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 такоммалом изменении массы, как 10 мг.

К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов.

Качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины, называется точностью измерений. Точность измерения количественно характеризует погрешность измерения.Чем ближе к нулю будет погрешность, тем больше будет точность измерений.

Абсолютной погрешностью прибора называется разность между выходным сигналом (показанием прибора) и истинным значением измеряемой величины.

Δx=х_п—х, где:

х_п – выходной сигнал (или показание прибора);

х – истинное значение измеряемой величины.

Погрешность измерения может быть оценена не только как абсолютная, то есть в единицах измеряемой величины, но и как относительная или как приведённая. Относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности Δx к истинному значению измеряемой величины Х_д и выражается в процентах.

Приведённой погрешностью называется отношение абсолютной погрешности прибора к нормирующему значению и выраженное в процентах. Под нормирующим значением понимают некоторое условно принятое значение, чаще всего диапазон показаний прибора или при начальном значении шкалы, равном нулю, конечное (верхнее) значение шкалы прибора.

Погрешности любого средства измерения подразделяют ещё на систематические, грубые, случайные и динамические. Систематическими погрешностями называются такие погрешности, которые при повторных измерениях одной и той же величины остаются постоянными или изменяются по определённому закону.

Систематические погрешности слагаются из основной и дополнительной погрешностей. Основная погрешность зависит от назначения, устройства и качества изготовления измерительного прибора. Каждый, даже новый, прибор обладает основной погрешностью, которая с течением времени возрастает за счёт появления остаточных деформаций пружин, например, манометров, износа трущихся частей, например, самопишущие приборы. Дополнительные погрешности возникают из-за неправильной установки прибора, влияния неблагоприятных внешних условий, например, из-за вибрации, высокой или низкой температуры воздуха, его влажности и т.д. Частичное или полное устранение таких погрешностей достигается путём установки прибора в соответствии с инструкцией завода-изготовителя прибора, обеспечения нормальных условий эксплуатации прибора и применения правильных методов измерения.

Например, чтобы избежать погрешность измерения температуры в стеклянном жидкостном термометре, необходимо смотреть на шкалу прямо. Точно также и на шкалу манометра или другого прибора. Если смотреть на шкалу прибора сбоку, то измеряемая величина будет искажена и неточна.

Влияние на результаты измерения систематических погрешностей учитывается введением к показаниям приборов поправок, определяемых расчётным или опытным путём. Исключение составляют те погрешности, о которых я говорил, то есть по вине наблюдателя. Такие погрешности учёту не подлежат. Грубые погрешности связаны с тем, что при снятии показания прибора внезапно снизилось напряжение электрического питания прибора.

Случайные погрешности являются заведомо неопределёнными как по своей величине, так и по природе. При повторных измерениях они не остаются постоянными, так как возникают в итоге совместного воздействия на процесс измерения многих причин, каждая из которых проявляет себя по разному и независимо друг от друга. Для одного измерения случайные погрешности не подаются учёту, однако для ряда повторных измерений одной и той же постоянной величины, проводимых с одинаковой тщательностью, их влияние на полученный результат после исключения систематических и грубых погрешностей можно оценить с некоторой вероятностью.

Для характеристики средств измерения часто указывают класс точности. Класс точности – это обобщённая характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на точность. В большинстве случаев класс точности устанавливается численно равным допускаемой основной приведённой погрешности, выраженной в процентах. Например, средство измерения класса точности 2,5 должно обладать приведённой погрешностью, не превышающей 2,5%.

Класс точности выбирается из ряда: К=(1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)·10ⁿ, где: n=1; 0; --1; --2. Если К – класс точности средства измерения, то пределы допускаемой основной погрешности показаний в абсолютных единицах рассчитывается по следующей формуле:

, где:

Х_N – нормирующее значение.

Для стационарных промышленных измерений применяются приборы, наибольшие погрешности которых находятся в пределах существующих норм, которые удовлетворяют требованиям практики. Поэтому к показаниям этих приборов поправки не вводятся. При лабораторных и точных промышленных измерениях учитываются все возникающие погрешности. В этих случаях отсчёт показаний приборов производится несколько раз подряд с целью определения среднего значения измеряемой величины, достоверность которого возрастает с увеличением числа отсчётов. В своей практике во время испытаний тепловых сетей и оборудования ТЭС я использовал довольно точные образцовые приборы класса точности 0,4 и 0,6. И всё равно для более точного получения измеряемой величины опыт продолжался столько времени, сколько требовалось для получения показаний прибора в количестве не менее 10. Затем показания складывались и определялось средне арифметическое число, которое было более или менее точным.

Рассмотрим динамические погрешности. Измерительные приборы служат для измерения переменных величин и обладают различными инерционными свойствами (механическими, тепловыми и другими). Инерционность приборов при переменном режиме приводит к запаздыванию их показаний. Величина запаздывания показаний зависит от принципа действия и устройства измерительного прибора. На неё оказывает влияние инерция подвижной части прибора, длина и диаметр соединительных трубок и т. д. Зависимость показаний прибора от изменения измеряемой величины в неустановившемся режиме называется динамической характеристикой измерительного устройства.Динамическая характеристика в большинстве случаев находится опытным путём.

Контрольные вопросы