21 Классы точности и погрешности средств измерений

Класс точности средств измерений - обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Пределом допускаемой погрешности средства измерений называется наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению. Т.е. пределы допускаемой погрешности устанавливают границы зоны, за которую не должна выходить погрешность годного средства измерений. Если наблюдается превышении установленного предела погрешности, то средство измерений признается негодным для применения (в данном классе точности).

Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средства измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Как правило, чтобы измерить величину с точностью до 1%, необходимо выбрать СИ с погрешностью гораздо меньше 1%, чтобы компенсировать еще и погрешность метода. Необходимо отметить, что также возможны ситуации, когда погрешность измерения меньше погрешности СИ. Это возможно при нулевых методах измерения.

Класс точности средств измерений конкретного типа устанавливается в стандартах технических требований (условий) или других нормативных документах.

ГОСТ 8.401 – 80 устанавливает несколько способов назначения классов точности на основе следующих положений:

- в качестве норм служат пределы допускаемых погрешностей, включающие систематические и случайные составляющие;

- основная и все виды дополнительных погрешностей нормируются порознь.

Определяя класс точности, прежде всего, нормируют пределы допускаемой основной погрешности. Пределы допускаемой дополнительной погрешности устанавливают в виде дольного (кратного) значения.

Выбор вида нормирования погрешности зависит от характера ее изменения по диапазону измерения.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности могут задаваться либо в виде одночленной формулы, если погрешность СИ имеет, в основном, аддитивную составляющую:

. (52)

либо в виде двухчленной формулы, если погрешность СИ имеет аддитивную и мультипликативную составляющие:

(53)

где а, b – постоянные.

Величины  и выражаются одновременно либо в единицах измеряемой величины, либо в делениях шкалы измерительного прибора.

Классы точности СИ, выраженные через абсолютные погрешности, обозначаются римскими цифрами или буквами латинского алфавита. Чем меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Недостатком такого обозначения класса точности является его чисто условный характер.

Более предпочтительным является задание пределов допускаемых погрешностей в форме относительной или приведенной погрешности.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности могут нормироваться одночленной формулой, если погрешность СИ имеет, в основном, мультипликативную составляющую:

, (54)

где q = 1 10ⁿ, 1,5 10ⁿ, 2 10ⁿ, 2,5 10ⁿ, 3 10ⁿ, 4 10ⁿ, 5 10ⁿ, 6 10ⁿ; п = 1, 0, -1, -2, -3.

Эта формула показывает, что для одного и того же СИ с ростом х величина уменьшается, а при х стремящимся к нулю приближается к . Следовательно, при измерении на начальном участке шкалы с начальной нулевой отметкой погрешности измерения могут быть сколь угодно велики. Поэтому в метрологии существует запрет измерений на таких участках шкалы СИ.

Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются относительной погрешностью по формуле (54), присваивают классы точности, выбираемые из ряда чисел q и равные соответствующим пределам в процентах. Так для средства измерений с  = 0,002 или  = 0,2% класс точности обозначается .

Если СИ имеет мультипликативную и аддитивную составляющие, пределы допускаемой относительной основной погрешности нормируются двухчленной формулой:

, (55)

где х_о – конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизводимой многозначной мерой величины; – относительная погрешность в начале диапазона; – относительная погрешность в конце диапазона.

; d = K = H + M ; , (56)

где ₀ - аддитивная составляющая погрешности; - предел измерения; - мультипликативная составляющая погрешности;  - значение абсолютной погрешности.

Способ задания класса точности двухчленным выражением относительной погрешности в основном используется для цифровых приборов. Класс точности в этом случае обозначается двумя числами, записанными через дробь. Первое число показывает предел основной допускаемой относительной погрешности в начале диапазона, второе – относительной погрешности в конце диапазона. Как правило, . Например, класс точности 0,02/0,01 означает, что c = 0,02, d = 0,01, т.е. значение относительной погрешности к началу диапазона измерений , а к концу - .

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

. (57)

Нормирующее значение выбирается в зависимости от вида и характера шкалы прибора.

Нормирующее значение х_N принимается равным:

- конечному значению рабочей части шкалы, если нулевая отметка находится на краю или вне рабочей части шкалы;

- сумме абсолютных конечных значений шкалы, если нулевая отметка находится внутри шкалы;

- длине шкалы, если она существенно неравномерна. В этом случае поскольку длина выражается в миллиметрах, то абсолютную погрешность надо выражать также в миллиметрах. Под существенно неравномерной шкалой понимают шкалу с сужающимися делениями, на которой отметка, соответствующая полусумме начального и конечного значения рабочей части шкалы, расположена между 65 и 100% длины этой рабочей части. Шкалы с расширяющимися или сужающимися делениями, но не попадающими под определение существенно неравномерных, относят к степенным;

- номинальному значению, если СИ предназначено для измерения отклонения измеряемой величины от номинального значения.

Классы точности средств измерений, для которых пределы допускаемой основной приведенной погрешности нормируются по формуле (57), обозначаются одной цифрой, выбираемой из ряда для чисел q и выраженной в процентах. Если, например, , то класс точности обозначается как 0.5 (без кружка).

В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной или относительной погрешности можно нормировать по более сложным формулам или даже в форме графиков или таблиц.

Во многих странах мира принято использовать формулу нормирования в виде суммы процента от показания (ре­зультата измерения) и процента от конечного значения (предела измерения). Предел допускаемой основной абсолютной погрешности находится:

± (0,005 % of R + 0,002% of FS ), (58)

где R - reading (показание), FS - full scall (полная шкала).