4.2.Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование
Отсутствие данных о точности измерений или недостаточно достоверные их оценки могут полностью обесценить информацию, полученную в результате измерений, о свойствах объектов и процессов, о качестве продукции, об эффективности того или иного технологического процесса.
Некорректная оценка погрешности измерений влечет за собой серьезные экономические и технические потери. Известно, что заниженная оценка приводит к увеличению брака, к неэкономичному использованию ресурсов, к ошибочным решениям в разработке образцов новой техники и т.д. Завышенная оценка приводит к непроизводительным затратам на применение особо точных средств измерений, их разработку и эксплуатацию. Поэтому для каждого средства измерения вводят и нормируют определенные метрологические характеристики
Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики свойств средств измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений; для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.
Различают метрологические характеристики нормируемые и действительные. Нормируемые метрологические характеристики устанавливаются нормативно-техническими документами, действительные – определяются экспериментально.
Нормируемые метрологические характеристики, приведенные в нормативно-технической документации, отражают свойства не отдельного средства измерения, а свойства всей совокупности средств измерений данного типа, то есть являются номинальными.
Метрологические характеристики отдельного средства измерения могут быть любыми в области номинальных значений и должны описываться для данного типа средства измерения как нестационарный случайный процесс.
К нормируемым метрологическим характеристикам испытательного оборудования относятся установленные в нормативно-технической документации характеристики, которые определяют возможности оборудования воспроизводить результаты измерений и поддерживать их с требуемой точностью в заданных диапазонах, режимах и условиях испытаний и в течение установленного срока.
К нормируемым метрологическим характеристикам предъявляются следующие требования:
комплекс метрологических характеристик СИ должен быть достаточным для определения результатов измерений, расчетной оценки инструментальной составляющей погрешности в реальных условиях измерений;
метрологические характеристики должны быть контролируемы;
затраты на контроль должны быть разумными.
При этом в эксплуатационной части научно-технической документации должны быть указаны рекомендуемые методы расчета инструментальной составляющей погрешности измерений в реальных условиях применения СИ в пределах нормированных рабочих условиях.
При наличии метрологических характеристик СИ можно:
-определить результаты измерений и рассчитать оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений в реальных условиях применения СИ,
-рассчитать метрологические характеристики каналов измерительных систем, состоящих из ряда СИ с известными метрологическими характеристиками,
- проводить оптимальный выбор СИ, обеспечивающих требуемое качество измерений при известных условиях их применения,
-сравнивать СИ различных типов с учетом реальных условий их применения.
Таким образом, метрологические характеристики являются исходной информацией о СИ.
Номенклатура метрологических характеристик (рис. 4.4.), правила выбора комплексов нормируемых метрологических характеристик для СИ и способы их нормирования определяются следующими документами:
1. ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики СИ».
2.«Нормирование и использование метрологических характеристик СИ». Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84. РД 50-453-84.М., Изд. Стандартов,1988.
Рисунок 4.4 – Перечень метрологических характеристик средств измерений
Кроме того, из всего многообразия метрологических характеристик современных средств измерений можно выделить следующие основные группы:
– градуировочные характеристики, определяющие соотношение между показаниями (сигналами) на входе и выходе для средств измерений в статическом режиме, например, номинальное значение меры, пределы измерений, цена деления шкалы, вид цифрового кода в цифровом приборе;
– показатели точности средств измерений, позволяющие оценить величину инструментальной составляющей погрешности результата измерения;
– динамические характеристики, отражающие инерционные свойства средств измерений;
– функции влияния, отражающие степень влияния на метрологические характеристики средств измерений влияющих величин или неинформационных параметров входного сигнала.
Неинформационным называется параметр входного сигнала, который непосредственно не связан с измеряемой величиной, но оказывает влияние на результат измерения, например, частота переменного тока при измерении его амплитуды.
Допускаемые пределы любой метрологической характеристики представляют собой границы интервала, в котором значение характеристики любого экземпляра средства измерения данного типа должно находиться с вероятностью р=1.
В настоящее время нормируемые метрологические характеристики представляют числом или функцией информационного параметра в виде формулы, таблицы или графика. Наибольшие же допустимые изменения для каждой влияющей величины представляют в виде границ зоны вокруг действительного значения данной метрологической характеристики в нормальных условиях. Метрологические характеристики указывают в ее единицах или если условия измерений иные, то в % от значения, нормируемого для нормальных условий.
Для нормальных и рабочих условий применения средств измерений метрологические характеристики нормируют раздельно. Нормальными называют условия при эксплуатации средств измерений, в которых можно пренебречь изменениями метрологических характеристик под воздействием влияющих факторов. Так, например, для многих средств измерений нормальными условиями для работы являются температура 20 °С и относительная влажность воздуха 55%. Рабочие же условия могут иметь широкий диапазон изменения этих величин. Поэтому при проведении измерений в рабочих условиях учитывают пределы допустимой дополнительной погрешности, отражающейся на метрологических характеристиках. Так, например, для штангенрейсмассов с ценой деления нониуса 0,1 мм пределы допустимой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающей среды на каждые 10°С, составляют ±12·10-3 %, а пределы допустимой основной погрешности меняются в зависимости от пределов измерений в соответствии с данными табл. 4.1.
Таблица 4.1
Нормирование характеристик основной погрешности для штангенрейсмассов при цене деления нониуса 0,1 мм
Пределы измерений |
Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности |
До 630 От 630 до 1000 |
±0,1 |
От 1000 до 1600
|
±0,15
|
" 1600 " 2500 |
±0,20 |
Учет влияния реальных условий эксплуатации средств измерений на их метрологические характеристики – процедура очень сложная и трудоемкая, но решаемая.