3. Классы точности средств измерений.

Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами. У СИ, применяемых для высокоточных измерений, нормируется до десятка и более метрологических характеристик в стандартах технических требований (технических условий) и ТУ. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации на СИ. Учет всех нормируемых характеристик необходим при измерениях высокой точности и в метрологической практике. В повседневной производственной практике широко пользуются обобщенной характеристикой — классом точности.

Класс точности СИ—обобщенная МХ, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса. Например, для вольтметров нормируют: предел допускаемой основной погрешности и соответствующие нормальные условия; пределы допускаемых дополнительных погрешностей; пределы допускаемой вариации показаний; невозвращение указателя к нулевой отметке. У плоскопараллельных концевых мер длины такими характеристиками являются пределы допускаемых отклонений от номинальной длины и

плоскопараллельности; пределы допускаемого изменения длины в течение года. У мер электродвижущей силы (нормальных элементов) нормируют пределы допускаемой нестабильности ЭДС в течение года.

Если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измерений величины или делениях шкалы, то принимается форма абсолютных погрешностей (меры, магазины номинальных физических величин). Если границы абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерений практически постоянны, то принимается форма приведенной погрешности, а если эти границы нельзя считать постоянными - то форма относительной погрешности. Поэтому ГОСТ8.401—80 в качестве основных устанавливает три вида классов точности СИ:

• для пределов допускаемой абсолютной погрешности в единицах измеряемой величины или делениях шкалы;

• для пределов допускаемой относительной погрешности в виде ряда чисел

δ = ±А·10ⁿ, (3.4)

где A= 1; 1,5; (1,6); 2; 2,5; (3); 4; 5и 6; значения 1,6 и 3 —допускаемые, но не рекомендуемые; n = 1; 0; -1; -2;...;

•для пределов допускаемой приведенной погрешности с тем же рядом (3.4):

γ = ± А ·10ⁿ

Класс точности через относительную погрешность СИ назначается двумя способами.

1. Если погрешность СИ имеет в основном мультипликативную составляющую, то пределы допускаемой основной относительной погрешности устанавливают по формуле

(3.5)

Так обозначают классы точности мостов переменного тока, счетчиков электроэнергии, делителей напряжения, измерительных трансформаторов и др.

2. Если СИ имеют как мультипликативную, так и аддитивную составляющие, то класс точности обозначается двумя цифрами, соответствующими значениям с и d формулы:

(3.6)

Здесь с и d выражаются также через ряд (3.4). Причем, как правило, c>d. Например, класс точности 0,02/0,01 означает, что с = 0,02, а d= 0,01, т. е. значение относительной погрешности. приведенное к началу диапазона измерения γ_н = 0,1%, а к концу — γ_K= 0,02%.

Наиболее широкое распространение (особенно для аналоговых СИ) получило нормирование класса точности по приведенной погрешности:

(3.7)

Условное обозначение класса точности в этом случае зависит от нормирующего значения x_N т. е. от шкалы СИ.

Если x_N представляется в единицах измеряемой величины, то класс точности обозначается числом, совпадающим с пределом допускаемой приведенной погрешности. Например, класс 1,5 означает, что γ = 1,5%.

Если x_N — длина шкалы (например, у омметров), то класс 1,5 означает, что γ =1,5% от длины шкалы.

Обозначение классов точности осуществляется следующим образом.

Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в форме абсолютной погрешности СИ, то класс точности обозначается прописными буквами римского алфавита. Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, присваиваются буквы, находящиеся ближе к началу алфавита.

Пределы допускаемой основной погрешности для тех СИ, у которых их принято выражать в форме относительной погрешности, обозначаются числами, которые равны этим пределам, выраженным в процентах. Так, класс точности 0,001 нормальных элементов свидетельствует о том, что их нестабильность за год не превышает 0,001%. Обозначения класса точности наносят на циферблаты, щитки и корпуса СИ, приводят в НД. СИ с несколькими диапазонами измерений одной и той же физической величины или предназначенным для измерений разных физических величин могут быть присвоены различные классы точности для каждого диапазона или для каждой измеряемой величины. Так, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерений напряжения и сопротивления, могут быть присвоены два класса точности: один — как вольтметру, другой — как омметру.

Присваиваются классы точности СИ при их разработке (по результатам приемочных испытаний). В связи с тем, что при эксплуатации их метрологические характеристики обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки).

Итак, класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений СИ этого класса. Это важно знать при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений.

Задаваясь некоторым значением относительной погрешности δ_з (например δ_з= 5, 10 и 20%), можно ограничить снизу рабочий диапазон Д_р , т.е. величина Д_р назначается достаточно произвольно.

С нять показание — не значит измерить. Надо оценить еще и погрешность измерения, учитывая, что случайные погрешности делают результат ненадежным, а систематические — неверным. Допускаемая величина относительной погрешности СИ определяется требуемой точностью δ_изм измерений. Постоянство вероятности получения наибольшей возможной абсолютной погрешности во всех точках шкалы следует из формулы

Обычно относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы не может превышать приведенную погрешность более чем в три раза. Исполнение этого условия по отношению к СИ с равномерной шкалой приводит к тому, что при односторонней шкале рабочий диапазон Д_р занимает последние две трети ее длины, при двусторонней шкале того же диапазона — одну треть , при безнулевой шкале Д_р может распространяться на всю шкалы , т.е. нерабочая зона шкалы L =0.

Точность и методика производимых измерений требуют специального рассмотрения.