Файл: Лабораторная работа 1 Классификация средств измерений и нормируемые метрологические характеристики.pdf

13
Номенклатура и способы нормирования метрологических характе- ристик средств измерений приведены в ГОСТ 8.009 [3].
Все метрологические характеристики СИ можно разделить на группы:
 характеристики, влияющие на результат измерений (определяю- щие область применения СИ);
 характеристики, влияющие на точность измерений (точностные характеристики).
К основным метрологическим характеристикам, влияющим на результат измерений, относятся:
 диапазон измерений измерительных приборов;
 значение однозначной или многозначной меры;
 функция преобразования измерительного преобразователя;
 цена деления шкалы измерительного прибора или многознач- ной меры;
 вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для вы- дачи результатов в цифровом коде.
Диапазон измерений средства измерений (диапазон измерений) – об- ласть значений величины, в пределах которой нормированы допускае- мые пределы погрешности средства измерений (для преобразователей – это диапазон преобразования).
Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом
измерений или верхним пределом измерений. Для мер – пределы воспро- изведения величин.
Цена деления шкалы (цена деления) – разность значения величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы средства измерений.
Однозначные меры имеют номинальное и действительное значение воспроизводимой величины.
Номинальное значение меры – значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении.
Пример: резисторы с номинальным значением 1 Ом, гиря с номиналь- ным значением 1 кг. Нередко номинальное значение указывают на мере.
Действительное значение меры – значение величины, приписанное мере на основании ее калибровки или поверки.
Пример: в состав государственного эталона единицы массы вхо-дит платиноиридиевая гиря с номинальным значением массы 1 кг, тогда как действительное значение ее массы составляет 1,000000087 кг, получен- ное в результате сличений с международным эталоном килограмма, хра- нящимся в Международном бюро мер и весов (в данном случае это ка- либровка).

14
К точностным характеристикам СИ относят погрешность сред- ства измерений, нестабильность, смещение нуля, класс точности и др.
Точность СИ указывает на качество самого СИ, отражающее бли- зость к нулю его погрешности. Считается, что чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений.
Погрешность СИ – это разность между показанием средства изме- рений (x
и
) и истинным (действительным, опорным) значением (x
d
) изме- ряемой величины.
Δ
и
d
x
x
x


,
(1.1) где x
и
– измеренное значение величины с помощью СИ; x
d
– действитель- ное (опорное) значение величины.
В качестве
d
x
выступает либо номинальное значение (например, меры), либо значение величины, измеренной более точным (не менее чем на порядок, т. е. в 10 раз) СИ. Чем меньше погрешность, тем точнее сред- ство измерений.
Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:
 по отношению к условиям измерения – основные, дополнительные;
 по способу выражения (по способу нормирования МХ) – абсо- лютные, относительные, приведенные.
Основная погрешность средства измерений – это погрешность сред- ства измерений, применяемого в нормальных условиях.
Как правило, нормальными условиями эксплуатации СИ считаются:
 температура (293 ± 5) К или (20 ± 5) °С;
 относительная влажность воздуха (65 ± 15) % при 20 °С;
 напряжение в сети 220 В ± 10 % с частотой 50 Гц
 1 %;
 атмосферное давление от 96 до 104 кПа.
Дополнительная погрешность средства измерений(дополнитель- ная погрешность) – составляющая погрешности средства измерения, воз- никающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклоне- ния какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.
Пределы основной и дополнительной погрешностей могут выра- жаться в форме абсолютных, приведенных или относительных по-
грешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пре- делах диапазона измерений. Пределы допускаемой дополнительной погрешности можно выражать в форме, отличной от формы выражения пределов допускаемой основной погрешности.
Абсолютная погрешность средства измерений – погрешность сред- ства измерений Δx, выраженная в единицах измеряемой величины.

15
Абсолютная погрешность средства измерений определяется по фор- муле (1.1).
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности могут быть заданы в виде
,
a
  
(1.2) или


,
х
a bx
   
(1.3) где
х

– пределы допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в деле- ниях шкалы; x – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале; a, b – по- ложительные числа, не зависящие от x .
Относительная погрешность средства измерений δ – погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к результату измерений или к действительному зна- чению измеренной величины. Относительная погрешность δ средства из- мерений вычисляется по формуле
δ
100 %
и
x
x



,
(1.4) где

– пределы допускаемой относительной основной погрешности, %;
x

– пределы допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в деле- ниях шкалы;
и
x
– значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале.
Пределы допускаемой относительной основной погрешности уста- навливают:
 если
bx
  
, то в виде
q
   ,
(1.5) где q – отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда, приве- денного выше;
 если


a
bx
   
, то в виде
1
k
x
c
d
x




   









,
(1.6) где
k
x
– больший (по модулю) из пределов измерений; c, d – положитель- ные числа, выбираемые из ряда, приведенного выше.
В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной ос- новной погрешности определяют по более сложным формулам либо в виде графика или таблицы.

16
Приведенная погрешность средства измерения γ – погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины (нормиру- ющему значению), постоянному во всем диапазоне измерений или в ча- сти диапазона. Приведенная погрешность γ средства измерений опреде- ляется по формуле
γ
100 %
N
x
x



,
(1.7) где

– пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %;
x

– пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, устанав- ливаемые по формуле (1.2) или (1.3); x
N
– нормирующее значение, выра- женное в тех же единицах, что и абсолютная погрешность СИ ∆.
Пределы допускаемой приведенной основной погрешности следует устанавливать в виде
,
p
  
(1.8) где p – отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда 1·10
n
; 1,5·10
n
;
(1,6·10
n
); 2·10
n
; 2,5·10
n
; (3·10
n
); 4·10
n
; 5·10
n
; 6·10
n
(n
=
1, 0, –1, –2 и т. д.).
Нормирующее значение x
N
принимается равным:
 конечному значению рабочей части шкалы, если нулевая от- метка находится на краю или вне рабочей части шкалы (равномерной или степенной);
 сумме конечных значений шкалы (без учета знака), если нулевая отметка внутри шкалы;
 модулю разности пределов измерений для СИ, шкала которых имеет условный нуль;
 длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измере- ний, если она существенно неравномерна. В этом случае абсолютную по- грешность, как и длину шкалы, надо выражать в миллиметрах.
Погрешности СИ в зависимости от изменения измеряемой вели-
чины во времени бывают статические и динамические.
Статическая погрешность СИ – погрешность средства измерений, применяемого для измерения постоянной величины.
Динамическая погрешность СИ – разность между погрешностью сред- ства измерений в динамическом режиме и его статистической погрешно- стью, соответствующей значению величины в данный момент времени.
Стабильность СИ – это свойство средства измерений, отражающее неизменность во времени его метрологических характеристик.
Погрешность нуля – это погрешность средства измерений в контроль- ной точке, когда заданное значение измеряемой величины равно нулю.

17
Характеристики, введенные ГОСТ 8.009 [3], наиболее полно описы- вают метрологические свойства СИ. Однако в настоящее время в эксплу- атации находится достаточно большое количество СИ, метрологические характеристики которых нормированы несколько по-другому, а именно на основе классов точности.
Класс точности – обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая их уровень точности и выражаемая точностными характеристиками средств измерений.
Класс точности дает возможность судить о значениях инструменталь- ных погрешностей или инструментальных неопределенностей СИ данного типа при выполнении измерений. Обозначение классов точности СИ при- сваивают в соответствии с ГОСТ 8.401 [4] и приведены в прил. Б.
Обозначение класса точности наносят на циферблаты, щитки и кор- пуса СИ, приводят в нормативной документации на СИ.
Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ опреде- ляется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами.
Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в стандар- тах, в технических условиях и эксплуатационной документации на СИ.
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите виды средств измерений.
2. По каким классификационным признакам подразделяются СИ?
3. Охарактеризуйте каждый вид СИ.
4. На какие группы подразделяются метрологические характери- стики СИ.
5. Что такое метрологические характеристики?
6. Что такое нормируемые и действительные метрологические ха- рактеристики и чем они отличаются от метрологических характеристик?
7. Назовите метрологические характеристики, определяющие об- ласть применения СИ и качество измерения?
8. Назовите виды погрешностей.
9. Какая характеристика определяет точность СИ?
10. Какую функцию выполняют эталоны?
11. В чем различие в назначении рабочих СИ и рабочих эталонов?