Конспект

81

ность СИ. Эта характеристика позволяла стандартизировать измерительные приборы в виде регламентированных рядов классов точности, что было удобно для приборостроителей.

		Таблица 3.1
	Номинальные значения влияющих величин при нормальных условиях
Влияющая величина		Значение
1.	Температура для всех видов измерений, o C (К)	20 (293)
2.	Давление окружающего воздуха для измерения ионизирующих	100 (750)
излучений, теплофизических, температурных, магнитных, электриче-
ских измерений, измерения давления и параметров движения, кПа
(мм. рт. ст.)
3.	Давление окружающего воздуха для линейных, угловых измере-	101,3 (760)
ний, измерения массы, силы света и измерений в других областях,
кроме указанных в п. 2, кПа (мм. рт. ст.)
4.	Относительная влажность воздуха для линейных, угловых изме-	58
рений, измерений массы, измерений в спектроскопии, %
5.	Относительная влажность воздуха для измерения электрического	55
сопротивления, %
6.	Относительная влажность воздуха для измерений температуры,	65
силы, твердости, переменного электрического тока, ионизирующих
излучений, параметров движения, %
7.	Относительная влажность воздуха для всех видов измерений,	60
кроме указанных в п. 4-6, %
8.	Плотность воздуха, кг м3	1,2
9.	Ускорение свободного падения, м с2	9,8
10. Магнитная индукция (Тл) и напряженность электростатического		0
поля (В/м) для измерений параметров движения, магнитных и элек-
трических величин
11. Магнитная индукция (Тл) и напряженность электростатического		Естественный
поля (В/м) для всех видов измерений, кроме указанных в п. 10		фон Земли в дан-
		ном географиче-
		ском районе
12. Частота питающей сети переменного тока, Гц		50 1 %
13. Среднеквадратичное значение напряжения питающей сети пере-		220 10 %
менного тока, В

В настоящее время схемы и конструкции СИ усложнились, а области применения СИ весьма расширились. Поэтому на погрешности измерений

82

стали существенно влиять и другие факторы, а область практического применения характеристики класс точности ограничилась только приборами, предназначенными для измерения статических величин. В международной практике класс точности устанавливается только для небольшой части приборов.

Класс точности средства измерения – обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами СИ, влияющими на точность. Значения погрешностей устанавливают в соответствующих стандартах.

В стандартах имеется примечание: «Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств». Это примечание указывает на то, что погрешность измерения зависит и от метода измерений, и от условий измерений.

Средство измерений может иметь два и больше классов точности. Например, при наличии у прибора нескольких диапазонов измерений одной и той же физической величины; при измерении прибором нескольких физических величин (тестер – для измерений напряжения, тока, сопротивления с разными диапазонами измерений каждой из этих величин).

Классы точности присваивают приборам при разработке на основании исследований и испытаний их представительной партии. Классы точности указывают в технических условиях (или в стандартах) на средство измерений.

Пределы допускаемых погрешностей нормируют и выражают в одной из следующих форм: абсолютной ( СИ ), относительной ( СИ ) или

приведенной ( СИ ) погрешностей.

Форма выражения зависит от:

-характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений;

-условий применения;

-назначения средства измерений.

Лекция XIII.

3.3. Пределы допускаемой основной погрешности средства измерения

Предел допускаемой основной погрешности – это максимальная ос-

новная погрешность прибора, при которой он разрешен к применению.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности устанав-

ливаются по одной из формул (применяется на цифровых приборах):

a;

(3.3)

83

a bx ,

(3.4)

где х – значение измеряемой величины; а и b – положительные числа. Формула (3.3) описывает аддитивную составляющую погрешности, на-

пример, из-за неточности установки на нуль перед измерениями. Формула (3.4) означает, что в составе погрешности прибора присутствует сумма аддитивной (а) и мультипликативной (b), составляющих, показанных на рис. 3.1.

В формулах (3.3) и (3.4) значения и х могут быть выражены либо в единицах измеряемой величины – тогда класс точности обозначают заглавными буквами латинского алфавита (L, M, C. Например, “Класс точности М”, а на приборе – буквой “М”), либо в делениях шкалы прибора – тогда класс точности обозначают римскими цифрами (I, II, III). Причем меньшие погрешности соответствуют буквам, находящимся ближе к началу алфавита, или меньшим цифрам.У букв могут быть индексы в виде арабских цифр.

Рис. 3.1. Графическое представление абсолютной погрешности по формулам (3.3) и (3.4)

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности, в %:

			100 p.	(3.5)
		xN

Здесь xN - нормирующее значение, выраженное в единицах абсолютной погрешности ; p - отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда предпочтительных чисел:

1·10n; 1,5·10n; 2·10n; 2,5·10n; 4·10n; 5·10n; 6·10n, (3.6)

где n = +1, 0, -1, -2 и т.д.

Значение xN принимается равным диапазону измерения величины по шкале прибора, т.е. или равной верхнему пределу, или разности между верх-

84

ним и нижним пределами шкалы. Абсолютная ошибка прибора постоянна для всей шкалы (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Графическое представление абсолютной погрешности по формуле (3.5)

Для приборов с неравномерной шкалой xN принимают равным длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае пределы абсолютной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины, а на средстве измерений класс точности условно обозначают со-

гласно ГОСТ 8.401-80 в виде значка . В остальных случаях класс точности обозначают конкретным числом p, например 1,5 (рис. 3.3).

Рис 3.3. Лицевая панель амперметра класса точности 1,5 с равномерной шкалой

Пределы допускаемой относительной основной погрешности, в %:

		100 q;	(3.7)
	x

						x	max
		100 c d
											(3.8)
										1 .
	x						x

85

Здесь q - отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда пред-

почтительных чисел (3.6); c, d – отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда предпочтительных чисел (3.6), причем, всегда c > d; xmax -

конечное значение диапазона измерений. Абсолютные ошибки показаний приборов увеличиваются с увеличением модуля значения измеряемой величины (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Графическое представление абсолютной погрешности по формулам (3.7) и (3.8)

Класс точности при представлении относительной погрешности по форме (3.7) обозначается в виде значения q, помещенного в кружке, напри-

мер ; при представлении по форме (3.8) – в виде дроби cd (рис. 3.5). По форме (3.8) обозначают также класс точности цифровых приборов.

Рис. 3.5. Лицевая панель ампервольтметра класса точности 0,02/0,01

с равномерной шкалой

Числа a, b, c, d в формулах (3.4) и (3.8) взаимосвязаны между собой:

c b d ;	d a	xmax	.	(3.9)
				Таблица 3.2.

86

Правила и примеры обозначения классов точности

Формула выражения основной

Пределы допускаемой

Обозначение

класса точно-

сти

погрешности

основной погрешности

в документации

на приборе

Абсолютная

a;

L

L

a;

a bx

M

M

a bx

Приведенная, %

0,5

0,5

0,5

100 p

xN

Относительная, %

0,2

100 q

0,2

x

Относительная, %

c d =

x

max

0,25 0,05

0,25/0,05

100 c d

1

0,25/0,05

x

x

3.4.Пределы допускаемой дополнительной погрешности средства измерения

Предел допускаемой абсолютной дополнительной погрешности средства измерения ДСИ может указываться в виде:

-постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины;

-отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующей предписанному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

-зависимости предела погрешности средства измерений ДСИ от вли-

яющей величины.

Класс точности учитывает систематическую и случайную погрешности, но не учитывает погрешности метода и методики измерения, условий измерений, характера взаимодействия с объектом измерения и др. факторов. Поэтому класс точности не является непосредственной характеристикой точности измерений. Так, чтобы измерить величину с точностью 1 %, недостаточно выбрать СИ с погрешностью 1 % - выбранное СИ должно обладать гораздо меньшей погрешностью, т.к. надо учесть как минимум еще погрешность методики выполнения измерений.

Лекция XIV.

87

3.5. Методики выполнения измерений

Методика выполнения измерений (методика измерений) - документи-

рованная совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

Как метрологический объект методики выполнения измерений (МВИ) возникли в 1972 г.Общие требования к разработке, оформлению, аттестации, стандартизации МВИ и метрологическому надзору за ними регламентируют ГОСТ Р 8.563-96 и МИ 2377-98.

Исходные данные для разработки МВИ включают:

-назначение, где указывают область применения, наименование измеряемой величины и ее характеристики, а также характеристики объекта измерений, если они могут влиять на погрешность измерений;

-требования к погрешности измерений;

-условия измерений, заданные в виде номинальных значений и (или) границ диапазонов возможных значений влияющих величин;

-вид индикации и формы представления результатов измерений;

-требования к автоматизации измерительных процедур;

-требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;

-другие требования, если в них есть необходимость.

Таким образом, МВИ представляет собой описание операций и в ней предписывается погрешность измерения.

В документа на МВИ указывают:

-назначение МВИ;

-условия и методы измерений;

-требования к погрешности измерений и (или) ее предписанные характеристики;

-требования к СИ, вспомогательным устройствам, материалам.

Выбор СИ проводится на основе технико-экономического анализа с целью выполнения следующих требований:

-минимальные затраты при обеспечении необходимой точности и достоверности;

-установление последовательности и содержания операций от подготовки и выполнения измерений до получения окончательных результатов измерений;

-установление предписанных характеристик погрешностей измерений;

-подготовку нормативов и процедур контроля точности получаемых результатов измерений;

88

-составление документа на МВИ;

-метрологическая экспертиза проекта документов на МВИ;

-аттестация МВИ.

Аттестация МВИ – установление и подтверждение ее соответствия предъявляемым к ней метрологическим требованиям. Аттестованные МВИ подлежат метрологическому надзору и контролю.

МВИ представляет собой технологический процесс измерения. Нельзя смешивать МВИ и документ на МВИ, поскольку не все методики описаны соответствующим документом. Для измерений, проводимых с помощью простых показывающих приборов, не требуется особых документированных МВИ. В этих случаях достаточно в нормативной документации указать тип и основные метрологические характеристики средств измерений.

3.6.Система воспроизведения единиц физических величин и передачи размера средствам измерений

Система воспроизведения единиц физических величин и передачи размера всем средствам измерений в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений Российской Федерации.

В соответствии с основным уравнением измерения измерительная процедура сводится к сравнению неизвестного размера физической величины с известным, в качестве которого выступает размер соответствующей единицы Международной системы. Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного эталона или исходного рабочего эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо информация о них должна передаваться с централизованного места их хранения или воспроизведения (централизованный способ). Основные единицы воспроизводятся только централизованно. Децентрализовано воспроизводятся единицы многих производных физических величин.

Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Средства измерений, предназначенные для воспроизведения и хранения единиц измерений, поверки и градуировки приборов, делятся на эталоны и рабочие эталоны.

Эталон физической величины (Measurement standard) – средство из-

мерений или комплекс средств измерений, предназначенных для воспроизве-

89

дения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, и утвержденных в качестве эталона в установленном порядке. Эталон должен обладать тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы физической величины в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Сличаемость – возможность сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения.

В зависимости от назначения эталоны классифицируют на следующие виды: первичные, специальные, государственные, национальные, международные и вторичные.

Первичный эталон (Primary standard) обеспечивает воспроизведение единицы физической величины с наивысшей в стране точностью. Они являются технической основой ГСИ и бывают специальными, национальными (ранее – государственными) и международными.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях и может заменять первичный эталон. Он служит для воспроизведения физической величины в условиях, когда первичный эталон нельзя использовать, и прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически неосуществима (например, на сверхвысоких частотах).

Первичные и специальные эталоны являются исходными для страны, их утверждают в качестве национальных.

Государственный – первичный (или специальный) эталон, признанный решением уполномоченного государственного органа в качестве исходного на территории государства. Государственные эталоны создают, хранят и применяют центральные метрологические научные институты страны.

Национальный (National standard) – эталон, признанный официальным решением в качестве исходного для государства. В России национальным эталоном является государственный эталон.

Международный (International standard) – эталон, принятый по меж-

дународному соглашению в качестве международной основы для согласова-

90

ния с ним размеров единиц величины, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Вторичный эталон (Secondary standard) – эталон, значение которого устанавливают по первичному эталону. Предназначены для поверочной работы и для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона. По назначению вторичные эталоны делят на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны.

Эталон-свидетель (Dublicate standard) служит для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталонсвидетель.

Эталон-копия предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Его создают в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного (специального) эталона от преждевременного износа.

Эталон сравнения (Transfer standard) служит для взаимного сличения эталонов, которые нельзя непосредственно сравнивать друг с другом (например, международные сличения эталонов).

Передача размера единицы – приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерения, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном.

Передача размера осуществляется путем сличения этих единиц. Сличение может быть непосредственным, т.е. сличением меры с мерой или показаний двух приборов, или с помощью компаратора.

Непосредственное сличение применяют для менее точных мер, например, для штриховых мер длины (линейка, брусковые метры, рулетки), меры вместимости (измерительные цилиндры, пипетки, колбы и пр.).

Компараторы (приборы сравнения) применяют для более точной поверки. К компараторам относятся образцовые весы различных порядков (при поверке гирь), мосты постоянного и переменного тока (при сличении мер сопротивления и ЭДС нормальных элементов).

Передача размеров единиц физических величин от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам производится с помощью рабочих эталонов.

Рабочий эталон (ранее в РФ - «образцовые средства измерений») – мера, измерительный прибор или преобразователь, утвержденные в качестве образцовых и служащие для поверки по ним других (рабочих) средств измерений. Рабочие эталоны предназначены для поверки наиболее точных рабо-