logo
МЕТРОЛ-СТУДЕНТ / УП метрол ч 1 / Book

3. 7. Классы точности средств измерений

Учет всех метрологических характеристик средств измерений – сложная процедура, оправданная при измерениях высокой точности в метрологической практике. На производстве, как правило, такая точность не нужна. Большинство измерений являются однократными, поэтому за их результат принимается то значение величины, которое непосредственно снято с прибора (без обработки и оценивания погрешности, так как в этом нет необходимости). Но это не означает, что погрешности результатов данного вида измерений неизвестны. Они регламентируются заранее (до выполнения измерений) выбором необходимых по точности средств измерений. Поэтому для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято деление по точности на классы.

Классом точности называется обобщенная характеристика всех средств измерений данного типа, обеспечивающая правильность их показаний и устанавливающая оценку снизу точности показаний.

В стандартах на средства измерений конкретного типа устанавливаются требования к метрологическим характеристикам, в совокупности определяющие класс точности средств измерений этого типа. Например, у плоскопараллельных концевых мер длины такими характеристиками являются пределы допускаемых отклонений от номинальной длины и плоскопараллельности; пределы допускаемого изменения длины в течение года.

Устанавливая класс точности, нормируют пределы допускаемой основной погрешности. Ее дольные значения принимают в качестве пределов допускаемыхдополнительных погрешностей.

Пределы допускаемых погрешностей выражают в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей. Это зависит от характера изменения погрешности (в пределах диапазона измерений), назначения и условий применения средств измерений.

Если погрешность результатов измерений выражают в единицах измеряемой величины (например, при измерении длины, массы), то пределы допускаемых погрешностей выражают в форме абсолютных погрешностей.

Если границы абсолютных погрешностей средств измерений остаются практически неизменными, применяют форму приведенных погрешностей, если же эти границы нельзя считать постоянными – формуотносительных погрешностей.

Абсолютной погрешностью прибора (меры) называют разность между показанием прибора (номинальным значением меры) и истинным значением измеряемой (воспроизводимой) величины. Пределы допускаемой абсолютной основной погрешностиустанавливают в зависимости от характера изменения погрешности в диапазоне измерений. Если погрешности не зависят от значения измеряемой величиныx, то нормируют только границы=a, если же с увеличением xпогрешность возрастает линейно, то ее пределы устанавливают по формуле

 = (a bx),

где aи b– положительные числа. Например, для генератора низкой частоты Г3-36=(0,03f 2) Гц, где f– значение частоты.

Указание только абсолютной погрешности не позволяет сравнивать между собой по точности приборы с разными диапазонами измерений. Поэтому для электроизмерительных приборов, манометров, приборов измерения физико-химических величин и др. характеристикой точности служит приведенная погрешность.

Приведенной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к нормируюшему значениюXN (в %), в качестве которого выбирают верхний предел или диапазон измерений, длину шкалы и т.д.

 =(100)XN= p%. (3.7.1)

Здесь p- положительное число, выбираемое из ряда 110n; 1,510n; 2,510n; 410n; 510n; 610n(n=1,0,1,2,). По этой формуле определяют пределы допускаемой приведенной основной погрешности прибора. Например, пределы допускаемых погрешностей показывающих амперметров выражают в форме приведенных погрешностей, так как границы погрешностей средств измерений данного вида практически неизменны в пределах диапазона измерений.

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к значению измеряемой величины.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности находят по формуле = (x)100 =q%, если границы абсолютных погрешностей можно полагать практически неизменными, и по формуле

 = (x)100 =[c d(Xk x1] %, (3.7.2)

если границы абсолютных погрешностей можно полагать меняющимися линейно. Здесь q- отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда, аналогичному ряду дляp;Xk- больший по модулю из пределов измерений;c= b d; d =aXk; c и dвыбирают аналогично q.

Выражение пределов допускаемой погрешности в форме приведенных и относительных погрешностей является предпочтительным, так как они позволяют выражать пределы допускаемой погрешности числом, которое остается одним и тем же для средств измерений одного уровня точности, но с различными верхними пределами измерений.

В связи с большим разнообразием средств измерений и их метрологических характеристик ГОСТ 8.401-80 определены способы обозначения классов точности. Выбор способа зависит от того, в каком виде нормирована погрешность средства измерения. Примеры обозначения классов точности приведены в табл. 3.7.1.

При выборе прибора для измерений следует учитывать, что его класс точности определяется основной предельной абсолютной погрешностью. Этой погрешности на различных отметках шкалы будут соответствовать разные значения относительной погрешности.

Например, для вольтметра со шкалой 0-150 В класса точности 1,5 основная предельная абсолютная погрешность равна 2,25В. А относительная погрешность, %, на отметках шкалы 25 и 100В будет соответственно

25=(x)100 =(2,2525)100 =9

100=(2,25100)100 =2,25

Поэтому с целью уменьшения относительной погрешности надо выбирать верхний предел шкалы измерительного прибора таким, чтобы ожидаемое значение измеряемой величины (показание) находилось в последней трети (или половине) ее.

Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых выражают в форме приведенной или относительной погрешности по (3.7.1), классы точности обозначают числами., равными этим пределам в процентах. Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, на средстве измерений ее обводят кружком. С той же целью под обозначением класса точности на средства измерений ставят знак “V ” (это значит, что предел абсолютной погрешности приведен к длине шкалы или к ее части, а не к номинальной точке шкалы).

Если класс точности определяют по (3.7.2), его обозначают c и d, разделенными косой чертой, например, 0,020,01 (здесь c= 0,02; d= 0,01).

Пример 1.Отсчет по шкале прибора с пределами измерений 0-50 и равномерной шкалой равен 25. Пренебрегая другими погрешностями измерений, оценить пределы допускаемой абсолютной погрешности этого отсчета для прибора класса точности 0,020,01; 0,5 ; 0,5.

  1. Для прибора класса точности 0,02 0,01

 = (x)100 =[c d(Xk x1].

Здесь x= 25; Xk = 50; c= 0,02; d = 0,01 иуказывается в процентах, поэтому

=0,0125 [0,020,01[5025)1]]0,008

2. Для прибора класса точности 0,5

 = (x)100, поэтому=0,01250,5 =0,13.

3. Для прибора класса точности 0,5 =(100XN).

По ГОСТ 8.401-80 для средств измерений с равномерной шкалой нормирующее значение XNустанавливают равным большему из пределов измерений. ПоэтомуXN= 50, тогда=0,01500,5 =0,25.

Если пределы допускаемой основной погрешности средств измерений выражают в форме абсолютных погрешностей илиотносительных погрешностей, установленных в виде графика, таблицы, формулы, не идентичной (3.7.1) и (3.7.2), классы точности обозначают прописными буквами латинского алфавита либо римскими цифрами. Классам точности с меньшими пределами допускаемых погрешностей соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или меньшие цифры.

Условные обозначения классов точности наносят на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, а также приводят в нормативно-технической документации.

Метрологические и технические характеристики цифровых измерительных приборов и аналогово-цифровых преобразователей нормируются по-другому.

Пример 2Измеряется токI = 0,1-0,5mA. Требуется, чтобы относительная погрешность измерения токане превышала 1%. Какой класс точности должен быть у магнитоэлектрического миллиамперметра с конечным значением шкалыIном = 0,5mA?

В начале шкалы прибора относительная погрешность измерения =IIбольше, так как значение абсолютной погрешностиIпо всей шкале прибора примерно одно и то же. Поэтому приI= 0,1mAI= 0,010,110-3 = 10-6 A . Класс точности прибора находим по основной приведенной погрешности:

 =II ном = 10-6 0,510-3 = 0,002.

Следовательно, класс точности прибора должен быть 0,2.

Список литературы

а) основная литература

  1. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством. Учебник для вузов. М.: Изд-во стандартов, 1990г.

  2. Рудзит Я.А., Плуталов В.Н. Основы метрологии, точность и надежность в приборостроении. Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1991г.

  3. Тюрин Н.И. Введение в метрологию. Учебное пособие – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Изд-во стандартов 1985г.

  4. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. «Качество измерений», Метрологическая справочная книга, Л.: Лениздат 1987г.

  5. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. «Основы метрологии», М.: Изд-во стандартов. 1985г.

  6. Кузнецов В.А., Якунина Г.В. «Метрология (теоретические, прикладные и законодательные основы). Учебное пособие. М.: ИПК. Издательство стандартов, 1998г.

  7. Окрепилов В.В. Всеобщее управление качеством. Книга 1. Учебник. СПб. Изд-во СПб УЭФ. 1996г.

  8. Антонов Г.А. Основы стандартизации и управления качеством продукции. Части 1,2,3. СПб. Изд-во СПб УЭФ. 1995г.

  9. Назаров В.Н. Метрология, стандартизация, сертификация. Часть 1. Учебное пособие. СПб ГИТМО. 2002г.

  10. Егоров Г.В. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация». СПб ГИТМО. 2002г.

б) дополнительная литература

  1. Чертов А.Г. Физические величины. М.: Высшая школа 1990г.

  2. Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб. Книги 1-ая и

2-ая. М.: Изд-во стандартов, 1990г.

  1. Основополагающие стандарты в области

метрологического обеспечения. М.: Изд-во стандартов,

1986г.

  1. Государственная система стандартизации. М.: Изд-во стандартов, 1986г.

  2. Сертификация. Принципы и практика. Пер. с англ. Б.М. Федотова; под ред. А.М. Медведева – М.: Изд-во стандартов, 1984г.

  3. Международные стандарты ИСО серии 9000 1000 на системы качества версии 1991г. М.: Изд-во стандартов. 1995г.

*- Метеорологическая дальность видимости характеризует замутненность атмосферы и представляет собой наибольшую дальность видимости днем темных предметов с угловыми размерами, большими 30, проектирующимися на фоне неба у горизонта (см. табл. ….. )

61