Метрологические характеристики средств измерений

И контроля

Важнейшими свойствами средств измерений и контроля являются те, от которых зависит качество получаемой с их помощью измерительной информации. Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей.

Метрологическая характеристика средства измерений – это характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность.

ГОСТ 8.009–84 “ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений” устанавливает комплекс нормируемых метрологических характеристик средств измерений, который выбирается из числа, приводимых ниже..

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки):

- функция преобразования измерительного преобразователя,

- значение однозначной или значения многозначной меры;

- цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

- вид выходного кода, число разрядов кода.

Характеристики погрешностей средств измерений – характеристики систематической и случайной составляющих погрешностей, вариация выходного сигнала средства измерений, либо характеристика погрешности средств измерений.

Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам – функция влияния или изменение значений метрологических характеристик средств измерений, вызванные изменениями влияющих величин в установленных пределах.

Динамические характеристики средств измерений – подразделяют на полные и частные. К первым относят: переходную характеристику, амплитудно-фазовую и импульсную характеристики, передаточную функцию. К частным динамическим характеристикам отнесены: время реакции, коэффициент демпфирования, постоянная времени, значение резонансной собственной круговой частоты.

Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений –параметры выходного сигнала, не используемые для передачи или индикации значения информативного параметра входного сигнала измерительного преобразователя или не являющиеся выходной величиной меры.

Рассмотрим подробно наиболее часто встречающиеся метрологические характеристики средств измерений, которые обеспечиваются определенными конструктивными решениями средств измерений и их отдельных узлов.

Цена деления шкалы –это разность значения величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений. Например, если перемещение указателя шкалы из положения I в положение II (рис.10.9, а) соответствует изменению величины в 0,001 мм, то цена деления этой шкалы равна 0,001 мм. Чаще всего используют кратные и дольные значения от 1 до 2, а именно: 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 1; 2; 10 мкм и т. д. В угломерных средствах измерений применяются круговые шкалы с ценой деления 1⁰, а дополнительное отсчетное устройство позволяет отсчитывать доли этих делений в минутах и секундах. Цена деления шкалы всегда указывается на шкале средства измерений.

Длина(интервал) деления шкалы –это расстояние между осями (или центрами) двух соседних отметок шкалы (рис.10.9, б), измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы. На практике, исходя из разрешающей силы глаз оператора (острота зрения), учитывая ширину отметок шкалы и указателя, минимальная длина деления шкалы принимают равным 1 мм, а максимальный – 2,5 мм. Наиболее распространенной величиной длины является 1 мм. У пневматических приборов с водяным манометром длина деления шкалы равна около 5 мм.

Начальное и конечное значения шкалы –соответственно наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины (рис.10.9, в), которые могут быть отсчитаны по шкале средства измерений.

Диапазон показаний – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы (рис.10.9, в). Эту характеристику часто называют “пределы измерения по шкале”. Например, для индикаторов часового типа диапазон может составлять 2,5 или 10 мм, для гладких микрометров – 25 мм, для оптиметра – ±0,1 мм.

Диапазон измерений, который часто называют “пределом измерений средства измерений” – это диапазон значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Например, для гладких микрометров этот параметр составляет 0 – 25 мм; 25 – 50 мм; 50 – 75 мм и т. д., для большого микроскопа инструментального (тип БМИ) – по оси Х: 0 – 150 мм, по оси У: 0 – 75 мм.

Одной из основных характеристик средств измерений линейных и угловых величин контактным методом является измерительное усилие, которое возникает в зоне контакта измерительного наконечника средства измерений с измеряемой поверхностью в направлении линии измерения. Оно необходимо для того, чтобы обеспечить устойчивое замыкание измерительной цепи. В зависимости от допуска контролируемого изделия (от 2 до 10 мкм) рекомендуемые величины измерительного усилия находятся в пределах от 2,5 до 3,9 Н, а свыше 10 мкм – 9,8 Н. Важным показателем измерительного усилия является перепад измерительного усилия – разность измерительного усилия при двух положениях указателя в пределах диапазона показаний. Стандарт ограничивает эту величину в зависимости от типа средства измерений. Например, для микрометра с ценой деления 0,01 мм колебание измерительного усилия допускается в пределах 2 Н, для индикаторов часового типа с той же величиной цены деления – 0,8 Н, для измерительных пружинных головок – от 0,2 до 2 Н.

Свойство средства измерений, заключающееся в его способности реагировать на изменения измеряемой величины, называется чувствительностью. Она оценивается отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Порог чувствительности средства измерений – характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения ФВ, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством. Это характеристика важна при оценке малых перемещений.

Кроме рассмотренных выше характеристик средств измерений, в практике используются ещё такие понятия как стабильность меры (свойство меры сохранять неизменным во времени своё значение), стабильность измерительного прибора (свойство сохранять неизменными во времени поправки к его показаниям), вариация показаний. Вариация показаний – разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших небольших значений измеряемой величины. Обычно вариация показаний у средств измерений составляет 10 … 50% цены деления и она определяется путём многократного арретирования наконечника средства измерения.

Особое место в метрологических характеристиках средств измерений и контроля занимают погрешности измерений и, в частности, погрешности самих средств измерений и контроля.

Инструментальные погрешности возникают вследствие недостаточно высокого качества элементов средств измерений и контроля. К этим погрешностям можно отнести погрешности изготовления и сборки СИ; погрешности из-за трения в механизме СИ, недостаточной жёсткости его деталей и т. п. Инструментальная погрешность индивидуальна для каждого СИ.

Причиной возникновения методических погрешностей служит несовершенство метода измерений, т. е. то, что мы сознательно измеряем, преобразуем или используем на выходе средств измерений не ту величину, которая нам нужна, а другую, которая отражает нужную лишь приблизительно, но гораздо проще реализуется.

За основную погрешность принимают погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях. Известно, что наряду с чувствительностью к измеряемой величине, средство измерений имеет некоторую чувствительность и к неизмеряемым, но влияющим величинам, например, к температуре, атмосферному давлению, вибрации, ударам и т. д. Поэтому любое средство измерений имеет основную погрешность, которая отражается в НТД.

При эксплуатации средств измерений и контроля в производственных условиях возникают значительные отклонения от нормальных условий, вызывающие дополнительные погрешности. Эти погрешности нормируются соответствующими коэффициентами влияния изменения отдельных влияющих величин на изменение показаний в виде a; % / 10⁰С; % / 10 % U _ПИТ и т. д.

Погрешности средств измерений нормируют установлением предела допускаемой погрешности. Предел допускаемой погрешности средстваизмерений – наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению. Например, пределы допускаемой погрешности 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса равны ± 50 мкм, а для амперметра класса 1,0 – равны ± 1 % от верхнего предела измерений.

Кроме того, все вышеперечисленные погрешности измерения подразделяют по виду на систематические, случайные и грубые, статические и динамические составляющие погрешностей, абсолютные и относительные.

Погрешности средств измерений могут выражаться:

в виде абсолютной погрешности D

D =Х _П - Х _Д,

где: Х _П - показание прибора;

в виде относительной погрешности, %

d = ( D Х _Д ) × 100;

в виде приведенной погрешности, %

g = ( D Х_N) × 100,

где: Х_N – нормирующее значение измеряемой физической величины.

В качестве нормирующего значения может быть принят предел измерения данным СИ. Например, для весов с пределом измерения массы 10 кг. Х_N = 10 кг.

Если в качестве нормирующей величины принимается размах всей шкалы, то именно к значению этого размаха в единицах измеряемой физической величины и относят абсолютную погрешность. Например, для амперметра с пределами от минус 100 мА до 100 мА Х_N = 200 мА.

Если в качестве нормирующей величины принимается длина шкалы прибора l, то Х_N = l.

На каждое СИ погрешность приводится только в какой-то одной форме.

Если погрешность СИ при неизменных внешних условиях постоянна во всем диапазоне измерений, то

D = ± a

Если она меняется в указанном диапазоне, то

D = ± (a + bx)

При D = ± a погрешность называется аддитивной, а при D = ± (а + bx)

– мультипликативной.

Для аддитивной погрешности:

d = ± р

Для мультипликативной погрешности:

d = ±

Приведенная погрешность

g = ±q

Для обобщенной характеристики точности средств измерений, определяемую пределами допускаемых погрешностей (основной и дополнительной), а также другими их свойствами, влияющими на погрешность измерений, вводится понятие класса точности средствизмерений. Единые правила установления пределов допускаемых погрешностей показаний по классам точности средств измерений регламентирует ГОСТ 8.401–80. Классы точности удобны для сравнительной оценки качества средств измерений, их выбора, международной торговли.

Несмотря на то, что класс точности характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, он не определяет однозначно точность измерений, так как последняя зависит также от метода измерений и условий их выполнения.

Классы точности определяются стандартами и техническими условиями, содержащими технические требования к средствам измерений. Для каждого класса точности средства измерений конкретного типа устанавливаются конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающие уровень точности. Единые характеристики для средств измерений всех классов точности (например, входные и выходные сопротивления) нормируются независимо от классов точности. Средства измерений нескольких физических величин или с несколькими диапазонами измерений могут иметь два и более классов точности. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерения электрического напряжения и сопротивления, могут быть присвоены два класса точности: один – как вольтметру, другой – как амперметру.

Классы точности присваивают средствам измерений при разработке. В процессе эксплуатации метрологические характеристики средств измерений ухудшаются. Поэтому допускается понижение класса их точности по результатам метрологической аттестации или поверки. Например, предусмотрено понижение класса точности при поверке концевых мер длины, если отклонение длины меры от номинального значения, установленное в результате поверки, превышает предел допускаемых отклонений для класса точности, присвоенного ранее.

 

В связи с большим разнообразием средств измерений и их метрологических характеристик ГОСТ 8.401–80 “ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования” определены способы обозначения, причем выбор того или иного способа зависит от того, в каком виде нормирована погрешность.

Например, если d = ± 1%, то класс точности СИ 0,1; если приведенная погрешность g = ± 1,5%, то класс точности СИ 1,5. Это справедливо для приведенной погрешности, нормируемой значением физической величины в принятых единицах. В тех случаях, когда погрешность нормируется длиной шкалы прибора l, класс точности также равен численному значению g, но обозначается по другому. Например, при g = 0.5% (Х_N = l) класс точности – 0,5.

Если погрешность СИ определяется формулой мультипликативной погрешности, то она обозначается c/d. Например,

если d= ± , то класс точности СИ обознается 0,02 / 0,01.

Проиллюстрируем это на следующем примере. Имеется вольтметр с пределами измерений (0 - 100) В. На него подается напряжение 50 В. Результат измерения – 48,5 В. Необходимо определить класс точности по D, d, g.

D= 1,5 В, d = 3%, g = 1,5%

Тогда, по D класс точности 6, по d - класс точности 3, по g – класс точности 1,5.

Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, на средстве измерений ее обводят кружком. С той же целью под обозначением класса точности на средстве измерений ставят знак “V” (это значит, что предел абсолютной погрешности приведен к длине шкалы или к ее части, а не к номинальной точке шкалы).

Примеры обозначения классов точности приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1

Примеры обозначения классов точности приборов

Формула для определения пределов допускаемых погрешностей	Примеры пределов допускаемой основной погрешности	Обозначение точности в документа- ции	класса   на средствах измерения	Примечание
D = ± a	___	Класс точности М	М	___
D = ± (a+bx)	___	Класс точности С	С	___
g = D ¤ CN = ± p	g = ± 1,5   g = ± 0,5	Класс Точности 1,5   Класс точности 0,5	1,5   0,5 V	Если ХN выражено в единицах величины Если ХN определяется длиной шкалы (ее части)
d = D ¤ C = ± q	d = ±,5	Класс точности 0,5	0,5	___
d = ± [ c + d х х(|C П C| -1) ]	d=±[0,02+0,01х х(½C П C ½-1)]	Класс точности 0,02 / 0,01	0,02 / 0,01	___

 

Где: D – пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы;

Х – значение измеряемой величины на входе (выходе) средства измерений или число делений, отсчитываемых по шкале;

a, b – положительные числа, не зависящие от Х;

d – пределы допускаемой относительной основной погрешности, %;

q, p – больший (по модулю) из пределов измерений;

c, d – положительные числа, выбираемые из ряда; с=b+d; d=a /½C_N ½;

g – пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %;

Х_N – нормирующее значение измеряемой величины.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: