Метрологические характеристики измерительных средств

Основными нормируемыми характеристиками измерительных средств для технических измерений являются:  - диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы пределы погрешности прибора;  - диапазон показаний (измерений по шкале) - область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями; например для вертикального оптиметра диапазон показаний 0,2 мм, пределы показаний (начальное и конечное значения шкалы) ±0,1 мм. 

Диапазон измерений меньше или равен диапазону показаний. 

Пределы измерения - наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения. 

Цена деления шкалы - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. 

Длина (интервал) деления шкалы - расстояние между осями двух соседних отметок шкалы. 

Чувствительность - свойство, отражающее способность реагировать на изменение измеряемой величины. 

Стабильность - свойство, отражающее постоянство во времени метрологических показателей. 

Основная метрологическая характеристика измерительного средства - погрешность измерительного средства или инструментальная погрешность средства имеет определяющее значение для наиболее распространенных технических измерений, включающих в себя измерительные средства для измерения длин и угловых размеров. В зависимости от условий использования измерительных средств различают основную и дополнительную погрешность. 

Основной погрешностью средства измерений называют погрешность при использовании средства измерения в нормальных условиях, указываемых в стандартах, технических условиях, паспортах и т. п. В зависимости от режима применения различают динамическую и статическую погрешности.

Статическая погрешность измерительного средства - погрешность, возникающая при использовании измерительных средств для измерения постоянной величины.

Динамическая погрешность - погрешность, возникающая при использовании измерительного средства для измерения переменной во времени величины.

Основную погрешность средств измерений нормируют согласно ГОСТ 13.000-68, заданием пределов допускаемой основной погрешности. Когда основная погрешность находится в этих пределах, средства измерения допускаются к применению.

Пределы допускаемой основной погрешности задают в виде абсолютных, относительных или приведенных погрешностей измерительного средства.

8.Погрешности измерений и их классификация.

Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Абсолютная, относительная и приведенная погрешности. 

Абсолютная погрешность - алгебраическая разность между номинальным и действительным значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина, в расчетах её принято обозначать греческой буквой - ∆. На рисунке ниже ∆X и ∆Y - абсолютные погрешности.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к тому значению, которое принимается за истинное. Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах, в расчетах обозначается буквой - δ.

Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле

где Xn — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

— если шкала прибора односторонняя и нижний предел измерений равен нулю (например диапазон измерений 0...100), то Xn определяется равным верхнему пределу измерений (Xn=100); — если шкала прибора односторонняя, нижний предел измерений больше нуля, то Xn определяется как разность между максимальным и минимальным значениями диапазона (для прибора с диапазоном измерений 30...100, Xn=Xmax-Xmin=100-30=70); — если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора (диапазон измерений -50...+50, Xn=100).

Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

Систематическая и случайная погрешности. 

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Систематические погрешности являются в общем случае функцией измеряемой величины, влияющих величин (температуры, влажности, напряжения питания и пр.) и времени. В функции измеряемой величины систематические погрешности входят при поверке и аттестации образцовых приборов.

Причинами возникновения систематических составляющих погрешности измерения являются:

• отклонение параметров реального средства измерений от расчетных значений, предусмотренных схемой;

• неуравновешенность некоторых деталей средства измерений относительно их оси вращения, приводящая к дополнительному повороту за счет зазоров, имеющихся в механизме;

• упругая деформация деталей средства измерений, имеющих малую жесткость, приводящая к дополнительным перемещениям;

• погрешность градуировки или небольшой сдвиг шкалы;

• неточность подгонки шунта или добавочного сопротивления, неточность образцовой измерительной катушки сопротивления;

• неравномерный износ направляющих устройств для базирования измеряемых деталей;

• износ рабочих поверхностей, деталей средства измерений, с помощью которых осуществляется контакт звеньев механизма;

• усталостные измерения упругих свойств деталей, а также их естественное старение;

• неисправности средства измерений.

Случайной погрешностью называют составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности определяются совместным действием ряда причин: внутренними шумами элементов электронных схем, наводками на входные цепи средств измерений, пульсацией постоянного питающего напряжения, дискретностью счета.

Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством применяемых средств измерений. Причинами ее возникновения являются неточности, допущенные при изготовлении и регулировке приборов, изменение параметров элементов конструкции и схемы вследствие старения. В высокочувствительных приборах могут сильно проявляться их внутренние шумы.

Субъективная (личная) погрешность измерения — составляющим погрешности измерения, обусловленная индивидуальными особенностями оператора, т. е. погрешность отсчета оператором показаний по шкалам СИ. Они вызываются состоянием оператора, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами СИ. Характеристики субъективной погрешности измерений определяют с учетом способности «среднего оператора» к интерполяции в пределах цены деления шкалы измерительного прибора. Наиболее известная и простая оценка этой погрешности — ее максимальное возможное значение в виде половины цены деления шкалы.

Методическая погрешность измерений — составляющая погрещности измерений, обусловленная несовершенством метода измерений. К ней относят погрешности, обусловленные отличием принятой модели объекта измерения от реального объекта, несовершенством способа воплощения принципа измерений, неточностью формул, применяемых при нахождении результата измерений, и другими факторами, не связанными со свойствами СИ. Примерами методических погрешностей измерений являются:

•  погрешности изготовления цилиндрического тела (отличие от идеального круга) при измерении его диаметра;

9. МВИ.

методика выполнения измерений (МВИ): Совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленной погрешностью (неопределенностью).

МВИ применяются с целью выполнить измеренья с погрешностью не превышающей установленные нормы.

Общие требования к разработке и оформлению МВИ по ГОСТ 8.563-96.

В зависимости от сложности и области применения МВИ излагают в виде отдельного документа или части документа.

Методики выполнения измерений содержат следующие структурные элементы и разделы:

• наименование;

• область применения;

• нормативные ссылки;

• определения;

• обозначения и сокращения;

• требования к погрешности измерений или приписанные характеристики погрешности измерений;

• средства измерения и вспомогательные устройства;

• методы измерений;

• требования безопасности, охраны окружающей среды;

• требования к квалификации операторов;

• условия измерений;

• подготовка к выполнению измерений;

• выполнение измерений;

• обработка результатов измерений;

• контроль точности результатов измерений;

• приложения.