования и нагрузкой:

1) входное полное сопротивление; 2) выходное полное сопротивление.

Неинформативные параметры выходного сигнала средств из­мерений.

Из указанного перечня для конкретных средств измерений выбирают такие характеристики, которые достаточны для оценки погрешностей измерений.

9. Способы выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений

В настоящее время для большинства электрических средств измерений, используемых в статическом режиме, нормируют пределы допускаемых погрешностей.

Пределом допускаемой погрешности(допускаемой погрешностью) средств измерений называется наибольшая (без учета знака) его погрешность, при которой это средство может быть признано годным и допущено к применению. Например, пределы допускаемой приведенной погрешности вольтметра класса точности 1,0 равны1 % верхнего предела измерений [6].

Вопросы нормирования погрешностей средств измерений рассмотрены в ГОСТ 8.401—80 «Классы точности средств измерений. Общие требования».

Согласно этому стандарту, пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей выражают в форме приведен­ных,относительныхилиабсолютных погрешностей.Форма представления пределов допускаемых погрешностей выбирается в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средств измерений.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности устанавливают по формуле

Х_доп =  a,(3.17)

если граница погрешностей средств измерений полагается практически неизменной в пределах диапазона измерения (присутствует чисто аддитивная составляющая погрешности) или

Х_доп =  (a + bX), (3.18)

если границы погрешностей изменяются практически линейно (присутствует как аддитивная, так и мультипликативная составляющие погрешности). В этих формулах X_доп – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы; X – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале; a , b – постоянные положительные числа.

Пределы допуска­емой абсолютной погрешности могут устанавливаться также по более сложной формуле или в виде графика, или в виде таблицы.

Пределы, допускаемой приведенной основной погрешности(в процентах) в случае присутствия только аддитивной составляющей погрешности устанавливают по формуле

, (3.19)

где Х_доп - пределы допускаемой абсолютной основной погрешно­сти, устанавливаемые по формуле (3.17);X_N- нормирующее зна­чение — условно принятое значение измеряемой величины, выра­женное в тех же единицах, что иX;p - отвлеченное положи­тельное число.

Правила выбора нормирующего значения X_N:

1. Для средств измерений с равно­мерной или степенной шкалой, а также для измерительных пре­образователей, если нулевое значение входного (выходного) сиг­нала находится на краю или вне диапазона измерений, то нормирующее значение устанав­ливают равным большему из пределов измерений. В данном примере нормирующее значениеХ_N = 10.

2. Если нулевое значение находится внутри диапазона измерений, то норми-

рующее значение берется равным большему из модулей пределов измерений, т.еX_N = 20 .

3. Для электроизмеритель­ных приборов с равномерной шкалой, практически равномерной или степенной шкалой и и нулевой отметкой внутри диапазона измеренийX_N допускается устанавливать равным сумме модулей пределов измерений:

.

Практически равномерная шкала - шкала, длины делений которой различаются не более чем на 30 %, а цена делений постоянна.

Степенная шкала - шкала с расширяющи­мися или сужающимися делениями и отличная от равномерной и практически равномерной шкалы.

3. Для средств измерений, для которых принята шкала с условным нулем

(например, в градусах Цельсия), нормирующее значение устанавливают равным моду­лю разности пределов измерений, т.е. .

5. Для средств измерений с уста­новленным номинальным значением нормирующее значение рав­но этому номинальному значению.

6. Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой (например, для омметров) нормирующее значение устанавливают равным всей длине шка­лы или ее части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае пределы абсолютной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности(в процентах) устанавливают по следующим формулам:

а) в случае присутствия только мультипликативной составляющей погрешности , (3.20)

если значение Хустановлено по формуле (3.17);

б) в случае присутствия соизмеримых аддитивной и мультипликативной составляющих погрешностей:

, (3.21)

если значение Хустановлено по формуле (3.18). В этих выраженияхq - отвлеченное положительное число;X_K - больший (по модулю) из пределов измерений;

с, d- положительные числа, причем ;.

В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают по более сложной форму­ле или в виде графика, или таблицы.

Значения р, q, с, dв формулах (3.19), (3.20) и (3.21) выбирают 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.). Значения, указанные в скобках, не устанавливают для вновь разрабатываемых средств измерений.

Пределы допускаемых дополнительных погрешностейуста­навливают в виде:

а) постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины;

б) отношения предела допуска­емой дополнительной погрешности, соответствующего регламен­тированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

в) предельной функции влияния;

г) функциональной зависимо­сти пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.

Предел допускаемой вариации выходного сигнала и пределы допускаемой нестабильности выражают в виде доли допускаемой основной погрешности.

Способы выражения остальных метрологических характери­стик устанавливаются в стандартах на средства измерений кон­кретного вида.