Класс точности средств измерений
Северо-кавказский горно-металлургический институт
Метрология
Учебное пособие по оформлению лабораторных работ
По метрологии и электрическим измерениям
Составитель канд. техн. наук
Доцент Л. В. Рогачев
Владикавказ 2011.
Оглавление
Указатель обозначений --------------------------------------------------- 3
Глава 1. Обеспечение единства измерений ---------------------------------- 4
1.1 Термины и определения ---------------------------------------------- 4
1.2 Погрешность ------------------------------------------------------------ 6
1.3 Класс точности --------------------------------------------------------- 8
1.4 Градуировка ------------------------------------------------------------ 10
1.5 Калибровка ------------------------------------------------------------- 11
1.6 Поверка ----------------------------------------------------------------- 12
1.7 Выбор средств измерения ------------------------------------------- 14
Глава 2. Порядок выполнения лабораторных работ ----------------------- 16
2.1 Методические указания --------------------------------------------- 16
2.2 Требования безопасности ------------------------------------------- 19
Глава 3. Правила оформления отчета ---------------------------------------- 19
3.1 Изложение текста ---------------------------------------------------- 19
3.2 Применение единиц величин -------------------------------------- 20
3.3 Написание формул -------------------------------------------------- 22
3.4 Оформление диаграмм --------------------------------------------- 23
3.5 Построение таблиц --------------------------------------------------23
|
|
|
3.6 Требование к схемам, рисункам --------------------------------- 24
Приложение А. Поверочная схема ------------------------------------------- 25
Приложение Б. Градуировочная характеристика ------------------------- 26
Приложение В. Клейма калибровочные ------------------------------------ 27
Приложение Г. Поверительные клейма ------------------------------------- 28
Приложение Д. Свидетельство о поверке ---------------------------------- 30
Приложение Е. Извещение о непригодности ------------------------------ 29
Приложение Ж. Титульный лист --------------------------------------------- 31
Литература ------------------------------------------------------------------------ 32
Указатель обозначений
L – длина шкалы
Δl – расстояние между двумя отметками шкалы в заданной точке шкалы
Рд – доверительная вероятность
S – чувствительность прибора в заданной точке шкалы
ΔR – цена деления шкалы
xд – действительное значение измеряемой величины
xн – нормирующее значение величины
xп – показания прибора
xпр – верхний предел измерения прибора
xи – значение результата измерения
xэб – показания эталона при подходе к поверяемой точке шкалы со стороны больших значений
xэм – показания эталона при подходе к поверяемой точке шкалы со стороны меньший значений
|
|
|
γ – приведенная погрешность
γl – линейно-приведенная погрешность
γси – приведенная погрешность средства измерения
Δси – абсолютная погрешность средства измерения
Δи – абсолютная погрешность результата измерения
Δд – граница допустимой абсолютной погрешности
δ – относительная погрешность
δи – относительная погрешность результата измерения
δси – относительная погрешность средства измерения
Метрология.
Обеспечение единства измерений.
Настоящий раздел позволяет ознакомить студентов с основным видом деятельности метрологических служб – обеспечения единства измерений, что позволяет получать достоверные результаты при измерении одного и того же значения физической величины разными средствами и методами в разное время и в разных местах, что укрепляет доверие между покупателем и продавцом и увеличивает их прибыль.
Для обеспечения вышеизложенного в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) и Государственная метрологическая служба (ГМС).
ГСИ представляет собой комплекс нормативно-технических документов (стандартов, правил, рекомендаций и т.д.), устанавливающих единую номенклатуру средств измерений, их характеристики, методы испытаний, методы и средства поверки, правила аттестации и метрологической экспертизы документации.
|
|
|
Высшим органом ГМС в РФ, координирующим работу всех метрологических служб страны, является Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии ( это бывший до 2004г. Госстандарт ). В своей деятельности оно руководствуется законом РФ «Об обеспечение единства измерений.»[1] Этот закон регулирует отношения государственных органов с юридическими и физическими лицами по вопросам метрологии и направлен на защиту прав и законных интересов граждан и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.
ГМС включает в себя государственные метрологические институты, службы, а также государственные метрологические территориальные центры.
Термины и определения.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности[2].
Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.
|
|
|
Измерение физической величины – нахождение ее значения экспериментальным (опытным) путем с помощью технических средств, которые хранят единицу физической величины и сравнивают измеряемую величину с единицей с целью получения значения измеряемой величины.
В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к детали, сравнивают ее длину с единицей длины хранимой линейкой и, произведя отсчет, получают значение длины детали.
От термина «измерение» происходит термин «измерять»,
а такие встречающиеся на практике термины, как «мерить», «замерять», «обмерять» применять не следует.
Средство измерения – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины.
Суть средства измерений (СИ) заключается в умении хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и сравнивать с ней измеряемое значение величины. Если размер хранимой единицы с течением времени изменяется более чем установлено нормами, то таким средством нельзя получить результат с требуемой погрешностью.
Эталон единицы физической величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижеследующим по поверочной схеме средствам измерений.
Точность средства (результата) измерений – это качественная оценка, отражающая близость к нулю погрешности. Чем меньше погрешность, тем больше точность. Точность не имеет количественного (числового значения) выражения. Можно лишь сказать, что этот прибор (результат) точнее другого, но сказать на сколько или во сколько раз нельзя.
Поверочная схема – нормативный документ, в ранге стандарта, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений (с указанием методов, средств и погрешностей измерений при их передаче).
Вариант поверочной схемы, иллюстрирующий ее идею, приведен в приложении А. В настоящее время разработано и используются много поверочных схем для различных средств измерения, например массы, времени, частоты, температуры и т.д. Они все имеют статус государственного стандарта.
Метрологические характеристики средства измерений – это часть технических характеристик влияющих на результат измерений. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, которые называют нормируемыми, а определяемые экспериментально-действительными.
Вариация показаний измерительного прибора – разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к ней со стороны меньших («слева») и больших («справа») значений измеряемой величины, по показаниям рабочего эталона.
Истинное значение физической величины - значение, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Оно может быть соотнесено с понятием абсолютной истины и получено только в результате бесконечного процесса измерений.
Действительное значение физической величины – значение, полученное наиболее точным экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.
Погрешность.
Погрешность средств измерений – разность между показанием средства измерения и действительным значением измеряемой физической величины.
Погрешность результата измерений – отклонение результата измерения от действительного значения измеряемой величины. Она в несколько раз больше погрешности средства измерения, которым проводилось измерение, т.к. включает в себя и другие погрешности: методик, условий, оператора при отсчете и записи, математических операций и т.д.
По математическому выражению различают абсолютную, относительную и приведенную погрешность[3].
Абсолютная погрешность СИ выражается в единицах измеряемой величины и равна:
, (1)
где xп – показание прибора, xд – действительное значение измеряемой прибором величины.
Абсолютная погрешность результата измерения также выражается в единицах измеряемой величины:
, (2)
где xри – результат измерения физической величины.
При грубых однократных измерениях 
и 
могут совпадать. В остальных случаях 
, как правило в несколько раз.
Относительная погрешность выражается в процентах и вычисляется по формуле:
, (3)
или по уравнению:
, (4)
где c,d – положительные числа, выбираемые из ряда чисел, приведенного для класса точности,
xпр – верхний предел измерения прибора.
Приведенная погрешность также выражается в процентах, используется для сравнения по точности одноименных приборов, в том числе с разными пределами измерений и определяется выражением:
, (5)
где xн – нормирующее значение равное верхнему пределу измерения xпр для СИ с нулевой отметкой на краю диапазона измерений.
Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливают равным длине шкалы, соответствующей диапазону измерений. В этом случае приведенную погрешность вычисляют по формуле:
, (6)
где 
– линейно-приведенная погрешность выраженная в процентах от длины шкалы, % ;
L – длина шкалы, мм ;
S – чувствительность прибора в поверяемой точке шкалы, чувствительность указана в паспорте прибора.
Для экспериментального определения чувствительности в заданной точке диапазона измеряют расстояние 
в миллиметрах между двумя соседними отметками шкалы: соответствующей заданной точке и ближайшей к ней. Полученное значение делят на разность показаний 
в омах (т.е. цене деления) соответствующей этим отметкам и вычисляют чувствительность по формуле
.
Пример. Определить чувствительность омметра при показании 30 Ом. Расстояние между соседними отметками 30 и 25 Ом равно 3,7 мм. Чувствительность равна
мм/Ом
Класс точности средств измерений.
Класс точности это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемой основной и дополнительной погрешности, а так же другими свойствами средств измерений, влияющими на точность. Его вводят для удобства условных обозначений пределов допускаемых погрешностей и наносят на средства измерений.
Значения классов точности[4] выбирают из ряда чисел:
[1; 1.5; (1.6); 2; 2.5; (3); 4; 5; (6)]*10n (n=1, 0, -1, -2 и т.д.), а примеры их обозначения приведены в таблице 1.
Таблица 1 – обозначения классов точности. 
| Форма выражения погрешности | Пределы допускаемой основной погрешности, % | Обозначение класса точности на средстве измерений |
| Относительная по формуле (3) | 
| 
|
| Относительная по формуле (4) | 
| 0,02/0,01 |
| Приведенная по формуле (5) | 
| 1,5 |
| Приведенная по формуле (6) | 
|
 
|
Допустимые значения метрологических характеристик аналоговых
амперметров и вольтметров в зависимости от их классов точности приведены в таблице 2.
Таблица 2 – нормируемые величины.
| Нормируемые значения | Допустимые значения нормируемых величин для приборов классов точности, % | |
| 0,5 | 1,5 | |
| Основная погрешность |  0,5
| 1,5
|
| Вариация | 0,5
| 1,5
|
| Изменение показаний: | ||
- от наклона на 
| 0,5
| 1,5
|
- от температуры
(для класса 1,5 от 15 до 25  для класса 0,5 от 18 до 20 )
| 0,3
| 0,8
|
| - от частоты | 0,5
| 1,5
|
Основой для присвоения СИ того или иного класса точности является их основная погрешность и способ его выражения.
Класс точности позволяет рассчитать, в каких пределах находится действительное значение измеряемой величины.
Пример: Рассчитать в каких пределах может находиться действительное значение измеряемой величины при ее однократном измерении. Измерения проводили вольтметром с верхним пределом измерения 250 В, класс точности обозначен на шкале числом 2,5 без окружности и «галочки» т.е. он установлен по приведенной погрешности. Прибор показал 220 В, из формулы 5 определяем границы основной допустимой абсолютной погрешности вольтметра
(7)
Действительное значение напряжения может находится в интервале от
(U - ∆д ) до (U + ∆д), где U – показание вольтметра, тогда в нашем примере:
от (220 - 6,25) до (220 + 6,25) , т.е. от 213,75 В до 226,25 В, при показании прибора 220 В.
Обращаем внимание, что этот интервал учитывает только основную допустимую погрешность СИ. Если учитывать погрешности от вариации показаний, наклона прибора, изменений частоты в пределах нормальных условий эксплуатации, то интервал может быть увеличен в несколько раз. Поэтому погрешность результата измерения всегда больше погрешности СИ.
Следует заметить, что при нормировании класса точности по приведенной погрешности допустимая погрешность ∆д (7) не зависит от показаний прибора и остается неизменной при любом показании, т.е. если вольтметр покажет 50 В, то ∆д точке 50 то же равно 6,25 В, и интервал будет равен от 43,75 В до 56,25 В. В этом случае относительная погрешность
т.е при измерении малых напряжений, находящихся в начале шкалы, относительная погрешность редко увеличивается. В нашем примере она увеличилась с 2,5% в конце шкалы до 12,5% - в пять раз. Поэтому измерять следует в конце шкалы, а для измерении малых сигналов следует использовать приборы с меньшим пределом измерений.
Однако, при нормировании класса точности по относительной погрешности она остается неизменной в любой точке шкалы, а абсолютная погрешность изменяется.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 333; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!