НОУ ІНТУЇТ | лекція | Нормування похибок засобів вимірювань

1. Нормування похибок засобів вимірювань
2. Класи точності засобів вимірювань
3. Контрольні питання

Анотація: Розглянемо детальний порядок операцій, що виконуються при обробці результатів вимірювань. Зміст всіх описуваних дій розглянуто в попередніх розділах. Проведені розрахунки грунтуються на припущенні про нормальний розподіл похибок, коли систематичні похибки вже враховані на попередніх етапах роботи з експериментальними даними.

Нормування похибок засобів вимірювань

Нормування метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки і полягає у встановленні меж для відхилень реальних значень параметрів засобів вимірювань від їх номінальних значень.

Кожному засобу вимірювань приписуються деякі номінальні характеристики. Дійсні ж характеристики засобів вимірювальної техніки не збігаються з номінальними, що і визначає їх похибки.

Зазвичай нормирующее значення приймають рівним:

1. більшого за межі вимірів, якщо нульова відмітка розташована на краю або виходить за допустимі межі;
2. сумі модулів меж вимірювання, якщо нульова відмітка розташована всередині діапазону вимірювання;
3. довжині шкали або її частини, що відповідає діапазону вимірювання, якщо шкала істотно нерівномірна (наприклад, у омметра);
4. номінального значення вимірюваної величини в разi його встановлення (наприклад, у частотоміра з номінальним значенням 50 Гц);
5. модулю різниці меж вимірювань, якщо прийнята шкала з умовним нулем (наприклад, для температури), і т.д.

Найчастіше за нормирующее значення приймають верхню межу вимірювань даного засобу вимірювань.

Відхилення параметрів засобів вимірювань від їх номінальних значень, що викликають похибку вимірювань, не можуть бути вказані однозначно, тому для них повинні бути встановлені гранично допустимі значення.

Зазначене нормування є гарантією взаємозамінності засобів вимірювань.

Нормування похибок засобів вимірювань полягає у встановленні межі допустимої похибки.

Під цією межею розуміється найбільша (без урахування знака) похибка засобу вимірювання, при якій воно може бути визнано придатним і допущено до застосування.

Підхід до нормування похибок засобів вимірювань полягає в наступному:

1. в якості норм вказують межі допустимих похибок, що включають в себе і систематичні, і випадкові складові;
2. порізно нормують все властивості засобів вимірювань, що впливають на їх точність.

Стандарт встановлює ряди меж допустимих похибок. Цій же меті служить встановлення класів точності засобів вимірювань.

Класи точності засобів вимірювань

Клас точності - це узагальнена характеристика СІ, що виражається межами допустимих значень його основної та додаткової похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на точність. Клас точності не є безпосередньою оцінкою точності вимірювань, які виконуються цим СІ, оскільки похибка залежить ще від ряду факторів: методу вимірювань, умов вимірювань і т.д. Клас точності лише дозволяє судити про те, в яких межах знаходиться погрішність СІ даного типу. Загальні положення розподілу коштів вимірів по класу точності встановлює ГОСТ 8.401-80.

Межі основної похибки, що визначаються класом точності, - це інтервал, в якому знаходиться значення основної похибки СІ.

Класи точності СІ встановлюються в стандартах або технічних умовах. Засіб вимірювання може мати два і більше класу точності. Наприклад, при наявності у нього двох або більше діапазонів вимірювань однієї і тієї ж фізичної величини йому можна привласнювати два або більше класу точності. Прилади, призначені для вимірювання декількох фізичних величин, також можуть мати різні класи точності для кожної вимірюваної величини.

Межі допустимих основної та додаткової похибок висловлюють у формі наведених, відносних або абсолютних похибок. Вибір форми подання залежить від характеру зміни похибок в межах діапазону вимірювань, а також від умов застосування і призначення СІ.

Межі абсолютної основної похибки встановлюються по одній з формул: або , Де x - значення вимірюваної величини або число поділок, відраховані за шкалою; a, b - позитивні числа, не залежні від х. Перша формула описує чисто аддитивную похибка, а друга - суму адитивної і мультиплікативної похибок.

У технічній документації класи точності, встановлені у вигляді абсолютних похибок, позначають, наприклад, "Клас точності М", а на приладі - буквою "М". Для позначення використовуються прописні букви латинського алфавіту або римські цифри, причому менші межі похибок повинні відповідати буквах, що знаходяться ближче до початку алфавіту, або меншим цифрам. Межі приведеної основної похибки визначаються за формулою , Де xN - нормирующее значення, виражене в тих же одиницях, що і ; p - абстрактне позитивне число, вибирається з ряду значень:

Нормуюче значення xN встановлюється рівним більшому за межі вимірювань (або модулів) для СІ з рівномірною, практично рівномірною або статечної шкалою і для вимірювальних перетворювачів, для яких нульове значення вихідного сигналу знаходиться на краю або поза діапазону вимірювань. Для СІ, шкала яких має умовний нуль, так само модулю різниці меж вимірювань.

Для приладів з суттєво нерівномірною шкалою xN приймають рівним всій довжині шкали або її частини, що відповідає діапазону вимірі. В цьому випадку межі абсолютної похибки виражають, як і довжину шкали, в одиницях довжини, а на засобі вимірювань клас точності умовно позначають, наприклад, у вигляді значка , Де 0,5 - значення числа р ( Мал. 3.1 ).

Лицьова панель фазометра класу точності 0,5 з істотно нерівномірного нижньої шкалою

В інших розглянутих випадках клас точності позначають конкретним числом р, наприклад 1,5. Позначення наноситься на циферблат, щиток або корпус приладу ( Мал. 3.2 ).

Лицьова панель амперметра класу точності 1,5 з рівномірною шкалою

У тому випадку якщо абсолютна похибка задається формулою , Межі допустимої відносної основної похибки

де с, d - абстрактні позитивні числа, які обираються з ряду: ; - більший (по модулю) з меж вимірювань. При використанні формули 3.1 клас точності позначається у вигляді "0,02 / 0,01", де чисельник - конкретне значення числа с, знаменник - числа d ( Мал. 3.3 ).

Мал.3.3.

Лицьова панель ампервольтметра класу точності 0,02 / 0,01 с рівномірною шкалою

Межі допустимої відносної основної похибки визначаються за формулою , якщо . Значення постійного числа q встановлюється так само, як і значення числа p. Клас точності на прилад позначається у вигляді , Де 0,5 - конкретне значення q ( Мал. 3.4 ).

Лицьова панель мегаомметра класу точності 2,5 з нерівномірною шкалою

У стандартах і технічних умовах на СІ вказується мінімальне значення x0, починаючи з якого можна застосувати прийнятий спосіб вираження меж відносної похибки. Ставлення xk / x0 називається динамічним діапазоном вимірювання.

Правила побудови і приклади позначення класів точності в документації і на засобах вимірювань наведені в таблиці 3.1.

Контрольні питання

1. Поясніть, що таке клас точності СІ.
2. Чи є клас точності СІ безпосередньою оцінкою точності вимірювань, які виконуються цим СІ?
3. Перерахуйте основні принципи, що лежать в основі вибору нормованих метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки.
4. Як нормуються прилади по класах точності?
5. Які метрологічні характеристики описують похибка засобів вимірювань?
6. Як здійснюється нормування метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки?