Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений
Метрологические свойства СИ – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.
Метрологические характеристики, устанавливаемые НД, называют нормируемыми метрологическими характеристиками.
Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы:
1. свойства, определяющие область применения СИ (основные метрологические характеристики);
2. свойства, определяющие качество измерения.
К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.
Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.
Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.
К метрологическим свойствам второй группы относятся три главных свойства, определяющих качество измерений: точность, сходимость и воспроизводимость измерений.
Наиболее широко в метрологической практике используется первое свойство — точность измерений. Рассмотрим его наиболее подробно.
Точность измерений СИ определяется их погрешностью.
Погрешность средства измерений — это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением.
За базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчинённому СИ, подлежащего проверке:
Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков:
1. по способу выражения — абсолютные, относительные;
2. по характеру проявления — систематические, случайные;
3. по отношению к условиям применения — основные, дополнительные.
Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с первой группировкой — с абсолютными и относительными погрешностями.
Точность измерений СИ — качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точностью определяется показателями абсолютной и относительной погрешности.
Определяемая по формуле является абсолютной погрешностью. Однако в большей степени точность СИ характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным СИ. Точность может быть выражена обратной величиной относительной погрешности –– 1/δ.
В стандартах нормируют характеристики точности, связанные с другими погрешностями.
Систематическая погрешность — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины.
Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок.
При нормировании систематической составляющей погрешности СИ устанавливают пределы допускаемой систематической погрешности СИ — конкретного типа — О. Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ.
Случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.
Характеристиками рассеяния являются:
§ средняя арифметическая погрешность
§ средняя квадратическая погрешность
§ размах результатов измерений.
Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.
Неопределенность измерений — это параметр, характеризующий рассеяние результатов измерений в серии вследствие влияния случайных и не исключенных систематических погрешностей в виде оценок средней квадратической погрешности измерений или доверительных границ погрешности измерений.
Сходимость результатов измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом, в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.
Воспроизводимость результатов измерений — повторяемость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).
В повседневной производственной практике широко пользуются обобщённой характеристикой – классом точности.
Класс точности СИ — обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса. Например, для вольтметров нормируют предел допускаемой основной погрешности и соответствующие нормальные условия; пределы допускаемых дополнительных погрешностей; пределы допускаемой вариации показаний; невозвращение указателя к нулевой отметке. У плоскопараллельных концевых мер длины такими характеристиками являются пределы допускаемых отклонений от номинальной длины и плоскопараплельности; пределы допускаемого изменения длины в течение года. У мер электродвижущей силы (нормальных элементов) нормируют пределы допускаемой нестабильности ЭДС в течение года.
Присваиваются классы точности СИ при их разработке (по результатам приемочных испытаний). В связи с тем, что при эксплуатации их метрологические характеристики обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки).