СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Томский государственный университет (ТГУ)

Факультет инновационных технологий

Кафедра управления качеством

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»

на тему: «Класс точности измерительных приборов»

Выполнил:

студент группы № 18802

В.О.Сибирцева

Доктор технических наук

________________А.В.Юрченко

Томск – 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 3

1 Класс точности. 4

1.1 Нормирование. 7

1.2 Виды маркирования. 8

1.3 Пределы.. 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 18

Приложение А.. 19

ВВЕДЕНИЕ

Измерительные приборы: вольтметры, амперметры, токовые клещи, осциллографы и другие — это устройства, предназначенные для определения искомых величин в заданном диапазоне, каждый из них имеет свою точность, причем устройства, измеряющие одну и ту же величину, в зависимости от модели, могут отличаться по точности и классу.

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.

Класс точности измерительного прибора — это обобщенная черта, определяемая пределами допускаемых главных и дополнительных погрешностей, также другими качествами, влияющими на точность, значения которых установлены в эталонах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений охарактеризовывает их характеристики в отношении точности, но не является конкретным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств.

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.

1 Класс точности

Класс точности измерения — это общая характеристика точности средства измерения, определяемая пределами допустимых основных и дополнительных погрешностей, а также другими факторами, влияющими на нее.

Класс точности хотя и характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, однако не определяет однозначно точность измерений, так как последняя зависит от метода измерений и условий их выполнения.

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:

¾ приборы;

¾ преобразователи;

¾ установки;

¾ системы;

¾ принадлежности;

¾ 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:

¾ делители напряжения;

¾ трансформаторы тока и напряжения;

¾ шунты.

Рисунок 1 – обозначение классов точности

Согласно ГОСТ 8.401-80 в системе СИ классы точности обычно помечается латинской буквой, часто с добавлением индекса, отмеченного цифрой. Чем меньше погрешность, соответственно, меньше цифра и буквенное значение выше по алфавиту, тем более высокая точность. Класс точности обозначается на корпусе устройства в виде числа обведенного в кружок, обозначает диапазон погрешностей измерений в процентах. Например, цифра ② означает относительную погрешность ±2%. Если рядом со знаком присутствует значок в виде галочки, это значит, что длина шкалы используется в качестве вспомогательного определения погрешности.

Рисунок 2 – пример обозначения класса точности на приборе

¾ 0,1, 0,2 – считается самым высоким классом;

¾ 0,5, 1 – чаще применяется для устройств средней ценовой категории, например, бытовых;

¾ 1,5, 2,5 – используется для приборов измерения с низкой точностью или индикаторов, аналоговых датчиков.

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.

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.

В связи с большим разнообразием как самих СИ, так и их МХ ГОСТ 8.401—80 устанавливает несколько способов назначения классов точности. При этом в основу заложены следующие положения.

¾ В качестве норм служат пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя систематические и случайные составляющие.

¾ Основная 8_0СН и все виды дополнительных погрешностей 8_Л0П нормируются порознь.

Первое положение свидетельствует о необходимости разрабатывать СИ с учетом однократного отсчета показаний по величине общей погрешности.

Второе положение направлено на обеспечение максимальной однородности однотипных СИ.

Например, можно обеспечить за счет любого 8,. Однако

замена одного СИ другим не всегда будет эквивалентной, поскольку одно СИ будет иметь большую температурную погрешность, другое — частотную, что при конкретном измерении неизвестно.

Классы точности присваиваются СИ при их разработке по результатам государственных приемочных испытаний. Если СИ предназначены для измерения одной и той же физической величины, но в разных диапазонах, или для измерения разных физических величин, то этим СИ могут присваиваться разные классы точности как по диапазонам, так и по измеряемым физическим величинам.

В эксплуатации СИ должны соответствовать этим классам точности. Однако при наличии соответствующих эксплуатационных требований класс точности, присвоенный на производстве в эксплуатации, может понижаться.

Пределы допускаемых основной и относительной погрешности выражают в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей. Способ выражения погрешностей зависит от характера изменения погрешности по диапазону измерения, назначения и условий применения СИ.

Если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измерений величины или делениях шкалы, то принимается форма абсолютных погрешностей (меры, магазины номинальных физических величин). Если границы абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерений практически постоянны — то в форме приведенной погрешности, а если эти границы нельзя считать постоянными — то в форме относительной погрешности.

1.1 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.

Нормирование осуществляется по:

¾ абсолютной;

¾ относительной;

¾ приведенной.

Рисунок 3 - 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.

1.2 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.

1.3 Пределы

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.

Рисунок 4 - 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.

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.

Рисунок 5 - 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.

ГОСТ 8.401-80 в качестве основных устанавливает три вида классов точности СИ:

— для пределов допускаемой абсолютной погрешности в единицах измеряемой величины или делениях шкалы;

— для пределов допускаемой относительной погрешности в виде ряда чисел

где А = 1; 1,5; (1,6); 2; 2,5; (3); 4; 5 и 6; значения 1,6 и 3 — допускаемые, по не рекомендуемые; п = 1; 0; -1; -2;...;

— для пределов допускаемой приведенной погрешности с тем же рядом (3.4): у = ± А -

Абсолютная погрешность может выражаться одним числом А = ±а при неизменных границах, двучленом А = ±(а + Ьх) — при линейном изменении границ абсолютной погрешности, т.е. при совместном проявлении аддитивной и мультипликативной составляющих (см. рис. 3.4), или в виде таблицы, графика функции при нелинейном изменении границ (например, табл.1).

Таблица 3.1

Пределы допускаемой абсолютной погрешности вольтметра М-366

Показания СИ, В	0	10	20	30	40	50	60	70	75
Погрешность Д, В	-0,20	-0,10	0	0,10	0,20	0,35	0,45	0,55	0,70

Классы точности СИ, выраженные через абсолютные погрешности, обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. При этом чем дальше буква от начала алфавита, тем больше значения допускаемой абсолютной погрешности. Например, СИ класса С более точен, чем СИ класса М. То есть это число — условное обозначение и не определяет значение погрешности.

Класс точности через относительную погрешность СИ назначается двумя способами.

1. Если погрешность СИ имеет в основном мультипликативную составляющую, то пределы допускаемой основной относительной погрешности устанавливают по формуле

Так обозначают классы точности мостов переменного тока, счетчиков электроэнергии, делителей напряжения, измерительных трансформаторов и др.

2. Если СИ имеют как мультипликативную, так и аддитивную составляющие, то класс точности обозначается двумя цифрами, соответствующими значениями end формулы

Здесь end выражаются также через ряд (3.4). Причем, как правило, с> d. Например, класс точности 0,02/0,01 означает, что с = 0,02, ad - 0,01, т.е. приведенное значение относительной погрешности к началу диапазона измерения у_н = 0,02%, а к концу — у_к = 0,01%.

Кроме того, ГОСТ 22261-94 устанавливает пределы допускаемой основной погрешности в виде относительной погрешности, выраженной в децибелах (дБ):

где А' = 10 при измерении энергетических величин (мощности, энергии, плотности энергии); А' = 20 при измерении силовых электромагнитных величин (напряжения, силы тока, напряженности поля).

Следует иметь в виду, что если при этом два прибора имеют разные чувствительности 5) = -100 дБ/Вт и S₂ = -95 дБ/Вт, то значение чувствительности у второго СИ выше, чем у первого, так как -95 > -100.

Наиболее широкое распространение (особенно для аналоговых СИ) получило нормирование класса точности по приведенной погрешности:

Условное обозначение класса точности в этом случае зависит от нормирующего значения х_№ т.е. от шкалы СИ.

Если x_N представляется в единицах измеряемой величины, то класс точности обозначается числом, совпадающим с пределом допускаемой приведенной погрешности. Например, класс 1,5 означает, что у = 1,5%.

Если Хдг — длина шкалы (например, у амперметров), то класс 1,5 означает, что у = 1,5% от длины шкалы.

Не всегда число, обозначающее класс точности, показывает предел допускаемой погрешности. В частности, у некоторых однозначных мер электрических величин оно характеризует нестабильность, показывая, на сколько процентов значение меры может изменяться в течение года.

Сравнения способов выражения погрешностей позволяют высказать некоторые соображения.

При известном классе точности СИ, выраженном через приведенную погрешность у, и чувствительности 5 абсолютная погрешность СИ составит А = уг_Лг/1005, а относительная на отметке х соответственно б = ух_Лг/ х5.

Сравнение формул (3.6) и (3.7) показывает, что первая отражает гиперболическую, а вторая — линейную зависимость. При форме записи (3.6) абсолютная погрешность

Если х > Зх₀, то шкала становится резко нелинейной и производить измерения на этом участке неудобно. Целесообразно перейти на другой диапазон измерения. Расчетные коэффициенты с иг/ округляются до принятых рядом (3.4), а соотношение их с классом точности по приведенной погрешности у очевидно из табл. 2.

Таблица 2

Соотношение классов точности у и коэффициентов с/(1

Класс точности у	1,0	1,5	2,5	4,0
Коэффициенты с/с!	4/1,0	6/1,5	10/2,5	15/4,0

Отрицательное влияние аддитивной составляющей погрешности заключается в том, что она не позволяет использовать одно и тоже СИ для измерения как больших, так и малых величин. Поэтому на начальной части шкалы СИ измерения, как правило, недопустимы.

Из формулы относительной погрешности 8 = Д/х очевидно, что ее значение растет обратно пропорционально х и изменяется но гиперболе (рис. 3.8), т.е. относительная погрешность равна классу СИ с1₀ лишь на последней отметке шкалы (х = х_к). При х —> 0 величина (1 —> со. При уменьшении измеряемой величины до значения х_т[п относительная погрешность достигает 100%. Такое значение измеряемой величины называется порогом чувствительности. Эта величина ограничивает снизу полный диапазон Д_пизмеряемых величин. Верхняя граница Д_п ограничена пределом измерения х_к.

Отношение называют еще полным динамическим диапазоном измерения.

Тогда, задаваясь некоторым значением относительной погрешности 5₃(например 5₃ = 5, 10 и 20%), можно ограничить снизу рабочий диапазон Д_р(см. рис. 3.8), т.е. величина Д_р назначается достаточно произвольно.

Резюмируя изложенное, следует сказать, что если класс точности СИ установлен по наибольшему допускаемому приведенному значению погрешности (формула (2.7)), а для оценки погрешности конкретного измерения необходимо знать значение абсолютной или относительной погрешности в данной точке, то в этом случае выбор СИ, например, класс 1 (у = 1%) для измерения с относительной погрешностью +1% будет правилен, если верхний предел х_Л, СИ равен измеряемому значению х величины. В остальных случаях относительную погрешность измерения необходимо определять по формуле:

Таким образом, снять показание — не значит измерить. Надо оценить еще и погрешность измерения, учитывая, что случайные погрешности делают результат ненадежным, а систематические — неверным. Допускаемая величина относительной погрешности СИ определяется требуемой точностью 5_ИЗМ измерений. Постоянство вероятности получения наибольшей возможной абсолютной погрешности во всех точках шкалы следует из формулы (3.8). Обычно относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы не может превышать приведенную погрешность более чем в три раза. Выполнение этого условия по отношению к СИ с равномерной шкалой приводит к тому, что при односторонней шкале рабочий диапазон Д_р занимает последние две трети ее длины (рис. 3.9, а), при двусторонней шкале того же диапазона — одну треть (рис. 3.9, 6), при безнулевой шкале Д_р может распространяться на всю длину шкалы (рис. 3.9, в), т.е. нерабочая зона шкалы Ь_ИЗ = 0.

Для некоторых СИ характерна сложная зависимость относительной погрешности от измеряемой величины или влияющих факторов, которая приводит к логарифмической характеристике точности. В основном это широкодиапазонные СИ, например, мосты постоянного тока, мосты сопротивлений, цифровые частотомеры и т.п. Для них ГОСТ 8.401—80 допускает нормирование классов точности трехчленной формулой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Класс точности измерительного прибора — обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами прибора, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности характеризует свойства приборов в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих приборов. Например, класс точности вольтметров характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и отклонениями от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других влияющих величин.

Класс точности измерительного прибора — это число, которое соответствует наибольшей погрешности, допустимой нормами. Класс точности выражается в процентах от верхнего предела измерения прибора. Например, термометр класса 1 может иметь допустимую погрешность 1 % от верхнего предела шкалы.

Класс точности измерительного прибора определяется наибольшей допустимой погрешностью в процентах величины, соответствующей предельному значению шкалы прибора.

Класс точности измерительных приборов нормируется как обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на их точность, значения которых устанавливаются стандартами на соответствующие виды измерительных приборов.

Классом точности измерительного прибора называется его характеристика, которая определяет степень точности измерения, пределы основной погрешности. Для приборов теплотехнического контроля холодильных установок класс точности численно равен максимальной величине приведенной основной погрешности, выраженной в процентах.

Что характеризует класс точности измерительных приборов?

Приведенная допустимая погрешность определяет класс точности измерительного прибора.

Значение какой величины определяет обозначение класса точности измерительного прибора.

Предельные значения основной и дополнительной погрешностей определяют класс точности измерительного прибора, который задается двумя способами: по величине абсолютной погрешности и по величине наибольшей допустимой основной приведенной погрешности в виде абсолютного числа, совпадающего с пределом допустимой погрешности для конечного значения рабочей части шкалы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Класс точности [Электронный ресурс].– URL: https://stankiexpert.ru/tehnologii/klass-tochnosti.html (дата обращения 27.04.2021)

2. Что нужно знать о классе точности измерительного прибора? [Электронный ресурс].– URL: https://knigaelektrika.ru/teoriya/chto-nuzhno-znat-o-klassah-tochnosti-priborov-izmereniya.html (дата обращения 29.04.2021)

3. Журавлева Н.Ю., Кирюшин С.А. СТАНДАРТИЗАЦИЯ, МЕТРОЛОГИЯ, ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СООТВЕТСТВИЯ: Учебно-наглядное пособие / Нижний Новгород: Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2018. - 62 с.

4. ГОСТ 8.401-80 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Классы точности средств измерений. Общие требования

5. ГОСТ 8.009-84 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

Приложение А

Обозначения классов точности в документах и на приборах:

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!