Основные сведения о метрологических характеристиках средств измерений

При оценке качества и свойств средств измерений большое значение имеет знание их метрологических характеристик, позволяющих выполнить оценку погрешностей при работе, как в статическом, так и динамическом режиме.

Способы числового выражения погрешностей средств измерений.

Абсолютная погрешность измерительного прибора определяется разностью между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины. Если Δ — абсолютная погрешность, X — показание прибора, Xд - действительное значение измеряемой величины, то Δ = X – Xд

Абсолютная погрешность выражается:

1) одним значением Δ =±а, , где где Δ— предел допускаемой абсолютной погрешности; а - постоянное число;

2) в виде зависимости предела допускаемой погрешности от номинального значения, показания или сигнала х, выраженной двухчленной формулой

Δ =±(а+b*|x|), где b — постоянное число;

3) в виде таблицы пределов допускаемых погрешностей для разных номинальных значений, показаний или сигналов.

Погрешность, приведенную к действительному значению, называют относительной, она выражается в долях (или процентах) измеряемой величины:

Δ_О = (X – Xд) / Xд или Δ’_О = (X – Xд) / X

Относительные погрешности, вычисляемые по приведенным формулам практически равнозначны. Если погрешность Δ_О = ±0,02, то разность (Δ_О - Δ’_О) составляет 0,0004, при Δ_О = = ±0,03 она равна 0,0009 и лишь при Δ_О = ±0,05 она достигает 0,0024. Отсюда следует, что при погрешности, не превышающей Δ_О 3%, практически безразлично, какой погрешностью пользоваться: Δ_О -или Δ’_О

Приведенная погрешность обычно связана с диапазоном прибора, она определяется формулой

Δ_п = (X – Xд) / Д

где Δ_п - предел допускаемой приведенной погрешности в процентах нормирующего значения; Д - нормирующее значение, выраженное в единицах измеряемой величины; (X – Xд)— абсолютная погрешность средства измерений.

Нормирующее значение при вычислении основной и дополнительных погрешностей или пределов допускаемых погрешностей принимается равным:

для средств измерений с односторонней шкалой и нулем (диапазоном преобразования) —- верхнему пределу измерений {Дв}; '

для средств измерений с двусторонней шкалой (диапазоном преобразования) — арифметической сумме верхнего и нижнего пределов измерений (|Дв| + |Дн|);

для средств измерений с безнулевой шкалой (диапазоном преобразования) - разности верхнего и нижнего пределов измерений (|Дв| - |Дн|);т. е. диапазону измерений.

Класс точности - основной метрологический показатель средств измерения - исходная обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность. Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Следует иметь в виду, что класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения.

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей средств измерений для каждого из классов точности устанавливаются в виде абсолютных или приведенных погрешностей. Основная и дополнительные погрешности определяются одним и тем же способом.

Аналоговым средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются в виде приведенных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда (ГОСТ 13600-68):

К=(1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0) * 10ⁿ; где n=1; 0; —1; -2...

Конкретные классы точности устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Чем меньше число, обозначающее класс точности средства измерений, тем меньше пределы допускаемой основной погрешности, тем точнее прибор. Классы точности средств измерения, нормируемых по приведенным погрешностям, имеют связь с конкретным значением предела погрешности.

Средства измерений с двумя или более диапазонами (или шкалами) могут иметь два или более классов точности.

Следует обратить внимание на то, что для рассматриваемого способа нормирования погрешностей средств измерений предел допускаемой основной погрешности показаний, выраженный в процентах нормирующего значения, совпадает с числом К, принимаемым для обозначения класса точности средств измерений.

Если К - класс точности средства измерений, то пределы допускаемой основной абсолютной погрешности показаний определяются по формуле: Δ_доп = ±(К * Д / 100)

Для самопишущих приборов пределы допускаемой основной погрешности записи, выражаемой в виде приведенной погрешности, устанавливают в зависимости от класса точности и ширины поля записи на диаграммной бумаге. Для цифровых приблров задается допускаемая основная абсолютная погрешность.

Основной погрешностью средства измерений называется погрешность прибора, используемого в нормальных условиях. Под пределом допускаемой основной погрешности понимают наибольшую (без учета знака) основную погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Эту погрешность для краткости часто называют допускаемой основной погрешностью.

Под нормальными условиями применения средств измерений понимают состояния, при которых влияющие величины (температура окружающего воздуха, барометрическое давление, влажность, напряжение питания, частота тока и т. д.) имеют нормальные значения или находятся в пределах нормальной области значений. Для средств измерений нормальными условиями применения является также определенное пространственное их положение, отсутствие вибрации, внешнего электрического и магнитного поля, кроме земного магнитного поля.

В качестве нормальных значений или нормальной области значений влияющих величин принимают, например, температуру окружающего воздуха 20±5°С (или 20±2°С); барометрическое давление 760=t=25 мм рт. ст. (101,325±3,3 кПа); напряжение питания 220 В с частотой 50 Гц и т. д. Приведенные в качестве примера нормальные значения или нормальные области значений влияющих величин не для всех средств измерений обязательны. В каждом отдельном случае нормальные значения или нормальные области значений влияющих величин устанавливаются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида, при которых значение допускаемой основной погрешности не превышает установленных пределов.

Указанные нормальные условия применения средств измерений обычно не являются рабочими условиями их применения. Поэтому для каждого вида средств измерений в стандартах или технических условиях устанавливают расширенную область значений влияющей величины, в пределах которой значение дополнительной погрешности (изменение показаний для измерительных приборов) не должно превышать установленных пределов.

В качестве расширенной области значений влияющих величин принимают, например, температуру окружающего воздуха от 5 до 50°С (или от —50 до +50°С), относительную влажность воздуха от 30 до 80% (или от 30 до 98%), напряжение питания от 187 до 242 В и т. д. В некоторых случаях при нормировании пределов допускаемых дополнительных погрешностей средств измерений дается функциональная зависимость допускаемой дополнительной погрешности от изменения влияющей величины.

Под изменением показаний прибора (дополнительной погрешностью меры, преобразователя по входу или выходу) понимается изменение погрешности прибора (меры, преобразователя) вследствие изменения ее действительного значения, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом за пределы нормальной области значений.

Под пределом допускаемой дополнительной погрешности (изменением показаний) понимается наибольшая (без учета знака) дополнительная погрешность (изменение показаний), вызываемая изменением влияющей величины в пределах расширенной области, при которой средство измерений может быть признано годным и допущено к применению.

Терминам основная и дополнительная погрешности соответствуют фактические погрешности средств измерений, имеющие место при данных условиях.

Терминам пределы допускаемой дополнительной (или соответственно основной) погрешности соответствуют граничные погрешности, в пределах которых средства измерений по техническим требованиям могут считаться годными и быть допущены к применению. Все пределы допускаемых погрешностей устанавливаются для значений измеряемых величин, лежащих в пределах диапазона измерений прибора, а для измерительных преобразователей - в пределах диапазона преобразования.

В рабочих условиях могут иметь место внешние явления, воздействие которых не выражается в непосредственном влиянии на показания прибора или выходной сигнал преобразователя, но они могут явиться причиной порчи и нарушения действия измерительного блока, механизма, преобразователя и т. п., например на приборы и преобразователи могут воздействовать агрессивные газы, пыль, вода и т. д. От воздействия этих факторов приборы и преобразователи защищают с помощью защитных корпусов, чехлов и т. д.

Воздействие внешних механических сил (вибрация, тряска и удары) может привести к искажению показаний приборов и невозможности осуществления отсчета. Более сильные воздействия могут вызвать порчу или даже разрушение прибора и преобразователя. Измерительные приборы и преобразователи, предназначенные для работы в условиях механических воздействий, различных по интенсивности и другим характеристикам, защищают специальными устройствами от разрушающего действия или усиливают их прочность.

По степени защищенности от внешних воздействий и устойчивости к ним приборы и преобразователи подразделяются на обыкновенные, виброустойчивые, пылезащищенные, брызгозащищенные, герметические, газозащищенные, взрывозащищенные и т. д. Это дает возможность выбирать средства измерений применительно к рабочим условиям.