1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как правильно определить точность прибора

Погрешность. Классы точности средств измерений.

Позволю себе вначале небольшое отступление. Такие понятия как погрешность, класс точности довольно подробно описываются в нормативной документации ГОСТ 8.009-84 «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений», ГОСТ 8.401-80 «Классы точности средств измерений. Общие требования» и им подобных. Но открывая эти документы сразу возникает чувство тоски… Настолько сухо и непонятно простому начинающему «киповцу», объяснены эти понятия. Давайте же пока откинем такие вычурные и непонятные нам определения, как «среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности» или «нормализованная автокорреляционная функция» или «характеристика случайной составляющей погрешности от гистерезиса — вариация Н выходного сигнала (показания) средства измерений» и т. п. Попробуем разобраться, а затем свести в одну небольшую, но понятную табличку, что же такое «погрешность» и какая она бывает.

Погрешности измерений – отклонения результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности неизбежны, выявить истинное значение невозможно.

По числовой форме представления подразделяются:

  1. Абсолютная погрешность: Δ = Xд — Xизм, выражается в единицах измеряемой величины, например в килограммах (кг), при измерении массы.
    где Xд – действительное значение измеряемой величины, принимаются обычно показания эталона, образцового средства измерений;
    Xизм – измеренное значение.
  2. Относительная погрешность: δ = (Δ ⁄ Xд) · 100, выражается в % от действительного значения измеренной величины.
  3. Приведённая погрешность: γ = (Δ ⁄ Xн) · 100, выражается в % от нормирующего значения.
    где Xн – нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и Δ, обычно принимается диапазон измерения СИ (шкала).

По характеру проявления:

  • систематические (могут быть исключены из результатов);
  • случайные;
  • грубые или промахи (как правило не включаются в результаты измерений).

В зависимости от эксплуатации приборов:

  • основная – это погрешность средства измерения при нормальных условиях; (ГОСТ 8.395-80)
  • дополнительная погрешность – это составляющая погрешности средства измерения, дополнительно возникающая из-за отклонения какой-либо из влияющих величин от нормативного значения или выход за пределы нормальной области значений. Например: измерение избыточного давления в рабочих условиях цеха, при температуре окружающего воздуха 40 ºС, относительной влажности воздуха 18% и атмосферном давлении 735 мм рт. ст., что не соответствует номинальным значениям влияющих величин при проведении поверки.
Наимено вание погреш ностиФормулаФорма выражения, записиОбозначение класса точности
В докумен тацииНа сред стве изме рений
Абсолют наяΔ = Xд — XизмΔ = ±50 мг
Примеры:
Номинальная масса гири 1 кг ±50 мг
Диапазон измерения весов среднего III класса точности от 20 г до 15 кг ±10 г
Класс точности: М1
Класс точности: средний III
Примечание:
на многие виды измерений есть свои НД по выражению погрешностей, здесь для примера взято для гирь и весов.
М1
Относи тельнаяδ = (Δ ⁄ Xд) · 100δ = ±0,5
Пример:
Измеренное значение изб. давления с отн. погр.
1 бар ±0,5%
т.е. 1 бар ±5 мбар (абс. погр.)
Класс точности 0,5
Приве дённая:
при равно мерной шкале
γ = (Δ ⁄ Xн) · 100γ = ±0,5
Пример:
Измеренное значение на датчике изб. давления, при шкале от 0 до 10 бар
1 бар (= 0,5 % от 10 бар)
т.е. 1 бар ±50 мбар (абс. погр.)
Класс точности весов 0,50,5
с сущес твенно неравно мерной шкалойγ = ±0,5
Прописывается в норм .док-ии на СИ для каждого диапазона измерения (шкалы) своё нормирующее значение
Класс точности 0,5

Как определить погрешность комплекта приборов, в который входит первичный преобразователь, вторичный преобразователь (усилитель) и вторичный прибор. У каждого из элементов этого комплекта есть своя абсолютная, относительная или приведённая погрешность. И чтобы оценить, общую погрешность измерения, необходимо все погрешности привести к одному виду, а дальше посчитать по формуле:

Читать еще:  Показания и техника проведения теста на толерантность к глюкозе

Дальше будет интересно, наверное, только метрологам и то, только начинающим. Теперь совсем немного вспомним о средних квадратических отклонениях (СКО). Зачем они нужны? Так как истинное значение выявить невозможно, то необходимо хотя бы наиболее точно приблизиться к нему или определить доверительный интервал, в котором истинное значение находится с большой долей вероятности. Для этого применяют различные статистические методы, приведём формулы наиболее распространённого. Например, Вы провели n количество измерений чего угодно и Вам необходимо определить доверительный интервал:

  1. Определяем среднее арифметическое отклонение:

    где n – количество отклонений
  2. Определяем среднее квадратическое отклонение (СКО) среднего арифметического:
  3. Рассчитываем случайную составляющую погрешности:

    где t – коэффициент Стьюдента, зависящий от числа степеней свободы
    Таблица 1.
    α =0,68α =0,95α =0,99
    ntα,nntα,nntα,n
    22,0212,7263,7
    31,334,339,9
    41,343,245,8
    51,252,854,6
    61,262,664,0
    71,172,473,7
    81,182,483,5
    91,192,393,4
    101,1102,3103,3
    151,1152,1153,0
    201,1202,1202,9
    301,1302,0302,8
    1001,01002,01002,6
  4. Определяем СКО систематической составляющей погрешности:
  5. Рассчитываем суммарное СКО:
  6. Определяем коэффициент, зависящий от соотношения случайной и систематической составляющей погрешности:
  7. Проводим оценку доверительных границ погрешности:

В последнее время всё чаще на слуху термин «неопределённость». Медленно, но верно и настойчиво его внедряют в отечественную метрологию. Это дань интеграции нашей экономики во всемирную, естественно необходимо адаптировать нормативную документацию к международным стандартам. Не буду тут «переливать из пустого в порожнее», это хорошо сделано в различных нормативных документах. Чисто моё мнение, «расширенная неопределённость измерений» = основная погрешность + дополнительная, которая учитывает все влияющие факторы.

ПОГРЕШНОСТИ И КЛАССЫ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

ПОГРЕШНОСТИ И КЛАССЫ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Измеренная прибором величина всегда отличается от истинного значения на некоторое число, называемое погрешностью прибора. Погрешности измерительных приборов определяют поверкой, т. е. сравнением показаний по­веряемого прибора с показаниями более точного, образцового прибора при измерении ими од­ной и той же величины. Значение измеряемой величины, определенное по образцовому прибо­ру, принято считать действительным. Однако действительное значение отличается от истинно­го на погрешность, присущую данному образцовому прибору. Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерения.

Абсолютной погрешностью измерительного прибора называют разность между его показанием и действительным значением измеряемой величины.

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к действительному зна­чению измеряемой величины, выраженное в относительных единицах или в процентах.

Приведенная погрешность – это отношение наибольшей абсолютной погрешности к верхнему пределу измерений прибора.

По значению приведенной погрешности измерительные приборы делят на группы по классу точности. Класс точности обобщенная характеристика измерительного прибора, определяющая пре­делы допустимых погрешностей. Для электроизмерительных приборов класс точности указывается в вида числа, равного максимальной допустимой приведенной погреш­ности (в %). Согласно ГОСТ 1845-59, электроизмерительные приборы делят на 8 классов по точности: 0,05; 0,1; 0,2 – образцовые приборы; 0,5; 1,0 – лабораторные; 1,5; 2,5; 4,0 – технические приборы. Об­разцовые приборы считаются более высокого класса точности по отношению к лабораторным и техническим приборам, а лабораторные – по отношению к техническим.

Определим по классу точности прибора его погрешности. Если прибор (например, вольтметр с верхним пределом измерений 150 В) имеет класс точности 1,0, то основная приведенная погрешность не превышает 1 %. Максимальная абсолютную по­грешность, которую может иметь прибор в любой точке шкалы не будет превышать Относительная же погрешность при этом зависит от измеряемого напряжения.

Если этим вольтметром можно измерять напряжение 10 В, то относительная погрешность может составить . Если же измерять напряжение 100 В, то относительная погрешность может составить

Читать еще:  Сдать анализ на human herpes virus 7 днк пцр

Из этого примера видно, что для повышения точности измерения прибор надо выбирать так, чтобы, во-первых, он имел более высокий класс точности, и чтобы, во-вторых, предел измерения был бли­зок к значению измеряемой величины. Это означает, что для получения возможно меньших относительных ошибок, надо добиваться достаточно большого отклонения стрелки (желательно, чтобы использовалась последняя треть шкалы).

С другой стороны, для того чтобы добиться большой точности при измерении прибором более низкого класса, необходимо выбрать прибор с наименьшим возможным диапазоном измерений.

Следует правильно формулировать предложение, в котором дана количественная оценка по­грешности. Например: «Измерение тока с абсолютной погрешностью до 1 мА», «Измерение то­ка с относительной погрешностью до 1 %. (Выражение «Измерение тока с точностью до 1 мА» неправильно).

ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Качество измерительного прибора характеризуется его точностью, которая оценивается погрешностью измерения.

Из рассмотрения вышеизложенного вытекает, что безукоризненно точное измерение электрических величин технически невозможно, т.е. истинное значение измеряемой величины не может быть установлено с помощью измерительного прибора. Поэтому за истинное значение принимают действительное значение измеряемой величины.

Разность между значением величины, измеренной с помощью рабочего прибора а,, и истинным ее значением а называегся абсолютной погрешностью измерения:

Чем меньше абсолютная погрешность в сравнении с измеряемой величиной, тем выше качество измерения. Для характеристики качества измерения вводится относительная погрешность измерения:

Так как величины аи ах мало отличаются друг от друга, то часто вместо а подставляют величину а„ полученную непосредственно из опыта. На значение абсолютной погрешности измерения влияют главным образом погрешность отсчета показаний, несовершенство методов измерения и погрешность самих приборов.

Погрешности электроизмерительных приборов подразделяются на основные и дополнительные. Основные погрешности характеризуют качество самого прибора, дополнительные погрешности обусловлены отклонением условий эксплуатации от нормальных. Отношение наибольшего значения основной абсолютной погрешности к верхнему пределу измерения прибора определяет качество самого прибора. Это отношение называется приведенной погрешностью. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах, и по значению приведенной погрешности все приборы подразделяются на 8 классов точности: 0.05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4,0. Приборы, имеющие приведенную погрешность более 4%, считаются внеклассными (это щитовые и учебные приборы). Однако класс точности прибора не определяет точность самого измерения. Для доказательства этого положения в случае, когда абсолютная погрешность не зависит от а, умножим и разделим выражение относительной погрешности на верхний предел измерения ам:

Относительная погрешность измерения больше класса точности прибора во столько раз, во сколько раз верхний предел измерения больше значения измеряемой величины. Поэтому измерения электрических величин рекомендуется проводить во второй половине шкалы прибора. При этом погрешность измерения не превосходит удвоенного значения приведенной погрешности. Измерения во второй половине шкалы возможны только при правильном подборе приборов по верхнему значению измеряемой величины.

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой А: А = -Да, откуда а = ах + А , т.е. поправка есть та величина, которую следует алгебраически прибавить к показаниям прибора, чтобы получить действительное значение измеряемой величины. Значение соответствующих поправок позволяет повысить точность измерения рабочим прибором. Поправки к оцифрованным делениям шкалы находятся путем поверки рабочего прибора (сравнением показаний рабочего и образцового приборов).

1 IV [/VJblUIUIUI’l II 1 * in

строится график поправок, который позволяет найти поправку к каждому значению измеряемой величины. График поправок к прибору снимают при движении стрелки справа налево (ход назад) и слева направо (ход вперед). Как видно из рисунка 4.2.1, эти кривые не совпадают, что объясняется изме-

По ПРЯЛ/ ПКТЯТЯМ ИЯМРПРНИЯ

Читать еще:  По каким признакам можно определить повышение уровня сахара в крови

нением направления действия момента сил трения относительно вращающего момента. Поэтому результаты измерений необходимо усреднить, что и показано на рисунке 4.2.1.

V. Точность измерительных приборов.

Точность измерительного прибора – это его свойство, характеризующее степень приближения показаний данного измерительного прибора к действительным значениям измеряемой величины и определяется той наименьшей величиной, которую с помощью этого прибора можно определить надёжно.

Точность прибора зависит от цены наименьшего деления его шкалы и указывается или на самом приборе, или в заводской инструкции (паспорте). Заметим, что точность измерений обратно пропорциональна относительной погрешности измерений Е: = .

Погрешность электроизмерительных приборов определяется классом точности (или приведенной погрешностью Епр), который указывается на лицевой стороне прибора соответствующей цифрой в кружке. Классом точности прибора К называют выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к предельному (номинальному) значению хпр измеряемой величины, т. е. к наибольшему её значению, которое может быть измерено по шкале прибора (предел измерения):

.

Зная класс точности и предел измерения прибора, можно рассчитать его абсолютную погрешность:

.

Эта погрешность одинакова для любого измерения сделанного с помощью данного прибора. Классов точности семь: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Приборы первых трех классов точности (0,1; 0,2; 0,5) называются прецизионными и используются при точных научных измерениях, приборы остальных классов точности называются техническими. Приборы без указания класса точности считаются внеклассными.

Пример. Сила тока измеряется в цепи амперметром, класс точности которого К=0,5, а шкала имеет предел измерения Iпр=10 А. Находим абсолютную погрешность амперметра:

Отсюда следует, что амперметр позволяет измерять силу тока с точностью не более 0,05 А, и поэтому нецелесообразно делать отсчёт по шкале прибора с большей точностью.

Допустим, что с помощью данного амперметра были измерены три значения силы тока: I1=2 А; I2=5 А; I3=8 А. Находим для каждого случая относительную погрешность: ; .

Из этого примера следует, что в третьем случае относительная погрешность самая маленькая, то есть чем больше величина отсчёта по прибору, тем меньше относительная погрешность измерения. Вот почему для оптимального использования приборов рекомендуется их подбирать так, чтобы значение измеряемой величины находилось в конце шкалы прибора. В этом случае относительная погрешность приближается к классу точности прибора. Если точность прибора неизвестна, то абсолютная погрешность принимается равной половине цены наименьшего деления (линейка, термометр, секундомер). Для штангенциркуля и микрометра – точность их нониусов (0,1 мм, 0,01 мм).

Примечания: 1) При отсчетах следует следить за тем, чтобы луч зрения был перпендикулярен шкале. Для устранения так называемой ошибки параллакса на многих приборах устанавливается зеркало («зеркальные приборы»). Глаз экспериментатора расположен правильно, если стрелка прибора закрывает свое изображение в зеркале.

2) При косвенных измерениях (например, определение объема цилиндра по его диаметру и высоте) следует определять все измеряемые вершины с приблизительно одинаковой относительной точностью.

3) При обработке результатов измерений следует помнить, что точность вычислений должна быть согласована с точностью самих измерений. Вычисления, произведенные с большим, чем это необходимо, числом десятичных знаков, приводят к большому объему ненужной работы. Например, если хотя бы одна из величин в каком-либо выражении определена с точностью до двух значащих цифр, то нет смысла вычислять результат с точностью, большей двух значащих цифр. В тоже время в промежуточных расчетах рекомендуется сохранять одну лишнюю цифру, которая в дальнейшем – при записи окончательного результата – будет отброшена. В теории погрешностей из существующих правил округления имеется следующее исключение: при округлении погрешностей последняя сохраняемая цифра увеличивается на единицу, если старшая отбрасываемая цифра 3 или больше 3.

4) Примеры окончательной записи результатов измерений:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector