Метрологические характеристики контрольно-измерительной аппаратуры

Погрешность является одной из основных характеристик измерений.

По способу выражения погрешности измерений подразделяются на абсолютные и относительные; по характеру проявления — систематические и случайные; по условиям измерения — статические и динамические.

Абсолютная погрешность АХ имеет размерность измеряемой величины и равна разности результата измерения X и действительного значения Х_Л этой величины:

За действительное значение измеряемой величины обычно принимают среднее арифметическое из ряда значений величины, полученных при равноточных измерениях, или арифметическое среднее взвешенное — при нсравноточных измерениях. При поверке средств измерений действительным значением является значение образцовой меры или показание образцового средства измерения.

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой.

Абсолютная погрешность не может полностью характеризовать точность измерений.

Относительная погрешность S — это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности АХ к действительному (которое близко к истинному и допустимо к практическому использованию) значению измеряемой величины:

Учитывая, что при измерениях должно обеспечиваться хотя бы приблизительное равенство измеренной величины X и действительной Ад, в практических расчетах в формулу (2.17) подставляется X:

Для оценки точности измерения, обеспечиваемой при применении данного прибора, в практике пользуются показателями, которые называются характеристиками точности приборов: градуировочная погрешность, вариация и основная погрешность.

Градуировочной погрешностью называется та систематическая погрешность прибора, которую он имеет при нормальных условиях применения. Градуировочной погрешностью оценивается тщательность изготовления шкалы и точность регулировки измерительного механизма и измерительной схемы. Знание градуировочной погрешности позволяет учесть ее путем введения соответствующей поправки в показания прибора. Образцовые приборы почти всегда снабжаются таблицами поправок, которые являются не чем иным, как градуировочными погрешностями, взятыми с обратными знаками.

Для оценки возможных значений случайных погрешностей приборов применяется понятие о вариации. Вариацией называется наибольшая полученная экспериментально разность между повторными показаниями прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях. Причинами случайной погрешности прибора, приводящими к появлению вариации показаний, могут быть: трение в опорах, механический гистерезис деталей, люфт кернов в подпятниках и т. п. У приборов, находящихся в работе, вариации постепенно увеличиваются.

Необходимость знать градуировочные погрешности и вариации прибора практически возникает при особо точных измерениях. Для общей оценки метрологических свойств технических приборов предпочитают указывать не градуировочную погрешность, а значение их обшей погрешности, т. е. значение суммы систематической и случайной погрешностей а + Ь. Величина.

определенная при норматьных условиях, называется основной погрешностью, т. е. это общая погрешность прибора, определенная при нормальных условиях работы прибора: 20 °C, давление 101 327 Па (760 мм рт. ст.), влажность 60%, отсутствие внешних электрических и магнитных полей, правильная установка прибора. Предел допускаемой основной погрешности — это наибольшая (без учета знака) основная погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению.

Отклонение условий эксплуатации от нормальных вызывает дополнительную погрешность прибора. Такими отклонениями являются: отклонение температуры, отклонение прибора от его рабочего положения, влияние внешнего магнитного и электрического поля, отклонение напряжения и частоты источника питания. Предел допускаемой дополнительной погрешности (изменение показаний) — это наибольшая дополнительная погрешность (изменение показаний), вызываемая изменением влияющей величины в пределах расширенной области, при которой средство измерений по техническим требованиям может быть допущено к применению.

Пределы допустимых основных и дополнительных погрешностей устанавливаются в виде приведенных, относительных или абсолютных погрешностей и могут выражаться в виде определенного числа делений.

Приведенная погрешность прибора, определенная при нормальных условиях, т. е. при тех условиях, при которых производилась его градуировка, называется основной приведенной погрешностью:

Другими словами, приведенная погрешность у_ш> - это выраженное в процентах отношение наибольшей абсолютной погрешности АЛп, определенной при поверке прибора, к нормирующему значению, т. е. некоторому установленному значению, по отношению к которому рассчитывается погрешность. Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел (диапазон D) измерения прибора:

По приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора.

Обобщенной характеристикой прибора, определяющей пределы допустимых основных и дополнительных погрешностей, является класс точности прибора. Класс точности прибора численно равен (в %) максимальной величине основной приведенной погрешности. Классы точности и соответствующие им предельно допустимые значения основной погрешности для электроизмерительных приборов выбираются из ряда (1; 2; 5)' а также 1,0; (2,0 — для счетчиков электрической энергии); 2,5; 4,0, где п — целое отрицательное число.

Электроизмерительным приборам присваиваются классы точности, числовые значения которых выбираются из следующего ряда: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Для приборов, у которых основная погрешность больше 4,0, класс точности не устанавливается, и приборы характеризуются предельной величиной основной погрешности (что характерно для БКИ А).

Пример. Определить погрешность при измерении тока амперметром класса точности 2,5, если номинальный ток /" = 50 А, а показание амперметра /" = 20 А. Наибольшая возможная погрешность при измерении тока равна ±(2,5 • 50/20) = ±6,25%, и действительное значение тока находится в пределах /_д = 20 ± [(20/100) — 6,25] = (20 ± 1,25) А.

В процессе эксплуатации погрешность приборов увеличивается, поэтому приборы подлежат периодической поверке.

Многая буровая контрольно-измерительная аппаратура включает датчик, измерительную схему и электроизмерительный прибор, проградуированный в единицах измерения параметра. Общая погрешность аппаратуры определяется погрешностями отдельных ее звеньев. Для БКИА, за исключением приборов общепромышленного применения (вольтметров, манометров и т. п.), в большинстве случаев класс точности не устанавливается. Для оценки точности БКИА указывается основная погрешность и дополнительная погрешность, вызванная отклонением от рабочих условий температуры, напряжения и частоты источника питания.