Виды классов точности средств измерений

В повседневной практике при эксплуатации средств измерений принято нормирование метрологических характеристик на основе классов точности средств измерений.

Под классом точностипонимается обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Класс точности характеризует, в каких пределах находится погрешность данного типа средств измерений, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств. Классы точности устанавливаются стандартами, содержащими технические требования к средствам измерений, подразделяемым по точности.

Средства измерений должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к метрологическим характеристикам, установленным для присвоенного им класса точности, как при выпуске их из производства, так и в процес­се эксплуатации.

Метрологические характеристики, определяемые классами точности, нормируют следующим образом.Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают:

— в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей;

— в зависимости от характера измерения погрешностей в пределах диапазона измерений;

— в зависимости от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида.

Пределы всех основных и дополнительных допускаемых погрешностей выражаются не более чем двумя значащими цифрами, при этом погрешность округления при вычислении пределов не должна превышать 5% .

В зависимости от формы выражения погрешности классы точности могут выражаться заглавными буквами латинского алфавита (например, М,С) или римскими цифрами (I, II, III и т.д.) с добавлением условных знаков, смысл которых раскрывается в нормативно-технической документации. При этом меньшие пределы погрешности должны соответствовать буквам, находящимся ближе к началу алфавита, или меньшим цифрам. Если же класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением какого-либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности показаний средств измерений.

Примеры обозначения классов точности в документации и на средстве измерений приведены в табл. 3.3.1.

Примеры обозначения классов точности

Форма выражения погрешности

Пределы допускаемой основной погрешности, %

Обозначение класса точности

на сред­стве из­мерений

Приведенная по­грешность γ

класс точности 1,5 класс точности 0,5

Относительная по­грешность δ

Абсолютная погрешность Δ

Класс точности М Класс точности С

3.4. Расчет погрешности измерительной системы

Измерительная система предназначена для восприятия, переработки и хранения измерительной информации в общем случае разнородных физических величин по различным измерительным каналам (ИК). Поэтому расчет погрешности измерительной системы сводится к оценке погрешностей ее отдельных ИК.

Результирующая относительная погрешность ИК составит

,

где х — текущее значение измеряемой величины; — предел данного диапазона измерения канала, при котором относительная погрешность минимальна; — относительные погрешности, вычисленные соответственно в начале и конце диапазона.

Поскольку ИК есть цепь различных воспринимающих, преобразовательных и регистрирующих звеньев, то для определения , (х) необходимо, прежде всего, оценить СКО погрешностей этих m звеньев . Тогда результирующая СКО погрешности ИК будет

,

где — дополнительные погрешности отn влияющих факторов; ;— границы допускаемой основной погрешности;— квантильный коэффициент, определяемый законом распределения и доверительной вероятностью нахождения погрешности в заданном интервале.

Пример 3.2. Определить погрешность канала измерения мощности, структурная схема которого приведена на рис. 3.10. Здесь ТТ и ТН — соответственно трансформаторы тока и напряжения; — преобразователи соответственно мощности и тока; К — коммутатор; АЦП — аналого-цифровой преобразователь. Исходные данные: относительная погрешностьТТ, приведенная к началу диапазона измерения, составляет , а к концу —; относительная погрешность ТН; СКО погрешность преобразования мощности состоит из пяти составляю­щих: основной погрешности (1%); погрешности от пульсации (0,2%); дополнительной погрешности от измененияcos φ (0,15%); погрешности от колебания напряжения питания (0,1%) и от колебаний температуры окружающей среды (0,6%); cos φ= 0,85; и от изменения температуры окружающей среды; погрешность коммутатора на 128 каналов состоит из трех составляющих: погрешности падения напряжения открытого ключа (0,4%), от утечки тока в каждом из 127 закрытых ключом каналов (0,13%) и пульсации несущей частоты (0,06%);,

Рис. 3.10 Канал для измерения мощности

Решение. 1. Учитывая, что закон распределения погрешности неизвестен, примем его равномерным (k=1,73), и по формуле (3.11) находим и.

Для трансформатора напряжения . Принимая предыдущие условия,.

Для преобразователя мощности .

Тогда .

Здесь не учтена погрешность от колебаний окружающей температуры, так как эта погрешность жестко коррелирована (ρ=1) с погрешностью преобразователядля которого она составляет. В этом случае СКО погрешностей складываются алгебраическии учитываются уже в суммарной погрешности этих преобразователей.

Поскольку не имеет других погрешностей, тообщая погрешность преобразователей составит

4. Для коммутатора, приняв условия п. 1,

.

При этом .

5. Относительные погрешности АЦП заданы. Полагая закон их распределения равномерным, получим

6. Окончательно СКО ИК для конца диапазона составит

,

7. Приняв квантильный коэффициент k=1,95 для доверительной вероятности Р=0,95, окончательно для начала и конца диапазона измерений ИК получим

Тогда с учетом округлений по ряду (3.4)

Это расчетное значение погрешности следует умножить на коэффициент запаса, учитывающий старение элементов ИК. Обычно для рассмотренных звеньев ИК скорость старения не превышает 0,1% в год.

Во время лабораторных измерений требуется знать точность измерительных средств, которые в свою очередь обладают определенными характеристиками и различаются по устройству. Каждое из средств измерения (СИ) имеют определенные неточности, которые делится на основные и дополнительные. Зачастую возникают ситуации, когда нет возможности или просто не требуется производить подробный расчет. Каждому средству измерения присвоен определенный класс точности, зная который, можно выяснить его диапазон отклонений.

Вовремя выяснить ошибки измерительного средства помогут нормированные величины погрешностей. Под этим определением стоит понимать предельные, для измерительного средства показатели. Они могут быть разными по величине и зависеть от разных условий, но пренебрегать ими не стоит ни в коем случае, ведь это может привести к серьезной ошибке в дальнейшем. Нормированные значения должны быть меньше чем покажет прибор. Границы допустимых величин ошибок и необходимые коэффициенты вносятся в паспорт каждого замеряющего размеры устройства. Узнать подробные значения нормирования для любого прибора можно воспользовавшись соответствующим ГОСТом.

Класс точности измерительного прибора

Обобщающая характеристика, которая определяется пределами погрешностей (как основных, так и дополнительных), а также другими влияющими на точные замеры свойствами и показатели которых стандартизированы, называется класс точности измерительного аппарата. Класс точности средств измерений дает информацию о возможной ошибке, но одновременно с этим не является показателем точности данного СИ.

Средство измерения – это такое устройство, которое имеет нормированные метрологические характеристики и позволяет делать замеры определенных величин. По своему назначению они бывают примерные и рабочие. Первые используются для контроля вторых или примерных, имеющих меньший ранг квалификации. Рабочие используются в различных отраслях. К ним относятся измерительные:

• приборы;
• преобразователи;
• установки;
• системы;
• принадлежности;
• меры.

На каждом средстве для измерений имеется шкала, на которой указываются классы точности этих средств измерений. Они указываются в виде чисел и обозначают процент погрешности. Для тех, кто не знает, как определить класс точности, следует знать, что они давно стандартизованы и есть определенный ряд значений. Например, на устройстве может быть одна из следующих цифр: 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. Если это число находится в круге, то это погрешность чувствительности. Обычно ее указывают для масштабных преобразователей, таких как:

• делители напряжения;
• трансформаторы тока и напряжения;
• шунты.

Обозначение класса точности

Обязательно указывается граница диапазона работы этого прибора, в пределах которой значение класса точности будет верно.

Те измерительные устройства, которые имеют рядом со шкалой цифры: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5, именуются как прецизионные. Сфера их применения – это точные и особо точные замеры в лабораторных условиях. Приборы с маркировкой 1,0; 1,5; 2,5 или 4,0 называются технические и исходя из названия применяются в технических устройствах, станках, установках.

Возможен вариант, что на шкале такого аппарата не будет маркировки. В такой ситуации погрешность приведенную принято считать более 4%.

Если значение класса точности устройства не подчеркнуто снизу прямой линией, то это говорит о том, что такой прибор нормируется приведенной погрешностью нуля.

Грузопоршневой манометр, класс точности 0,05

Если шкала отображает положительные и отрицательные величины и отметка нуля находится посередине такой шкалы, то не стоит думать, что погрешность во всем диапазоне будет неизменной. Она будет меняться в зависимости от величины, которую измеряет устройство.

Если замеряющий агрегат имеет шкалу, на которой деления отображены неравномерно, то класс точности для такого устройства указывают в долях от длины шкалы.

Возможны варианты измерительных аппаратов со значениями шкалы в виде дробей. Числитель такой дроби укажет величину в конце шкалы, а число в знаменателе при нуле.

Нормирование

Классы точности средств измерений сообщают нам информацию о точности таких средств, но одновременно с этим он не показывает точность измерения, выполненного с помощью этого измерительного устройства. Для того, чтобы выявить заблаговременно ошибку показаний прибора, которую он укажет при измерении люди нормируют погрешности. Для этого пользуются уже известными нормированными значениями.й

Нормирование осуществляется по:

Формулы расчета абсолютной погрешности по ГОСТ 8.401

Каждый прибор из конкретной группы приспособлений для замера размеров имеет определенное значение неточностей. Оно может незначительно отличаться от установленного нормированного показателя, но не превышать общие показатели. Каждый такой агрегат имеет паспорт, в который записываются минимальные и максимальные величины ошибок, а также коэффициенты, оказывающие влияние в определенных ситуациях.

Все способы нормирования СИ и обозначения их классов точности устанавливаются в соответствующих ГОСТах.

Виды маркирования

Классы точности абсолютно всех измерительных приборов подлежат маркировке на шкале этих самых приборов в виде числа. Используются арабские цифры, которые обозначают процент нормированной погрешности. Обозначение класса точности в круге, например число 1,0, говорит о том, что ошибочность показаний стрелки аппарата будет равна 1%.

Если в обозначении используется кроме цифры еще и галочка, то это значит, что длина шкалы применяется в роли нормирующего значения.

Латинские буквы для обозначения применяются если он определяется пределами абсолютной погрешности.

Существуют аппараты, на шкалах которых нет информации о классе точности. В таких случаях абсолютную следует приравнивать к одной второй наименьшего деления.

Пределы

Как уже говорилось раньше, измерительный прибор, благодаря нормированию уже содержит случайную и систематические ошибки. Но стоит помнить, что они зависят от метода измерения, условий и других факторов. Чтобы значение величины, подлежащей замеру, было на 99% точным, средство измерения должно иметь минимальную неточность. Относительная должна быть примерно на треть или четверть меньше погрешности измерений.

Базовый способ определения погрешности

При установке класса точности в первую очередь нормированию подлежат пределы допустимой основной погрешности, а пределы допускаемой дополнительной погрешности имеют кратное значение от основной. Их пределы выражают в форме абсолютной, относительной и приведенной.

Приведенная погрешность средства измерения – это относительная, выраженная отношением предельно-допустимой абсолютной погрешности к нормирующему показателю. Абсолютная может быть выражена в виде числа или двучлена.

Если класс точности СИ будет определяться через абсолютную, то его обозначают римскими цифрами или буквами латиницы. Чем ближе буква будет к началу алфавита, тем меньше допускаемая абсолютная погрешность такого аппарата.

Класс точности 2,5

Благодаря относительной погрешности можно назначить класс точности двумя способами. В первом случае на шкале будет изображена арабская цифра в кружке, во втором случае дробью, числитель и знаменатель которой сообщают диапазон неточностей.

Основная погрешность может быть только в идеальных лабораторных условиях. В жизни приходится умножать данные на ряд специальных коэффициентов.

Дополнительная случается в результате изменений величин, которые каким-либо образом влияют на измерения (например температура или влажность). Выход за установленные пределы можно выявить, если сложить все дополнительные погрешности.

Случайные ошибки имеют непредсказуемые значения в результате того, что факторы, оказывающие на них влияние постоянно меняются во времени. Для их учета пользуются теорией вероятности из высшей математики и ведут записи происходивших раньше случаев.

Пример расчета погрешности

Статистическая измерительного средства учитывается при измерении какой-либо константы или же редко подверженной изменениям величины.

Динамическая учитывается при замерах величин, которые часто меняют свои значения за небольшой отрезок времени.

Классы точности болтов

Болты и другие крепежные изделия изготавливают нескольких классов:

Каждый из них имеет свои допуски измеряемой величины, отличные от остальных и применяется в различных сферах.

Крепеж С используют в отверстиях с диаметром немногим больше диаметра болта (до 3мм). Болты без труда устанавливаются, не отнимая много времени на работу. Из минусов стоит отметить то, что при физическом воздействии на такой крепеж, болтовое соединение может сместиться на несколько миллиметров.

Крепеж В подразумевает использование болтов, диаметр которых меньше отверстия в пределах 1-1,5 мм. Это позволяет конструкции меньше подвергаться смещениям и деформациям, но повышаются требования к изготовлению отверстий в креплениях.

Гайки шестигранные класса точности В

Крепеж А создается по проекту. Диаметр болта такого типа, меньше диаметра отверстия максимум на 0,3 мм и имеет допуск только со знаком минус. Это делает крепеж неподвижным, не позволяет происходить смещению узлов. Изготовление болтов А-класса стоит дороже и не всегда используется в производстве.

Класс точности присутствует в описании всех измерительных приборов и является одной из самых важных характеристик. Чем выше его значение, тем более дорогостоящий будет прибор, но в то же время он сможет предоставить более точную информацию. Выбор стоить делать исходя из сложившейся ситуации и целей в которых будет использоваться такое средство. Важно понимать, что в некоторых ситуациях экономически выгодно будет приобрести дорогостоящее сверхточное оборудование, чтобы в дальнейшем сберечь деньги.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

В соответствии с ГОСТ 8.401-80 все средства измерений делятся на классы точности, которые устанавливают в стандартах или технических условиях, содержащих технические требования к СИ, подразделяемым по точности. Классы точности СИ конкретного типа выбирают соответственно из ряда классов точности, регламентированных в стандартах или других НД на СИ рассматриваемого вида. В данных стандартах устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристи­кам, отражающим уровень точности СИ этого класса.

Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке с учетом результатов государственных приемочных испытаний. Как было указано выше, пределы основной и дополнительной погрешностей следует выражать в форме абсолютных, относительных или приведенных погрешностей в зависимости от характера измерения погрешностей в пределах диапазона измерений конкретного вида СИ.

Пределы допускаемой основной погрешности, выражаемые абсолютной систематической погрешностью, наиболее часто используются для характеристики погрешностей, возникающих по вине схем СИ. Однако их значение можно уменьшить за счет регулировки определенных элементов схем, вариации параметров влияния которых заметно сказывается на так называемых аддитивных и мультипликативных погрешностях.

Обозначение классов точности СИ в документации может осуществляться в форме абсолютных по­грешностей или относительных погрешностей (таблица 4.1).

При этом классы точности следует обозначать в документации прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. В необходимых случаях к обозначению класса точности буквами латинского алфавита допускается добавлять индексы в виде арабской цифры. Классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, должны соответствовать буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.

В эксплуатационной документации на СИ конкретного вида, содержащей обозначение класса точности, должна быть ссылка на стандарт или технические условия, в которых установлен класс точности данного СИ.

Стандарт ГОСТ 8.401—80 предусматривает определенные обозначения классов точности на СИ. В соответствии с указанным стандартом условные обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса СИ. Они включают числа, прописные буквы латинского алфавита или римские цифры. За исключением технически обоснованных случаев, вместе с условным обозначением класса точности на циферблат, щиток или корпус СИ должны быть нанесены обозначения стандартов или ТУ, устанавливающих технические требования к этим СИ.

На СИ одного и того же класса точности, которые эксплуатируются в различных условиях, следует наносить обозначение условий их эксплуатации, предусмотренные в стандартах или ТУ на СИ.

Правила построения и примеры обозначения классов точности приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Формулы вычисления погрешностей и обозначение классов точности СИ