Основные характеристики измерительных приборов, классы точности

Основные характеристики средств измерений
СИ имеют большое количество различного рода показателей и характеристик. Все средства измерений можно характеризовать некоторыми общими свойствами – метрологическими характеристиками. Различают статические и динамические характеристики СИ.

Статические характеристики СИ возникают при статическом режиме его работы. Статический режим работы – это такой режим, при котором СИ воспринимает изменение входной величины и размеры измеряемой величины не изменяются во времени. К статическим метрологическим характеристикам СИ относятся: диапазон измерений; измеряемая, преобразуемая или воспроизводимая (для мер) величина; градуировочная характеристика; чувствительность (коэффициент преобразования ИП); порог чувствительности; потребляемая мощность; входное и выходное сопротивления и др.

Динамические характеристики ИП возникают при динамическом режиме его работы. Динамический режим работы – это такой режим, при котором средство ИП воспринимает изменение входной величины, и размеры измеряемой величины изменяются во времени. Динамическими характеристиками являются: операторная чувствительность, комплексная чувствительность, переходная характеристика, амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики (АЧХ и ФЧХ) и др.

Метрологическая характеристика – это характеристика одного из свойств СИ, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Для каждого типа СИ устанавливают свои метрологические характеристики.
Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально – действительными метрологическими характеристиками.

Рассмотрим основные метрологические характеристики СИ.

Диапазон измерений – это область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху, называют соответственно пределами измерений.

Градуировочная характеристика СИ – это зависимость между значениями величин на входе и выходе СИ, полученная экспериментально.
Чувствительность средства измерений – это свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Порог чувствительности СИ – это характеристика СИ в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.
На практике применяются также термины: реагирование и порог реагирования, подвижность средства измерений и порог подвижности, срабатывание и порог срабатывания.

Потребляемая мощность – мощность, которая потребляется от объекта измерения. Измеряемый объект и средство измерений связаны и взаимодействуют между собой.
Для измерительных приборов обычно указывается время установления показания: промежуток времени с момента начала измерения до момента установления показаний (т. е. когда переходный процесс закончился). Величина, обратная времени измерения, получила название быстродействия средства измерения. Быстродействие выражается числом, равным максимальному числу измерений, сделанных с помощью данного прибора, в секунду.

Кроме метрологических характеристик, при эксплуатации средств измерения, важно знать и неметрологические характеристики такие как: показатели надежности, электрическую прочность, сопротивление изоляции, устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, время установления рабочего режима, экономичность и др.

Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т.е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя на одно деление шкалы. Если чувствительность постоянна в каждой точке диапазона измерения, то шкала называется равномерной. При неравномерной шкале нормируется наименьшая цена деления шкалы измерительных приборов. У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Абсолютной погрешностью ИП – разность между его показанием Хп и действительным значением Хд измеряемой величины:

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

.

Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей.

Классы точности не устанавливаются и на средства измерений, для которых существенное значение имеет динамическая погрешность.

Для остальных средств измерений обозначение классов точности вводится в зависимости от способов задания пределов допускаемой основной погрешности.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности могут задаваться либо в виде одночленной формулы

либо в виде двухчленной формулы

где и выражаются одновременно либо в единицах измеряемой величины, либо в делениях шкалы измерительного прибора.

Более предпочтительным является задание пределов допускаемых погрешностей в форме приведенной или относительной погрешности.

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности нормируются в виде одночленной формулы

где число (n = 1, 0, -1, -2…).

Пределы допускаемой относительной основной погрешности могут нормироваться либо одночленной формулой

,

где – конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизводимой многозначной мерой величины, а постоянные числа q, с и d выбираются из того же ряда, что и число р.

Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются относительной погрешностью по одночленной формуле, присваивают классы точности, выбираемые из ряда чисел р и равные соответствующим пределам в процентах. Например для средства измерений с класс точности обозначается .

Если пределы допускаемой основной относительной погрешности выражаются двухчленной формулой, то класс точности обозначается как c/d, где числа с и d выбираются из того же ряда, что и р, но записываются в процентах. Так, измерительный прибор класса точности характеризуется пределами допускаемой основной относительной погрешности

.