Классы точности средств измерений

 

При высокоточных лабораторных измерениях предполагается строгое нормирование метрологических характеристик средства измерений (диапазон измерений, предел измерения, цена деления шкалы, чувствительность и др.). Основная метрологическая характеристика СИ – погрешность СИ – есть разность между показаниями СИ и истинными (действительными) значениями ФВ. Все погрешности СИ в зависимости от внешних условий делятся на основные и дополнительные.

При технических измерениях, когда не предусмотрено выделение случайных и систематических составляющих, когда не существенна динамическая погрешность СИ, когда не учитываются влияющие (дестабилизирующие) факторы и т.д., можно пользоваться более грубым нормированием – присвоением СИ определенного класса точности по ГОСТ 8.401-80.

Класс точности — это обобщенная метрологическая характеристика СИ, определяемая предельными значениями допустимых основной и дополнительной погрешностей в рабочих диапазонах влияющих величин. Например, для основного параметра окружающей среды — температуры — в паспорте на прибор может быть записано: «......диапазон рабочих температур:0....+40⁰С, диапазон температур хранения: -10...+60⁰С». Класс точности СИ уже включает систематическую и случайную погрешности. Однако он не является непосредственной характеристикой точности измерений, выполняемых с помощью этих СИ, поскольку точность измерения зависит как от метода измерения, так и условий измерения. В частности, чтобы измерить величину с точностью до 1%, выбранное СИ должно обладать гораздо меньшей погрешностью. Для гарантированной заданной или расчетной погрешности измерений δ_из относительная погрешность СИ δ_СИ должна быть на 25%-30% ниже чем δ_и (т.е. δ_си=0,7 δ_из). Определяя класс точности, нормируют, прежде всего пределы допустимой основной погрешности δ_осн. Пределы допускаемой дополнительной погрешности устанавливают в виде дольного (кратного) значения (δ_осн). Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают в форме абсолютной (), относительной (δ) или приведенной () погрешностей.

Приведенной погрешностью СИ (прибора) называют относительную погрешность, определяемую по формуле:

 

где — предельно допустимая (максимальная) абсолютная погрешность СИ, а Х_н — нормирующее значение (чаще всего в качестве Х_н выбирается верхний или конечный предел диапазона измерения прибора Х_к).

ГОСТ 8.401-80 «Классы точности средств измерений. Общие требования» в качестве основных устанавливает три вида классов точности СИ:

1) для пределов допускаемой абсолютной основной погрешности в единицах измеряемой величины или делениях шкалы;

2) для пределов допускаемой относительной погрешности в виде ряда чисел

 

δ=±А 10n,

(1)

 

где А=1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; n= 1; 0; -1; -2; -3......

 

3) для пределов допускаемой приведенной погрешности с тем же рядом чисел γ=±А10ⁿ. Например для класса точности 0,05, А=5, n= -2. При этом проценты в обозначении класса точности не указываются;

 

Абсолютная погрешность может выражаться одним числом =а при аддитивном характере погрешности (ширина коридора значений не изменяется во всем измеряемом диапазоне значении Х, см. рисунок 2а), или двучленом Δ=(а+bх) при совместном проявлении аддитивной и мультипликативной составляющих, либо в виде таблицы (графика функции) при нелинейном изменении границ абсолютной погрешности (например, табл.1).

Таблица 1

Пределы допускаемой абсолютной погрешности вольтметра М-366

Показания СИ, В
Погрешность Δ, В	-0,2	-0,1		0,1	0,2	0,35	0,45	0,55	0,7

 

 

Классы точности СИ, выраженные через абсолютные погрешности, обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. При этом чем дальше буква от начала алфавита тем больше значения допускаемой абсолютной погрешности. Буквенное обозначение принято для мер с аддитивной погрешностью, цифра ΙΙΙ для мер с обоими составляющими погрешности (см. табл.2).

Класс точности через относительную погрешность СИ назначается двумя способами:

- Если погрешность СИ имеет в основном мультипликативный характер (при этом относительная погрешность остается постоянной величиной g во всем измеряемом диапазоне), то пределы допускаемой основной относительной погрешности устанавливают по формуле [4 с.140.]

 

(2)

 

Так определяют классы точности мостов переменного тока, счетчиков электроэнергии, делителей напряжения, измерительных трансформаторов и др. При этом класс точности на СИ обозначается цифрой в кружке. Например .

- Если СИ имеют обе составляющих погрешности, то класс точности обозначается двумя цифрами c/d, соответствующими значениям с и d формулы

 

(3)

 

Здесь c и d выражаются также через ряд (1). Причем c>d, Х_{к —} конечное значение шкалы, X – значение отсчета. Например, класс точности 0,02/0,01 означает, что с=0,02; а d=0,01.

Для некоторых СИ характерна сложная зависимость относительной погрешности от измеряемой величины или влияющих факторов, которая приводит к логарифмической характеристике точности. В основном это широкополосные СИ, например мосты постоянного тока, мосты сопротивлений, цифровые частомеры и т.д. Для них ГОСТ 8.401-80 допускает нормирование класса точности трехчленной формулой [4 c. 143]

δ(x)=(xmin/x+ δ3+x/xk)

(4)

где Х_min и Х_к — порог и предел чувствительности, δ_з — относительная погрешность, ограничивающая снизу рабочий диапазон. При δ_з =0,5%, Х_min=0,02 Ом и Х_к =20*10⁶ Ом для любого Х относительная погрешность составит:

δx=(0,02/x+0,5/100+x/20∙10^6)100%.

(5)

Для приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливается равным длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае предел абсолютной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины, а на шкалу прибора наносится обозначение класса точности в виде цифры под которой находится знак .Например, обозначение класса точности ar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> означает, что для данного прибора установлен предел допускаемой погрешности, составляющей 2,5% от длины шкалы, действительное значение измеряемой величины должно находиться в пределах ±2,5% от длины шкалы, отсчитанных от установившегося положения стрелки.

Обозначения классов точности в документах и на приборах приведены в табл. 2.

Таблица 2

Необходимо подчеркнуть, что класс точности является обобщенной характеристикой СИ данного типа. Значение его позволяет не определить погрешность конкретного измерения, а лишь указать пределы, в которых находится погрешность при измерении физической величины данным средством.

0.5

Пример. Отсчет по шкале прибора с приделами измерений 0-50А и равномерной шкалой составил 25А.Пренебрегаю другими видами погрешностей измерений, оценить пределы абсолютной погрешности этого отсчета при использовании амперметров с классами точности 0,02/0,01,, 0,5. Выбрать амперметр, который бы давал погрешность отсчета, не превышающую 0,01А.

1.Для СИ класс точности 0,02/0,01 из табл.2 находим

0.5

,

2.Для СИ класс точности

%,

3.Для СИ класс точности 0,5

,

Вывод. Погрешность отсчета не превышающую 0,01А обеспечит амперметр класса точности 0,02/0,01, а при использовании амперметра класса точности 0,5 погрешность отсчета будет превышать требуемую в 25 раз.