Задание № 4.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Задания для самостоятельной рабооты

Задание № 4.

1 Классы точности средств измерений

Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая бли­зость его погрешности к нулю.

Учет всех нормируемых метрологических характеристик средств измерений – сложная и трудоемкая процедура, проводимая только при измерениях очень высокой точности, характерных для метрологической практики. В обиходе и на производстве такая точность не рациональна. Поэтому для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято деление по точности на классы.

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

Например, класс точности концевых мер длины характеризует близость их размера к номинальному, допускаемое отклонение от плоскопараллельности, а также притираемость и стабильность; класс точности вольтметров характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других величин.

Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измере­ний, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Они удобны для сравнительной оценки качества СИ, их выбора, международной торговли. Но по ним трудно установить градацию СИ по точности, у которых нормируется комплекс метрологических характеристик. Устанавливаются по ГОСТ 8.401 – 80 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие положения».

Классы точности конкретных типов СИ устанавливаются стандартами, содержащими технические требования к средствам измерений.

СИ с двумя или более диапазонами измерений одной и той же физической величины допускается присваивать два или более класса точности. СИ, предназначенным для измерения двух или более физических величин, допускается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины (например, цифровой вольтметр – омметр имеет два класса точности).

С целью ограничения номенклатуры СИ по точности для СИ конкретного типа устанавливают ограниченное число классов точности.

Классы точности цифровых измерительных приборов со встроенными вычислительными устройствами для обработки результатов измерений устанавливают без учета режима обработки.

Присваивается класс по результатам приемочных испытаний и может понижаться по результатам поверки.

Основой для присвоения измерительным приборам того или иного класса точности является допускаемая основная погрешность и способ ее выражения. Пределы допускаемой основной погрешности выражают в форме приведенной, относительной или абсолютной погрешностей. Форма зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида.

Метрологические характеристики, определяемые классом точности, нормируются следующим образом:

· в форме приведенных погрешностей – если границы погрешностей можно получить практически неизменными в пределах диапазона измерений;

· в форме относительных погрешностей – если указанные границы нельзя полагать постоянными;

· в форме абсолютных погрешностей (т.е. в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы СИ) – если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы. Например, для мер массы или длины.

Если границы абсолютных погрешностей можно полагать практически неизменными, то пределы допускаемых погрешностей имеют вид:

D_n = ±а.

Если границы относительных погрешностей можно полагать практически неизменными:

d_n = = q.

Если границы абсолютных погрешностей можно полагать изменяющимися практически линейно:

D_n = ±(a + вх_n),

Тогда для относительных погрешностей:

или ,

где D_n – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы; х_n – значение измеряемой величины на входе (выходе) СИ или число делений, отсчитываемых по шкале; а, в – положительные числа, не зависящие от х_n; d_n – пределы допускаемой относительной основной погрешности, %;
q – отвлечённое число, выбираемое из ряда; Хк – больший (по модулю) из пределов измерений; c, d – положительные числа, выбираемые из ряда: ; ; ; ; ; ; ; ; (где n = 1; 0; –1; –2 и т.д.).

c = в + d;

d = ;

Указание только абсолютной погрешности не позволяет сравнивать между собой по точности приборы с разными диапазонами измерений. Поэтому для электрических измеряемых приборов, манометров, приборов измерения физико-химических величин и др. устанавливаются пределы допускаемой приведённой погрешности:

g = = ±р, %

где X_N – нормирующее значение, выраженное в единицах D_n; р – отвлечённое положительное число, выбираемое из выше приведенного ряда.

Нормирующее значение X_N выбирают в зависимости от вида и характера шкалы прибора. Если прибор имеет равномерную шкалу и нулевая отметка находится на краю шкалы или вне её, то за X_N принимают конечное значение шкалы. Для таких же приборов, но с нулевой отметкой внутри шкалы, X_N равно сумме конечных значений рабочей части шкалы (без учёта знаков). Когда прибор предназначен для измерения отклонения измеряемой величины от номинального значения, за нормирующее значение шкалы принимают это номинальное значение. Если шкала нелинейна (гиперболическая, логарифмическая), то X_N равно длине шкалы. Для СИ физической величины, для которых принята шкала с условным нулём, X_N устанавливают равным модулю разности пределов измерений. Например для милливольтметра термоэлектрического термометра с пределами 200 и 600°С X_N = 400°С. Для частотомеров с диапазоном измерений 45 – 55 Гц и номинальной частотой 50Гц X_N = 50Гц.

Пределы допускаемых погрешностей должны быть выражены не более чем двумя значащими цифрами, причем погрешность округления при вычислении пределов должна быть менее 5%.

Для СИ пределы допускаемой основной погрешности, которые выражают в форме приведенной или относительной погрешности (q, p), классы точности обозначают числами, равными этим пределам в %.

Чтобы отличить относительную погрешность от приведенной, на СИ ее обводят 1, 5, т. е. d_n = ±1, 5%.

Под обозначением класса точности по приведенной погрешности ставят , т.е. g = ± 0, 5%, и записывают без знака , если Х_N выражено в единицах величины.

Если класс точности определяется по относительной погрешности (c, d), то они разделяются чертой «/»:

d = [0, 02 + 0, 01()] %,

то класс точности 0, 02/0, 01.

Класс точности по абсолютной погрешности обозначается римскими цифрами или латинскими буквами в зависимости от пределов значений погрешности.

Обозначение класса точности на средствах измерений дает непо­средственное указание на предел допускаемой погрешности. Так, при измерении манометрическим термометром со шкалой 0...150 °С (Х_N = 150°С) класса точности 2, 5 основная абсолютная погрешность на любой отметке шкалы термометра не превышает по модулю:

.

Правила построения и примеры обозначения классов точности приведены в таблице 11.

Таблица 11 – Правила построения и примеры обозначения классов точности

в документации и на средствах измерений

Формула для опре-деления пределов допускаемой погрешности	Примеры пределов в допускаемой основной погрешности	Обозначение класса точности	Примечание
		в документах	на средствах измерений
	—	Класс точности М	М	—
	—	Класс точности С	С	—
	g=±1, 5	Класс точности 1, 5	1, 5	Если хN выражен в единицах величины
	g=±0, 5	Класс точности 0, 5	0, 5	Если хN определяется длиной шкалы (ее части)
	d ±0, 5	Класс точности 0, 5		—
d=±	d=±[0, 02+0, 01	Класс точности 0, 02/0, 01	0, 02/0, 01	—

Для средств измерений длин и углов, мер масс и т. п. пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме абсолютных погрешностей (или относительных погрешностей. установленных в виде таблицы, графика), классы точности обозна­чают, прописными буквами латинского алфавита или римскими циф­рами. Классы точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, изображают буквами, находящимися ближе к началу алфавита, или цифрами, обозначающими меньшие числа (плоскопараллельные концевые меры длины выпускаются классов точности 0, 1, 2, 3. Высший класс точности – 0, низший – 3).

2 Нормальные условия применения средств измерений и номинальное значение влияющей величины

Нормальные условия применения средств измерений – условия применения средств измерений, при которых влияющие величины имеют номинальные значения или находятся в пределах номинальной области значений. При нормальных условиях определяется основная погрешность средств измерений. Нормальные условия устанавливаются нормативно-техническими документами на средства измерений. Например, нормальное значение температуры для всех видов измерений составляет 20°С (293 К), давление воздуха 100 МПа (750 мм рт. ст.), относительная влажность воздуха 58% и др.

Номинальное значение влияющей величины – значение влияющей величины, устанавливаемое в стандартах на средства измерений данного вида в качестве нормального для этих средств измерений.

Таблица 1 – Номинальные значения влияющих физических величин