Погрешности средств измерений

5 Погрешности средств измерений

5.1 Метрологические характеристики средств измерений

Метрологическими характеристиками средств измерений называют их технические характеристики, влияющие на ре­зультаты и погрешности измерений. Для каждого средства измерений комплекс этих характеристик выбирается и нор­мируется таким образом, чтобы с их помощью можно было бы оценить погрешность измерений.

Основными метрологическими характеристиками средств измерений являются следующие:

- Статическая характеристика преобразования (функция пре­образования, градуировочная характеристика) представляет со­бой зависимость вида у= f(x) выходного сигнала у от вход­ного сигнала х. Эта характеристика задается (нормируется) в форме уравнения, графика или таблицы и официально при­писывается данному средству измерений во всем диапазоне намерений. Величину f’(x) = dy/dx называют чувствительно­стью характеристики преобразования. Часто говорят о чувст­вительности средства измерений, методики выполнения из­мерений и т.д., подразумевая чувствительность соответствую­щей статической характеристики преобразования. Статиче­скую характеристику преобразования вида у = Кх называют линейной, в этом случае чувствительность равна К.

- Цена деления (для шкальных приборов) — изменение изме­ряемой величины, которому соответствует перемещение ука­зателя на одно деление шкалы. Для цифровых приборов роль цены деления играет цена единицы младшего разряда числа в показании прибора. В случае, когда чувствительность посто­янна в каждой точке диапазона измерений, шкалу называют равномерной.

Погрешность средства измерений есть погрешность резуль­татов, получаемых с помощью данного средства измерения. Это важнейшая характеристика средства измерения. В соот­ветствии с определениями, данными в разд. 1.2, различают абсолютную и относительную погрешности, которые можно записать следующим образом.

Абсолютная погрешность ∆ для меры есть разность между ее номинальным х_н и действительным х_Д значениями

∆ = х_н - х_Д.

Рекомендуемые материалы

Абсолютная погрешность ∆ для измерительного прибора есть разность между его показанием х_п и действительным значени­ем измеряемой величины х_д

∆ = х_П - х_Д.

Относительная погрешность δ средства измерений пред­ставляет собой отношение абсолютной погрешности ∆х к действительному значению, обычно ее выражают в процентах:

δ = (∆х /х_д)100 (%).              

Поскольку почти всегда δ ‹‹ 1, полагают х_п ≈ х_д:

δ ≈ ((∆х /х_П 100 (%).            

Погрешности средств измерений, как и погрешности из­мерений, делят на статические и динамические (мы здесь го­ворим только о статических погрешностях), систематические и случайные. В отличие от случайных, систематические по­грешности являются функцией измеряемой величины и вре­мени. Кроме того, при анализе погрешностей средств изме­рений (компонент погрешностей) условно выделяют пропор­циональные (измеряемой величине) и постоянные (не завися­щие от измеряемой величины) погрешности.

5.2 Нормирование метрологических характеристик средств измерений

Нормирование — установление границ допустимости откло­нений реальных метрологических характеристик средств из­мерений от номинальных их значений. Нормы устанавлива­ются соответствующими стандартами. Реальные метрологи­ческие характеристики средств измерений определяют при их изготовлении, а также в ходе поверок, и в случае неудовле­творительности хотя бы одной из них средство измерений регулируют или изымают.

Заметим, что нормируются как метрологические характе­ристики средств измерений, так и условия, в которых они эксплуатируются (условия применения), например температура или давление атмосферного воздуха. При этом выделяют нор­мальные условия применения (диапазон, в котором влиянием изменения условий эксплуатации на процесс и результаты измерений можно пренебречь) и рабочую область, в которой изменения условий эксплуатации влияют на результаты изме­рений, но эти влияния нормированы.

Суммарная погрешность средства измерения ∆_сумм в нор­мальных условиях называется основной погрешностью и нор­мируется заданием предела ∆_д. Чаще всего отдельно норми­руются систематическая ∆с и случайная составляющие по­грешности.

5.3 Классы точности средств измерений

Класс точности — обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойст­вами средства измерений, влияющими на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности средств измерений устанавливаются для средств измерений, для ко­торых:

- систематические и случайные погрешности не нормиру­ются раздельно;

- динамическая погрешность пренебрежимо мала.

Способ обозначения класса точности средства измерений определяется способом задания пределов допустимой основ­ной погрешности. Обычно для этого используется приведен­ная или относительная погрешность.

5.4 Способы поверки средств измерений

Поверка средства измерений — совокупность операций, вы­полняемых органами государственной метрологической служ­бы (другими уполномоченными на то органами, организа­циями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям. Существует несколько способов поверки, различающихся для мер и измерительных приборов.

Для поверки мер используются следующие способы:

- сличение с более точной, чем поверяемая, образцовой мерой с помощью компарирующего прибора;

- измерение величины, воспроизводимой поверяемой ме­рой, измерительными приборами соответствующего раз­ряда и класса ("градуировка мер");

- калибровка, заключающаяся в сличении одной меры из набора (или одной из отметок шкалы многозначной меры) с более точной мерой. При этом размеры других мер поверяемого набора (значения воспроизводимой вели­чины на других отметках шкалы) определяют, сравнивая их в различных сочетаниях на приборах сравнения и об­рабатывая полученные результаты.

Измерительные приборы могут быть поверены двумя спо­собами:

- путем измерения с их помощью величины, воспроизво­димой образцовыми мерами соответствующего разряда или класса точности. Обычно при этом значения изме­ряемой величины выбирают равными соответствующим отметкам шкалы прибора, и основная погрешность рав­на наибольшей разности между результатом измерения и размером меры. Типичный пример: поверка весов взве­шиванием образцовой гири (меры);

- измерением поверяемым и образцовым приборами од­ной и той же величины (величин), причем погрешность поверяемого прибора определяется разностью показаний поверяемого и образцового приборов. Пример: поверка термометра с помощью образцового термометра путем измерения им температуры одного и того объекта, на­пример воды в термостате.

Важнейший момент как при поверке, так и при по­строении цепей передачи размеров единиц физической ве­личины, — выбор соотношения погрешностей образцового и поверяемого средств измерений. Этот выбор производит­ся в соответствии с фундаментальным принципом прене­брежения малыми погрешностями. Обычно со­отношение погрешностей выбирают равным 1:3 — 1:5, но иногда (с учетом конкретных особенностей процедуры по­верки и требований к ней) используют и другие соотноше­ния.

В лекции "Политика просвещенного абсолютизма" также много полезной информации.

Контрольные вопросы к разделу 5:

1. Перечислите основные метрологические характеристики средств измерений?

2. Абсолютная и относительная погрешность средств измерений.

3. Нормирование метрологических характеристик СИ.

4. Классы точности СИ.

5. Перечислите основные способы поверки мер и измерительных приборов?