Что такое погрешность измерительного прибора

Погрешности измерений

Общие сведения об измерениях. Погрешности измерений и средств измерений

Общие сведения об измерениях

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Под измерением понимается процесс экспериментального сравнения данной физической величины с однородной физической величиной, значение которой принято за единицу.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы классифицируются по различным признакам. Например, измерительные приборы можно построить на основе аналоговой схемотехники или цифровой. Соответственно их делят на аналоговые и цифровые. Ряд приборов, выпускаемых промышленностью, допускают только отсчитывание показаний. Эти приборы называются показывающими. Измерительные приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний, носят название регистрирующих.

Погрешности измерений

Погрешность является одной из основных характеристик средств измерений.

Под погрешностью электроизмерительных приборов, измерительных преобразователей и измерительных систем понимается отклонение их выходного сигнала от истинного значения входного сигнала.

Абсолютная погрешность Δ_a прибора есть разность между показанием прибора а_х и истинным значением а измеряемой величины, т.е.

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой.

Относительная погрешность δ представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Относительная погрешность, обычно выражаемая в процентах, равна

Приведенная погрешность γ_П есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности Δ_a к нормирующему значению а_пр

Нормирующее значение – условно принятое значение, могущее быть равным конечному значению диапазона измерений (предельному значению шкалы прибора).

Погрешности средств измерений

Класс точности прибора указывают просто числом предпочтительного рода, например, 0,05. Это используют для измерительных приборов, у которых предел допускаемой приведенной погрешности постоянен на всех отметках рабочей части его шкалы (присутствует только аддитивная погрешность). Таким способом обозначают классы точности вольтметров, амперметров, ваттметров и большинства других однопредельных и многопредельных приборов с равномерной шкалой.

Класс точности прибора (например, амперметра) дается выражением

При установлении классов точности приборов нормируется приведенная погрешность, а не относительная. Причина этого заключается в том, что относительная погрешность по мере уменьшения значений измеряемой величины увеличивается.

По ГОСТ 8.401-80 в качестве значений класса точности прибора используется отвлеченное положительное число из ряда:

В интервале от 1 до 100 можно использовать в качестве значений класса точности числа:

(α = 0) 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6;

(α = 1) 10; 15; 20; 25; 40; 50; 60.

Т.е. четырнадцать чисел 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6; 10; 15; 20; 25; 40; 50; 60.

Необходимо отметить, классы точности от 6,0 и выше считаются очень низкими.

Примеры решения задач

Задача №1

Определить для вольтметра с пределом измерения 30 В класса точности 0,5 относительную погрешность для точек 5, 10, 15, 20, 25 и 30 В и наибольшую абсолютную погрешность прибора.

Решение

Приведенная погрешность (выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению)

постоянна и равна классу точности прибора.

Относительная погрешность однократного измерения (выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины)

уменьшается к значению класса точности прибора с ростом измеренного значения к предельному значению шкалы прибора.

Абсолютная погрешность однократного измерения

постоянна на всех отметках рабочей части шкалы прибора.

По условию задачи: U_изм = U_i = 5, 10, 15, 20, 25 и 30 В – измеренное значение электрической величины; U_пр = 30 В – предел шкалы вольтметра.

Источник

Погрешность измерений

Неотъемлемой частью любого измерения является погрешность измерений. С развитием приборостроения и методик измерений человечество стремиться снизить влияние данного явления на конечный результат измерений. Предлагаю более детально разобраться в вопросе, что же это такое погрешность измерений.

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму погрешностей, каждая из которых имеет свою причину.

По форме числового выражения погрешности измерений подразделяются на абсолютные и относительные

Абсолютная погрешность – это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением.

(1.2), где X — результат измерения; Х₀ — истинное значение этой величины.

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике пользуются лишь приближенной оценкой абсолютной погрешности измерения, определяемой выражением

(1.3), где Х_д — действительное значение этой измеряемой величины, которое с погрешностью ее определения принимают за истинное значение.

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины:

(1.4)

По закономерности появления погрешности измерения подразделяются на систематические, прогрессирующие, и случайные .

Систематическая погрешность – это погрешность измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины.

Прогрессирующая погрешность – это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Систематические и прогрессирующие погрешности средств измерений вызываются:

Систематическая погрешность остается постоянной или закономерно изменяющейся при многократных измерениях одной и той же величины. Особенность систематической погрешности состоит в том, что она может быть полностью устранена введением поправок. Особенностью прогрессирующих погрешностей является то, что они могут быть скорректированы только в данный момент времени. Они требуют непрерывной коррекции.

Случайная погрешность – это погрешность измерения изменяется случайным образом. При повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. В отличии от систематических погрешностей случайные нельзя устранить из результатов измерений.

По происхождению различают инструментальные и методические погрешности средств измерений.

Инструментальные погрешности — это погрешности, вызываемые особенностями свойств средств измерений. Они возникают вследствие недостаточно высокого качества элементов средств измерений. К данным погрешностям можно отнести изготовление и сборку элементов средств измерений; погрешности из-за трения в механизме прибора, недостаточной жесткости его элементов и деталей и др. Подчеркнем, что инструментальная погрешность индивидуальна для каждого средства измерений.

Методическая погрешность — это погрешность средства измерения, возникающая из-за несовершенства метода измерения, неточности соотношения, используемого для оценки измеряемой величины.

Погрешности средств измерений.

Абсолютная погрешность меры – это разность между номинальным ее значением и истинным (действительным) значением воспроизводимой ею величины:

(1.5), где X_н – номинальное значение меры; Х_д – действительное значение меры

Абсолютная погрешность измерительного прибора – это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины:

(1.6), где X_п – показания прибора; Х_д – действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность меры или измерительного прибора – это отношение абсолютной погрешности меры или измерительного прибора к истинному

(действительному) значению воспроизводимой или измеряемой величины. Относительная погрешность меры или измерительного прибора может быть выражена в ( % ).

(1.7)

Приведенная погрешность измерительного прибора – отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению. Нормирующие значение XN – это условно принятое значение, равное или верхнему пределу измерений, или диапазону измерений, или длине шкалы. Приведенная погрешность обычно выражается в ( % ).

(1.8)

Основная – это погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях, которые обычно определены в нормативно-технических документах на данное средство измерений.

Дополнительная – это изменение погрешности средства измерений вследствии отклонения влияющих величин от нормальных значений.

Статическая – это погрешность средства измерений, используемого для измерения постоянной величины. Если измеряемая величина является функцией времени, то вследствие инерционности средств измерений возникает составляющая общей погрешности, называется динамической погрешностью средств измерений.

Также существуют систематические и случайные погрешности средств измерений они аналогичны с такими же погрешностями измерений.

Факторы влияющие на погрешность измерений.

Погрешности возникают по разным причинам: это могут быть ошибки экспериментатора или ошибки из-за применения прибора не по назначению и т.д. Существует ряд понятий которые определяют факторы влияющие на погрешность измерений

Вариация показаний прибора – это наибольшая разность показаний полученных при прямом и обратном ходе при одном и том же действительном значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях.

Класс точности прибора – это обобщенная характеристика средств измерений (прибора), определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на точность, значение которой устанавливаются на отдельные виды средств измерений.

Классы точности прибора устанавливают при выпуске, градуируя его по образцовому прибору в нормальных условиях.

Прецизионность — показывает, как точно или отчетливо можно произвести отсчет. Она определяется, тем насколько близки друг к другу результаты двух идентичных измерений.

Разрешение прибора — это наименьшее изменение измеряемого значения, на которое прибор будет реагировать.

Диапазон прибора — определяется минимальным и максимальным значением входного сигнала, для которого он предназначен.

Полоса пропускания прибора — это разность между минимальной и максимальной частотой, для которых он предназначен.

Чувствительность прибора — определяется, как отношение выходного сигнала или показания прибора к входному сигналу или измеряемой величине.

Шумы — любой сигнал не несущий полезной информации.

Источник

level_meter

Уровнеметрия

Приборы и системы измерения уровня

Абсолютная погрешность – это разница между измеренной датчиком величиной Хизм и действительным значением Хд этой величины.

Действительное значение Хд измеряемой величины это найденное экспериментально значение измеряемой величины максимально близкое к ее истинному значению. Говоря простым языком действительное значение Хд это значение, измеренное эталонным прибором, или сгенерированное калибратором или задатчиком высокого класса точности. Абсолютная погрешность выражается в тех же единицах измерения, что и измеряемая величина (например, в м3/ч, мА, МПа и т.п.). Так как измеренная величина может оказаться как больше, так и меньше ее действительного значения, то погрешность измерения может быть как со знаком плюс (показания прибора завышены), так и со знаком минус (прибор занижает).
См.Абсолютная погрешность микрокомпьютерного расходомера скоростемера МКРС
Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения Δ к действительному значению Хд измеряемой величины.

Относительная погрешность выражается в процентах, либо является безразмерной величиной, а также может принимать как положительные, так и отрицательные значения.
См.Относительная погрешность ультразвукового уровнемера ЭХО-АС-01
Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения Δ к нормирующему значению Хn, постоянному во всем диапазоне измерения или его части.

Довольно часто в описании на тот или иной датчик указывается не только диапазон измерения, например, от 0 до 50 мг/м3, но и диапазон показаний, например, от 0 до 100 мг/м3. Приведенная погрешность в этом случае нормируется к концу диапазона измерения, то есть к 50 мг/м3, а в диапазоне показаний от 50 до 100 мг/м3 погрешность измерения датчика не определена вовсе – фактически датчик может показать все что угодно и иметь любую погрешность измерения. Диапазон измерения датчика может быть разбит на несколько измерительных поддиапазонов, для каждого из которых может быть определена своя погрешность как по величине, так и по форме представления. При этом при поверке таких датчиков для каждого поддиапазона могут применяться свои образцовые средства измерения, перечень которых указан в методике поверки на данный прибор.

Источник

Что такое погрешность измерительного прибора

ГОСТ 24314-80*
(CT СЭВ 503-77,
СТ СЭВ 1611-79)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

Термины и определения, способы выражения погрешностей
и общие условия испытаний

Electronic measuring instruments.
Terms and definitions, methods of expressing errors and general test conditions

Дата введения 1980-07-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 июля 1980 г. N 3677 срок введения установлен с 01.07.80

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (февраль 1985 г.) с Изменением N 1, утвержденным в апреле 1982 г.; Пост. N 1443 от 07.04.82 (ИУС 7-82)

Стандарт полностью соответствует стандарту СЭВ 503-77 и СТ СЭВ 1611-79.

2. Термины и определения приведены в таблице.

1. Электронный измерительный прибор

Измерительный прибор, в состав которого входят электронные устройства, предназначенный для измерения электрических и акустических величин*

2. Электронный измерительный преобразователь

Измерительный преобразователь электрических и неэлектрических величин в электрические сигналы, предназначенные для измерения

3. Принадлежности к электронному измерительному прибору

Устройства и приборы, которые постоянно работают с электронными измерительными приборами или необходимы для расширения его технических возможностей (изменения его технических характеристик заданным способом), например, модулятор, аттенюатор, направленный ответвитель, пробник, кабель и т.д.

4. Диапазон измерений

5. Нормальное значение (нормальная область значений) влияющей величины

6. Рабочая область значений влияющей величины

7. Нормальные условия применения

8. Рабочие условия применения

9. Предельные условия работы

Совокупность диапазонов значений влияющих величин и технических характеристик (вне номинальных рабочих областей и диапазонов измерения), при которой прибор работает без повреждений и не наблюдается ухудшения технических характеристик после возвращения прибора в номинальные рабочие условия

10. Предельные условия транспортирования и хранения

12. Время установления рабочего режима

Интервал времени, по истечении которого устанавливаются технические характеристики измерительного прибора

13. Истинное значение физической величины

14. Действительное значение физической величины

15. Нормирующее значение

16. Влияющая физическая величина

17. Абсолютная погрешность измерительного прибора

18. Относительная погрешность измерительного прибора

19. Основная погрешность

20. Дополнительная погрешность

21. Погрешность измерительного прибора в интервале влияющей величины

Погрешность измерительного прибора в условиях, когда одна из влияющих величин принимает значения в пределах рабочих условий, а все остальные влияющие величины находятся в нормальных условиях

22. Погрешность измерительного прибора в рабочих условиях

Погрешность, определенная в рабочих условиях

23. Погрешность измерительного прибора из-за нестабильности

Погрешность, возникающая при измерении величины в течение определенного времени, когда другие условия при этом остаются постоянными

24. Приведенная погрешность измерительного прибора

25. Предел допускаемой погрешности

26. Номинальные рабочие условия

Условия, при которых влияющие величины находятся в пределах рабочих областей

* К электронным устройствам относятся активные элементы или группы элементов, в которых используется электронная или дырочная проводимость в полупроводниках или вакууме либо ионная проводимость в газах. К электронным измерительным приборам также относятся приборы, не содержащие активных элементов, но использующиеся в сочетании с электронными измерительными приборами, в измерительных установках, например, резонансные частотомеры, измерительные линии.

1-2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

3. Пределы погрешностей приборов выражают в виде:

одного числового значения;

суммы двух числовых значений, одно из которых зависит от измеряемой (воспроизводимой) величины, а другое не зависит;

функциональной зависимости от значений измеряемой (воспроизводимой) величины и (или) влияющих величин, при этом допускается эти зависимости представлять в виде таблиц или графиков.

4. Пределы абсолютных погрешностей приборов выражают в абсолютных значениях измеряемой (воспроизводимой) величины.

5. Пределы относительных и приведенных погрешностей приборов выражают в относительных значениях безразмерных и логарифмических величин, а также в процентах.

6. Конкретные виды и значения нормируемых погрешностей приборов, а также способы их выражения устанавливают в стандартах или технических условиях на приборы конкретного вида.

7. Общие условия испытаний.

7.1. Приборы необходимо подвергать испытаниям методами, установленными в технических условиях на прибор конкретного типа.

7.2. Единичные выходы из строя в процессе испытаний элементов электронной техники (микросхем, электровакуумных и полупроводниковых приборов, конденсаторов, резисторов, кварцевых резонаторов и т.д.), а также ламп накаливания и предохранителей не могут служить основанием для прекращения испытаний, если это не вызвано недостатком конструкции прибора.

Вышедшие из строя элементы необходимо заменить, прерванное испытание повторить и продолжить следующие испытания сразу после устранения причин отказа.

При повторных выходах из строя тех же элементов испытания следует считать неудовлетворительными.

7.3. Приборы, предназначенные для работы вместе с индивидуальными (невзаимозаменяемыми) принадлежностями, необходимо испытывать вместе с ними.

Приборы, предназначенные для работы вместе с универсальными (взаимозаменяемыми) принадлежностями, необходимо испытывать каждый в отдельности.

7.4. Испытания в нормальных условиях по ГОСТ 22261-82* должны предшествовать всем испытаниям других видов.

7.5. Испытания составных частей приборов необходимо проводить раздельно, если габаритные размеры и масса не позволяют проводить испытания на имеющемся испытательном оборудовании.

7.6. Технические характеристики приборов необходимо проверять по истечении времени установления рабочего режима и после проведения подготовительных операций по подготовке к измерению (установки нуля, калибровки, учета поправок и т.п.), предусмотренных в эксплуатационной документации.

7.6.1. Испытания приборов, питающихся от батареи, допускается проводить при замене внутреннего источника внешним, если эта замена не приводит к изменению технических характеристик приборов.

7.6.2. Во время испытания допускается проводить регулировку через интервалы времени, установленные в технических условиях на прибор конкретного типа, если эта регулировка не влияет на погрешность прибора.

7.6.3. Регулировку допускается проводить, если специально дается указание на то, что значения погрешностей приемлемы только после регулировок. В этом случае испытания необходимо проводить сразу после регулировки, чтобы исключить влияние любой нестабильности нуля.

7.6.4. В процессе испытаний по определению нестабильности нуля не допускается проводить регулировку положения нуля прибора.

7.7. Определение погрешностей прибора и соотношение между погрешностями испытуемого и образцового приборов должны соответствовать ГОСТ 22261-82 и устанавливаться в технических условиях на прибор конкретного типа.

7.8. Объектом проверки являются только значения технических характеристик с заданными допусками или их пределы.

7.9. При проверке основной погрешности значения (область значений) влияющих величин должны оставаться в пределах нормальных условий.

7.10. При проверке погрешности в рабочих условиях значения (область значений) влияющих величин должны оставаться в пределах номинальных рабочих условий.

7.11. При проверке погрешности в интервале влияющей величины эта влияющая величина может принимать любое значение в пределах номинальных рабочих условий, при этом все другие влияющие величины должны оставаться в пределах нормальных условий.

7.12. При проверке погрешности из-за нестабильности нуля не допускается проводить регулировку, которая может оказать влияние на проверяемую характеристику, если это не указано в технических условиях на прибор конкретного типа. При этом значения влияющих величин должны оставаться в пределах нормальных условий. Результаты измерений погрешности из-за нестабильности нуля необходимо сравнивать в начале и конце интервала времени испытания.

7.13. Полный объем отдельных видов испытаний должен быть установлен в технических условиях на прибор конкретного типа.

7-7.13. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

Электронный текст документа

подготовлен ЗАО «Кодекс» и сверен по:

Источник