Характеристики погрешностей СИ

Для оценки инструментальной погрешности СИ используются такие показатели как основная и дополнительные погрешности, класс точности.

Основная погрешность СИ – это погрешность СИ при нормальных условиях измерений.

Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативных документах на средства измерений конкретного типа и могут различаться.

Нормальные условия нормируют совокупностью пределов нормальных областей влияющих величин с указанием, при необходимости, номинальных значений влияющих величин.

Нормальными условиями для определения основной погрешности средства измерений считают условия, при которых составляющая погрешности данного СИ от действия совокупности влияющих величин не превышает 35 % предела допускаемой основной погрешности СИ (т.е. пренебрежимо мала).

В России нормальные условия обычно принимаются по ГОСТ 8.395-80 «ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования».

Согласно ГОСТ 8.395-80 обычно принимают следующие номинальные значения основных влияющих величин:

- температура 20 °С (273 К);

- относительная влажность воздуха 60 % (при 20 °С);

- атмосферное давление 760 мм рт. ст. (101,3 кПа).

Номинальные значения магнитной индукции (напряженности магнитного поля) и напряженности электростатического поля должны соответствовать характеристикам поля Земли в данном географическом районе (кроме районов магнитных аномалий).

Пределы нормальной области влияющих величин выбираются в соответствии с числовыми рядами, указанными в ГОСТ 8.395-80.

При необходимости указываются номинальные значения и пределы изменения других влияющих величин (напряжения питания, вибраций и др.).

Рабочая область значений влияющей величины – область значений влияющей величины, в пределах которой нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний средства измерений.

Учет всех нормируемых метрологических характеристик средства измерений при оценивании погрешности результата измерений является сложной и трудоемкой процедурой, оправданной при измерениях повышенной точности. На практике такая точность, особенно в производственных условиях, не всегда нужна. В связи с этим для получения информации о возможной погрешности используют нормирование обобщенных метрологических характеристик на основе классов точности.

Класс точности – обобщенная характеристика точности СИ, определяемая пределами допускаемой основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке на основании испытаний представительной партии СИ данного типа. При этом пределы допускаемых погрешностей нормируют в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей в зависимости от характера изменения погрешности в пределах диапазона измерения.

При определении градуировочной характеристики в результате воздействия влияющих факторов многократно снятые характеристики прибора или серии однотипных приборов занимают на графике некоторую полосу. Эта полоса называется полосой неопределенности или полосой погрешностей данного типа СИ. Некоторая детерминированная средняя линия этой полосы принимается за номинальную характеристику приборов данного типа и указывается в паспорте.

Рис. Полоса погрешности СИ

Варианты полосы погрешности (характера изменения абсолютной погрешности) показаны на рис.

Рис. Законы изменения абсолютной погрешности:

а – аддитивная погрешность (Δ = const); б – мультипликативная погрешность; в – сопоставимые по величине аддитивная и мультипликативная погрешности

а б в

Рис. 1.14. Зависимости абсолютной погрешности СИ от

измеряемой величины: а – мультипликативная; б – аддитивная;

в – содержит и аддитивную и мультипликативную составляющие

При аддитивнойполосе погрешностей СИ абсолютная погрешность ∆ постоянна для любых значений х. Класс точности таких СИ нормируют указанием приведенной погрешности:

где X_N – нормирующее значение, указываемое в технической документации на СИ.

При аддитивной полосе погрешностей СИ δ будет максимальна в начале диапазона измерения и минимальна в конце. Например, полагать, что вольтметр класса точности 0,1 обеспечивает на всем диапазоне измерений получение результатов с относительной погрешностью не более ±0,1%, является ошибкой. Относительная погрешность равна классу точности, указанному в виде приведенной погрешности γ, лишь на последней отметке шкалы х = Х_N. При х = 0,1Х_N она в 10 раз больше γ, а при дальнейшем уменьшении стремится к бесконечности.

Отсюда следует, что если класс точности СИ равен максимальной приведенной погрешности, то значение измеряемой величины должно быть возможно ближе к значению Х_N.

При мультипликативной полосе погрешностей СИ абсолютная погрешность Δ возрастает прямо пропорционально текущему значению измеряемой величины х (рис. 1.14, а). Относительная погрешность такого СИ постоянна при любых значениях х:

Полоса погрешности, показанная на рис. в, соответствует СИ, у которого аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности соизмеримы.

Вариация (гистерезис) – разность показаний СИ в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

∆_H = x_в – x_у,

где х_в, х_у – значения показаний при возрастании и убывании величины х.

Рис. Определение вариации

В высокочувствительных (особенно в электронных) измерительных приборах вариация приобретает иной смысл и представляет собой колебание показаний около среднего значения. Следует иметь в виду, что, хотя вариация показаний СИ вызывается случайными факторами, сама она – не случайная величина.

Предел допускаемой вариации выходного сигнала устанавливают 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.