§ 5. Погрешности средств измерений и классы точности

Погрешность — основной показатель точности измерения. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерения.

Погрешность измерения зависит от погрешности мер и измери­тельных приборов, с помощью которых выполняются измерения.

Абсолютной погрешностью меры Δх_м называют разность между действительным значением меры Q_м и ее номинальным значением Q_н;

Действительное значение меры — это значение данной меры, опре­деляемое образцовыми мерами или образцовыми измерительными приборами. Степень приближения действительного значения меры к номинальному называют точностью меры.

Номинальное значение меры — это число воспроизво­димых единиц измерения, указанное на мере или присвоенное ей на основании технических данных изготовления меры.

Абсолютная погрешность прибора Δх_п — разность между пока­занием прибора Q_п и действительным значением измеряемой ве­личины:

Погрешность показаний прибора является показателем его точ­ности, т. е. степени приближения его показаний к действительному значению измеряемой этим прибором величины.

Причиной погрешности показаний прибора могут быть недо­статки качества изготовления, сборки и градуировки приборов, а также влияние различных факторов (температура, влажность, дав­ление и др.). Погрешности прибора могут зависеть также от зна­чения измеряемой величины и, следовательно, будут неодинаковыми для различных показаний приборов. Зависимость обычно дается в виде таблицы или графика.

Значительное влияние на точность показаний приборов оказы­вает его чувствительность. Под чувствительностью понимают отношение линейного или углового перемещения указателя к изме­нению значения измеряемой величины, вызвавшему это перемещение:

где δа—угловое или линейное перемещение указателя; δQ—из­менение измеряемой величины.

Наименьшее значение измеряемой величины, способное вызвать малейшее изменение показаний прибора, называется порогом чувствительности измерительного прибора.

Наибольшая (полученная экспериментально) разность между повторными показаниями измерительного прибора при одном и том же действительном значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях называется вариацией.

У показывающих приборов вариацию можно обнаружить, если изменять действительное значение измеряемой величины от нижне­го до верхнего предела, а затем — в обратном порядке, отмечая со­ответствующие этим значениям показания прибора. Для интегри­рующих приборов, отсчет которых не может быть повторен, за ва­риацию принимают наибольшую разность между отдельными погрешностями, соответствующими одному и тому же значению из­меряемой величины при прочих равных условиях.

Погрешности, вызываемые вариацией, могут внести серьезные искажения в результаты измерений, поэтому величина их регламен­тируется.

В образцовых приборах соотношение между вариацией и ценой деления должно быть таким, чтобы вариация не превышала 0,2 де­ления шкалы, а в технических приборах — 0,5.

Относительной погрешностью меры или измерительного прибо­ра называют отношение абсолютной погрешности к действительно­му значению воспроизводимой мерой или прибором величины:

Приведенной погрешностью измерительного прибора называют отношение погрешности измерительного прибора к пределу изме­рений (диапазону измерений, длине шкалы). Приведенную погреш­ность обычно выражают в процентах.

В зависимости от характера изменения измеряемой величины при измерении могут быть получены статическая и динамическая по­грешности.

Статическая погрешность средства измерения—это по­грешность средства измерений, используемого для измерения по­стоянной величины.

Динамическая погрешность средства измерений—это разность между погрешностью измерений в динамическом режиме (переменной во времени измеряемой величины) и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

На погрешность прибора, как это было указано ранее, влияют недостатки изготовления прибора (неточность изготовления) от­дельных деталей, несоблюдение технологии изготовления, неточно­сти сборки и т. д. Эти причины приводят к систематической погрешности средства измерения, под которой понимают со­ставляющую погрешности средства измерений, остающуюся постоян­ной или закономерно изменяющуюся.

Случайной погрешностью средства измерений называют составляющую погрешности средства измерений, изменяющуюся слу­чайным образом.

На погрешность прибора влияют внешние условия, при которых этот прибор используется (температура, давление, магнитное поле и т. д.). Отличие этих условий от нормальных приводит к допол­нительным погрешностям. Поэтому различают основную и допол­нительную погрешности измерительных средств.

Основной погрешностью средств измерений называют погрешность средства измерений, используемого в нормальных ус­ловиях.

Дополнительной погрешностью измерительных средств называют изменение их погрешности, вызванное отклонением од­ной из влияющих величин от нормального значения.

Ограничение на применение средств измерений накладывается пределом допускаемой погрешности, под которым понимают наи­большую (без учета знака) погрешность средства измерения, при которой средства измерений могут быть признаны годными и до­пущены к применению.

Все средства измерений по точности показаний разделяют на классы.

Класс точности средств измерений—это обобщенная харак­теристика средств измерений, определяемая пределами допускае­мых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Класс точности прибора определяют минимальной абсолютной погрешностью приборов, отнесенной к пределу измерения и выра­женной в процентах:

где х_{п max} — максимальная абсолютная погрешность прибора; N— предел измерения прибора.

Для установления единого критерия оценки погрешности изме­рения, а также облегчения выбора прибора в соответствии с необ­ходимой точностью измерения принят определенный ряд классов:

Так, например, для средств измерений с относительной погреш­ностью δ, равной 0,5 %, класс точности обозначается 0,5.

Конкретные ряды классов точности устанавливают в стандартах на отдельные средства измерений.