Класс точности измерительного инструмента

Погрешность. Классы точности средств измерений.

Позволю себе вначале небольшое отступление. Такие понятия как погрешность, класс точности довольно подробно описываются в нормативной документации ГОСТ 8.009-84 «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений», ГОСТ 8.401-80 «Классы точности средств измерений. Общие требования» и им подобных. Но открывая эти документы сразу возникает чувство тоски… Настолько сухо и непонятно простому начинающему «киповцу», объяснены эти понятия. Давайте же пока откинем такие вычурные и непонятные нам определения, как «среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности» или «нормализованная автокорреляционная функция» или «характеристика случайной составляющей погрешности от гистерезиса – вариация Н выходного сигнала (показания) средства измерений» и т. п. Попробуем разобраться, а затем свести в одну небольшую, но понятную табличку, что же такое «погрешность» и какая она бывает.

Погрешности измерений – отклонения результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности неизбежны, выявить истинное значение невозможно.

По числовой форме представления подразделяются:

1. Абсолютная погрешность: Δ = X_д – X_изм, выражается в единицах измеряемой величины, например в килограммах (кг), при измерении массы.
   где X_д – действительное значение измеряемой величины, принимаются обычно показания эталона, образцового средства измерений,
   X_изм – измеренное значение.
2. Относительная погрешность: δ = (Δ ⁄ X_д) · 100, выражается в % от действительного значения измеренной величины.
3. Приведённая погрешность: γ = (Δ ⁄ X_н) · 100, выражается в % от нормирующего значения.
   где X_н – нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и Δ, обычно принимается диапазон измерения СИ (шкала).

По характеру проявления:

• систематические (могут быть исключены из результатов),
• случайные,
• грубые или промахи (как правило не включаются в результаты измерений).

В зависимости от эксплуатации приборов:

• основная – это погрешность средства измерения при нормальных условиях, (ГОСТ 8.395-80)
• дополнительная погрешность – это составляющая погрешности средства измерения, дополнительно возникающая из-за отклонения какой-либо из влияющих величин от нормативного значения или выход за пределы нормальной области значений. Например: измерение избыточного давления в рабочих условиях цеха, при температуре окружающего воздуха 40 ºС, относительной влажности воздуха 18% и атмосферном давлении 735 мм рт. ст., что не соответствует номинальным значениям влияющих величин при проведении поверки.

Класс точности измерительного прибора

Класс точности измерительного прибора

Это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств.

Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности.

Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора.

Основные способы нормирования допускаемых погрешностей и обозначения классов точности средств измерений установлены ГОСТ.

На шкале измерительного прибора (будь то напоромер, термометр или датчик-сигнализатор)маркируют значение класса точности измерительного прибора в виде числа, указывающего нормированное значение погрешности. Выраженное в процентах, оно может иметь значения 6, 4, 2,5, 1,5, 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,02, 0,01, 0,005, 0,002, 0,001 и т. д.

Если обозначаемое на шкале значение класса точности обведено кружком, например 1,5, это означает, что погрешность чувствительностиδs=1,5%. Так нормируют погрешности масштабных преобразователей (делителей напряжения, измерительных шунтов, измерительных трансформаторов тока и напряжения и т. п.).

Это означает, что для данного измерительного прибора погрешность чувствительности δs=dx/x — постоянная величина при любом значении х. Граница относительной погрешности δ(х) постоянна и при любом значении х просто равна значению δs, а абсолютная погрешность результата измерений определяется как dx=δsx

Для таких измерительных приборов всегда указывают границы рабочего диапазона, в которых такая оценка справедлива.

Если на шкале измерительного прибора цифра класса точности не подчеркнута, например 0,5, это означает, что прибор нормируется приведенной погрешностью нуля δо=0,5 %. У таких приборов для любых значений х граница абсолютной погрешности нуля dx=dо=const, а δо=dо/хн.

При равномерной или степенной шкале измерительного прибора и нулевой отметке на краю шкалы или вне ее за хн принимают верхний предел диапазона измерений. Если нулевая отметка находится посредине шкалы, то хн равно протяженности диапазона измерений, например для миллиамперметра со шкалой от -3 до +3 мА, хн= 3 – (-3)=6 А.

Однако будет грубейшей ошибкой полагать, что амперметр класса точности 0,5 обеспечивает во всем диапазоне измерений погрешность результатов измерений ±0,5 %. Значение погрешности δо увеличивается обратно пропорционально х, то есть относительная погрешность δ(х) равна классу точности измерительного прибора лишь на последней отметке шкалы (при х = хк). При х = 0,1хк она в 10 раз больше класса точности. При приближении х к нулю δ(х) стремится к бесконечности, то есть такими приборами делать измерения в начальной части шкалы недопустимо.

На измерительных приборах с резко неравномерной шкалой (например на омметрах) класс точности указывают в долях от длины шкалы и обозначают как 1,5 с обозначением ниже цифр знака “угол”.

Если обозначение класса точности на шкале измерительного прибора дано в виде дроби (например 0,02/0,01), это указывает на то, что приведенная погрешность в конце диапазона измерений δпрк = ±0,02 %, а в нуле диапазона δпрк = -0,01 %. К таким измерительным приборам относятся высокоточные цифровые вольтметры, потенциометры постоянного тока и другие высокоточные приборы. В этом случае

δ(х) = δк + δн (хк/х – 1),

где хк – верхний предел измерений (конечное значение шкалы прибора), х — измеряемое значение.

Класс точности датчиков температуры

Класс точности измерительного прибора — это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств. Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности.

Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора. Основные способы нормирования допускаемых погрешностей и обозначения классов точности средств измерений установлены ГОСТ.

На шкале измерительного прибора маркируют значение класса точности измерительного прибора в виде числа, указывающего нормированное значение погрешности. Выраженное в процентах, оно может иметь значения 6, 4, 2,5, 1,5, 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,02, 0,01, 0,005, 0,002, 0,001 и т. д. Если обозначаемое на шкале значение класса точности обведено кружком, например 1,5, это означает, что погрешность чувствительности δs=1,5%. Так нормируют погрешности масштабных преобразователей (делителей напряжения, измерительных шунтов, измерительных трансформаторов тока и напряжения и т. п.). Это означает, что для данного измерительного прибора погрешность чувствительности δs=dx/x — постоянная величина при любом значении х. Граница относительной погрешности δ(х) постоянна и при любом значении х просто равна значению δs, а абсолютная погрешность результата измерений определяется как dx=δsx Для таких измерительных приборов всегда указывают границы рабочего диапазона, в которых такая оценка справедлива.

Если на шкале измерительного прибора цифра класса точности не подчеркнута, например 0,5, это означает, что прибор нормируется приведенной погрешностью нуля δо=0,5 %. У таких приборов для любых значений х граница абсолютной погрешности нуля dx=dо=const, а δо=dо/хн. При равномерной или степенной шкале измерительного прибора и нулевой отметке на краю шкалы или вне ее за хн принимают верхний предел диапазона измерений. Если нулевая отметка находится посредине шкалы, то хн равно протяженности диапазона измерений, например для миллиамперметра со шкалой от -3 до +3 мА, хн= 3 – (-3)=6 А. Однако будет грубейшей ошибкой полагать, что амперметр класса точности 0,5 обеспечивает во всем диапазоне измерений погрешность результатов измерений ±0,5 %. Значение погрешности δо увеличивается обратно пропорционально х, то есть относительная погрешность δ(х) равна классу точности измерительного прибора лишь на последней отметке шкалы (при х = хк). При х = 0,1хк она в 10 раз больше класса точности. При приближении х к нулю δ(х) стремится к бесконечности, то есть такими приборами делать измерения в начальной части шкалы недопустимо. На измерительных приборах с резко неравномерной шкалой (например на омметрах) класс точности указывают в долях от длины шкалы и обозначают как 1,5 с обозначением ниже цифр знака “угол”.

Если обозначение класса точности на шкале измерительного прибора дано в виде дроби (например 0,02/0,01), это указывает на то, что приведенная погрешность в конце диапазона измерений δпрк = ±0,02 %, а в нуле диапазона δпрк = -0,01 %. К таким измерительным приборам относятся высокоточные цифровые вольтметры, потенциометры постоянного тока и другие высокоточные приборы. В этом случае δ(х) = δк + δн (хк/х – 1), где хк – верхний предел измерений (конечное значение шкалы прибора), х — измеряемое значение.

Примеры датчиков температуры и их класс точности:

1. Преобразователь измерительный «ТСМУ-05», 0-5 мА, диапазон измерения температуры 0…150 °С, класс точности 0,5

2. Преобразователь измерительный ТСПУ-420В, «ТСПУ-420В», 4-20 мА, диапазон измерения 0…500 °С, класс точности 0,25

3. Преобразователь измерительный ТПРУ-420, «ТПРУ-420», 4-20 мА, диапазон измерения 800…1600 °С, класс точности 1,5

4. TMТБ– 3 1 P.1 (0-120 °C) (0–1,6 MPa) класс точности 2,5

5. Датчики температуры Carel NTC диапазон измерения -50. 105°C, класс точности 0,5

Класс точности средств измерений

Класс точности СИ — обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке (по результатам приемочных испытаний). В связи с тем что при эксплуатации их метрологические характеристики обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки). Таким образом, класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно знать при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений.

Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса. эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Средствам измерений с двумя или более диапазонами измерений одной и той же физической величены допускается присваивать два или более класса точности. Средствам измерений, предназначенным для измерений двух или более физических величин, допускается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины. С целью ограничения номенклатуры средтсв измерений по точности для СИ конкретного вида устанавливают ограниченное число классов точности, определяемое технико-экономическими обоснованиями.

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

Способы нормирования и формы выражения метрологических характеристик

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей следует выражать в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей в зависимости от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида. Пределы допускаемой дополнительной погрешности допускается выражать в форме, отличной от формы выражения пределов допускаемой основной погрешности.

Пределы допускаемой основной погрешности устанавливают в последовательности, приведенной ниже:

Устанавливаются пределы допускаемой абсолютной погрешности по формуле:

Δ = ± а или Δ = ± (а + b·x)

где Δ – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности (в единицах измеряемой величины или условно в делениях шкалы)

х – значение измеряемой величины,
а, b – положительные числа, не зависящие от х.

Устанавливаются пределы допускаемой приведенной основной погрешности по формуле:

γ = Δ / Хn = ± p

где γ – пределы допускаемой приведенной основной погрешности в %,

Δ – пределы допускаемой абсолютной погрешности,

p – положительное число, выбираемое из ряда 1·10 n , 1,5·10 n , (1,6·10 n )*, 2·10 n , 2,5·10 n , (3·10 n )*, 4·10 n , 5·10 n , 6·10 n (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.)

* не устанавливается для вновь разрабатываемых средств измерений,
для средств измерений конкретного типа допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой основной погрешности при одном и том же значении степени n .

Устанавливается нормируещее занчение Хn

• Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, а также для измерительных преобразователей, если нулевое значение измеряемого параметра находся на краю или вне диапазона измерений нормирующее значение устанавливается равным большему из пределов измерений. Для средств измерений, нулевое значение измеряемого параметра которых находится внутри диапазона измерений, нормирующее значение устанавливается раным большему из модулей пределов измерений.
• Для электроизмерительных приборов с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой и нулевой отметкой внутри диапазона измерений нормирующее значение допускается устанавливать равным сумме модулей пределов измерений.
• Для средств измерений физической величины, для которых принята шкала с условным нулем, нормирующее значение устанавливают равным модулю разности пределов измереинй.
• Для средств измерений с установленным номинальным значением нормирующее значение устанавливают равным этому номинальному значению.
• Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливают равным всей длине шкалы или её части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае пределы абсолюной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины.

Устанавливаются пределы допускаемой относительной основной погрешности по формуле:

δ = Δ / х = ± [c + d·(|х_к / х| – 1)] = n , 1,5·10 n , (1,6·10 n )*, 2·10 n , 2,5·10 n , (3·10 n )*, 4·10 n , 5·10 n , 6·10 n (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.)
* не устанавливается для вновь разрабатываемых средств измерений,
для средств измерений конкретного типа допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой основной погрешности при одном и том же значении степени n.
В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной оснвоной погрешности устанавливают по более сложной формуле или в виде графика либо таблицы.
В стандартах или технических условиях на средтсва измерений должно быть установлено минимальное значение х, начиная от которого применим принятый способ выражения пределов допускаемой относительной погрешности.
Соотношение между числами с и d устанавливаются в стандартах на средства измерений конкретного вида .

Пределы допускаемых дополнительных погрешностей устанавливают одним из следующих способов:

• • в виде постоянного значения для всей рабочей области влияю-щей величины или в виде постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины,
  • путем указания отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу,
  • путем указания зависимости предела допускаемой дополнительной погрешности от влияющей величины (предельной функции влияния),
  • путем указания функциональной зависимости пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.
• Для различных условий эксплуатации средств измерений в рамках одного и того же класса точности допускается устанавливать различные рабочие области влияющих величин.
• Предел допускаемой вариации выходного сигнала следует устанавливать в виде дольного (кратного) значения предела допускаемой основной погрешности или в делениях шкалы.
• Пределы допускаемой нестабильности, как правило, устанавливают в виде доли предела допускаемой основной погрешности.
• Пределы допускаемых погрешностей должны быть выражены не более чем двумя значащими цифрами, причем погрешность округления при вычислении пределов должна быть не более 5% .

Обозначение классов точности средств измерений в документации :

• Для средств измерений пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме абсолютных погрешностей или относительных погрешностей, причем последние установлены в виде графика, таблицы или формулы, классы точности в документации обозначаются прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.
• В необходимых случаях к обозначению класса точности буквами латинского алфавита добавляют индексы в виде арабской цифры. Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.
• Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме приведенной погрешности или относительной погрешности в соответствии с формулой δ = Δ / х = ± q, классы точности в документации следует обозначаются числами, которые равны этим пределам погрешности, выраженными в процентах. Обозначение класса точности таким образом, дает непосредственное указание на предел допускаемой основной погрешности.
• Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме относительных погрешностей в соответствии с формулой δ = ± [c + d·(|х_к / х| – 1)], классы точности в документации обозначаются числами с и d, разделенных косой чертой.

• В документации на средства измерений допускается обозначать классы точности так же, как на средтсвах измерений.

• В эксплуатационной документации на средство измерений конкретного вида, содержащей обозначение класса точности, содержится ссылка на стандарт или технические условия, в которых установлен класс точности этого средства измерений .

Читайте также:  Бесшкальные измерительные инструменты

Обозначение классов точности на средствах измерений :

• Условные обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений.

• При указании классов точности на измерительных приборах с существенно неравномерной шкалой, для информации, дополнительно указываются пределы допускаемой основной относительной погрешности для части шкалы, лежащей в пределах, отмеченных специальными знаками (например точками или треугольниками). К значению предела допускаемой относительной погрешности в этом случае добавляют знак процента и помещают в кружок. Обращаем ваше внимание на то, что этот знак не является обозначением класса точности.

• Обозначение класса точности допускается не наносить на высокоточные меры, а также на средства измерений, для которых действующими стандартами установлены особые внешние признаки, зависящие от класса точности, например параллелепипедная и шестигранная форма гирь общего назначения.

• За исключением технически обоснованных случаев, вместе с условным обозначением класса точности на циферблат, щиток или корпус средств измерений наносится обозначение стандарта или технических условий, устанавливающих технические требования к этим средствам измерений.

• На средства измерений, для одного и того же класса точности которых в зависимости от условий эксплуатации установлены различные рабочие области влияющих величин, наносятся обозначения условий их эксплуатации, предусмотренные в стандартах или технических условиях на эти средства измерений .

Расшифровка обозначений классов точности на средствах измерений :

Классы точности средств измерений

Точность измерений – это важнейшая характеристика результатов измерений, определяющая возможность использования полученных результатов для тех целей, ради которых они были проведены. Одним из решающих факторов, определяющих точность измерений, в том числе точность мер измерительных приборов, а также измерительных преобразователей.

Точность измерительных приборов зависит не только от точности из градуировки, но и от некоторых свойств определяемых наличием подвижной части.

В приборах с наводкой вариации может быть недостаточная чувствительность нулевого индикатора переменное сопротивление электрических контактов и т.д.

Меры и измерительные приборы каждого вида делятся на классы точности в зависимости от значений предельных допускаемых основных погрешностей. Для каждого вида мер или измерительных приборов устанавливается ряд классов точности, и им присваивается те или иные обозначения: номера, числа, буквы и т. п. Точность меры или прибора не может характеризоваться только основными погрешностями, т.е. погрешностями, определенными при нормальных условиях. Для каждого класса точности устанавливаются уровни точности для более или менее широкого диапазона условий применения. Например, измерение погрешностей двух приборов при изменении температуры.

Каждый класс точности определяет комплекс технических свойств характеризующих уровень точности меры или прибора причем точность определяемая основной погрешностью бывает обычно наивысшей для данной меры или прибора если пользоваться без введения поправок.

Меры и измерительные приборы, применяемые в качестве образцовых при поверке менее точных мер и приборов, классифицируют по разрядам.

В качестве критерия для классификации по разрядам применяется точность обеспечиваемая при учете поправок. К первому разряду относят наиболее точные образцовые меры и приборы, поверяемые по рабочим эталонам. По образцовым мерам и приборам первого разряда поверяют образцовые меры и приборы второго разряда и т.д.

Более новые статьи:

Чувствительный элемент воспроизводит измерительное свойство объекта и преобразование его в другую физическую величину. Затем преобразует эту величину &hellip,

“>Конструкция преобразователя в общем виде – 19/05/2014 Кроме учета всех факторов с изготовлением инженер решает задачи для конкретного применения. Играет важную роль в этом решении:прочность непосредс &hellip,

“>Внешние условия работы преобразователей – 19/05/2014 Одним из основных классификационных признаков преобразователей является физический принцип, заложенный в основу построения датчиков.Резистивные да &hellip,

В измерительной технике используются различные преобразователи, в том числе и такие, которые осуществляют квантование и дискретизацию значений сигнало &hellip,

“>Формы сигналов и их характеристики – 19/05/2014 Сигналы представляют собой физический процесс, отражающий состояние некоторой системы. В измерительной технике различают два типа сигналов: образцовые &hellip,

Более старые статьи:

• Результат измерения исправляют путем вычисления. Наиболее распространенным случаем внесения поправок является алгебраическое сложение результата измер &hellip,

“>Внесение известных поправок в результат измерений – 19/05/2014 Исключение систематических погрешностей в процессе измерения является эффективным путем устранения ряда вредных влияний. При этом нет необходимости в &hellip,

“>Исключение погрешностей в процессе измерения – 19/05/2014 Этот способ исключения систематических погрешностей является наиболее рациональным, так как он полностью или частично освобождает от необходимости уст &hellip,

“>Устранение источников погрешностей до начала измерения – 19/05/2014 Наиболее характерными являются следующие промахи.Неправильный отсчет по шкале измерительного прибора, происходящий из-за неверного учета цены малы &hellip,

“>Промахи и большие погрешности – 19/05/2014 Инструментальная погрешность – это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок. &hellip,