РАЗДЕЛ 10. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
В метрологической практике при проведении измерений необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на результаты измерения. Это — объект и субъект измерения, средство измерения (СИ) и условия измерения.
Объект измерения должен быть чист от посторонних включений (если измеряется плотность вещества), свободен от влияния внешних помех (природные процессы, индустриальные помехи и т. п.). Сам объект не должен обладать внутренними помехами (работа самого объекта измерения).
Субъект измерения, т. е. оператор. Привносит в результат «личностный» момент измерения. Он зависит от квалификации оператора, санитарно-гигиенических условий труда, психофизиологического состояния субъекта, от учета эргономических требований.
Метод измерения. Очень часто измерение одной и той же величины разными методами дает различные результаты, причем каждый из них имеет свои недостатки и достоинства.
Если измерение не удастся выполнить так, чтобы исключить или компенсировать какой-либо фактор, влияющий на результат, то в ряде случаев вносят соответствующую поправку.
Влияние СИ на измеряемую величину во многих случаях проявляется как возмущающий фактор, например, внутренние шумы измерительных электронных усилителей. Другим фактором является инерционность СИ. Некоторые СИ дают постоянно завышенные или постоянно заниженные показания, что может быть результатом дефекта изготовления.
Условия измерения как влияющий фактор включают температуру окружающей среды, влажность, атмосферное давление, напряжение в сети и т. п.
Учет указанных факторов предполагает исключение ошибок и внесение поправок к измеренным величинам.
Измерительные приборы в зависимости от их назначения, области применения и условий работы должны выбираться по следующим основным принципам:
1) должна существовать возможность измерения исследуемой физической величины;
2) пределы измерения прибора должны охватывать все возможные значения измеряемой величины. При большом диапазоне изменений последней, целесообразно использовать многопредельные приборы;
3) измерительный прибор должен обеспечивать требуемую точность измерений.
Поэтому следует обратить внимание не только на класс выбираемого измерительного прибора, но и на факторы, влияющие на дополнительную погрешность измерений:
— несинусоидальность токов и напряжений,
— отклонение положения прибора при установке его в положение, отличное от нормального,
— влияние внешних магнитных и электрических полей и т. п.;
4) при проведении некоторых измерений важную роль играют экономичность (потребление) измерительного прибора, его масса, габариты, расположение органов управления, равномерность шкалы, возможность считывания показаний непосредственно по шкале, быстродействие и пр.;
5) подключение прибора не должно существенно влиять на работу исследуемого устройства, поэтому при выборе приборов следует учитывать их внутреннее сопротивление. При включении измерительного прибора в согласованные цепи входные или выходные сопротивления должны быть требуемого номинального значения;
6) прибор должен удовлетворять общим техническим требованиям техники безопасности при производстве измерений, а также техническим условиям или частным стандартам;
7) не допускается использовать приборы: с явными дефектами измерительной системы, корпуса и т.д; с истекшим сроком поверки; нестандартные или не аттестованные ведомственной метрологической службой, не соответствующие по классу изоляции напряжениям, на которые подключается прибор.
Поверка средства измерений (не путать со словом «проверка») — совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами или организациями) с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям.
В процессе измерений необходимо учитывать все виды возникающих погрешностей и, поняв их причину, стремиться их уменьшить.
Измерения проведены правильно, если систематические погрешности в их результатах близки к нулю. К систематическим погрешностям относятся: инструментальные, метода измерений, установки прибора, считывания.
Если исключить систематические погрешности не удается, то их уменьшают, устраняя причины их возникновения, регулируя СИ при поверке и перед началом измерения, применяя специальные методы измерения и др.
В состав современных измерительных приборов включают микропроцессоры, которые позволяют автоматически находить значения систематической погрешности и исключать ее.
Метод теоретического анализа состоит в том, что систематическую погрешность можно рассчитать на основании известных характеристик используемых приборов или особенностей метода измерения, т. е. по формулам. Так, можно определить систематическую погрешность прибора, обусловленную собственным потреблением мощности, если известно его входное сопротивление и т. д.
Метод замещения заключается в том, что измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Статистический метод состоит в том, что для обработки результаты измерений разбивают на несколько независимых групп наблюдений. Разница между групповыми средними и групповыми дисперсиями (средними в группе) указывают на наличие систематической погрешности, и позволяет вычислить ее.
Метод различных измерений позволяет обнаруживать систематические погрешности, источник которых неизвестен. Для этого величину измеряют несколькими различными методами, разными измерительными приборами, при различных условиях. В этом случае необходимо, чтобы используемые для измерений приборы имели примерно равные собственные погрешности.
Метод образцовых сигналов состоит в сравнении подаваемых на вход измерительного устройства сигналов: измеряемого и образцового такого же рода, что и измеряемый. Разность между ними определит систематическую погрешность.
Метод введения поправок и поправочных множителей.
Поправкой называют значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению, с целью исключения систематической погрешности. Поправка численно равна абсолютной систематической погрешности, но имеет обратный знак. Поправки задаются в виде графиков, таблиц или формул.
Исключить систематическую погрешность измерения можно также путем умножения результатов измерения на поправочный множитель, который из-за малости систематических погрешностей обычно близок по значению к единице. Полагается, что поправки и поправочные множители предварительно определены при поверке средств измерений.
1. З.А. Хрусталева. «Электротехнические измерения», М.,Кно Рус, 2011.
2. З.А. Хрусталева, С.В. Парфенов«Электрические и электронные измерения в задачах, вопросах и упражнениях», Академия, 2009.
3. В.Ю. Шишмарев, В.И. Шанин «Электрорадиоизмерения: учебник для среднего профессионального образования», «Академия», 2009.
Составитель: Алла Владимировна Костантиновская
Источник
V. Точность измерительных приборов.
Точность измерительного прибора – это его свойство, характеризующее степень приближения показаний данного измерительного прибора к действительным значениям измеряемой величины и определяется той наименьшей величиной, которую с помощью этого прибора можно определить надёжно.
Точность прибора зависит от цены наименьшего деления его шкалы и указывается или на самом приборе, или в заводской инструкции (паспорте). Заметим, что точность измерений 
обратно пропорциональна относительной погрешности измерений Е: = 
.
Погрешность электроизмерительных приборов определяется классом точности (или приведенной погрешностью Епр), который указывается на лицевой стороне прибора соответствующей цифрой в кружке. Классом точности прибора К называют выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности 
к предельному (номинальному) значению хпр измеряемой величины, т. е. к наибольшему её значению, которое может быть измерено по шкале прибора (предел измерения):
.
Зная класс точности и предел измерения прибора, можно рассчитать его абсолютную погрешность:
.
Эта погрешность одинакова для любого измерения сделанного с помощью данного прибора. Классов точности семь: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Приборы первых трех классов точности (0,1; 0,2; 0,5) называются прецизионными и используются при точных научных измерениях, приборы остальных классов точности называются техническими. Приборы без указания класса точности считаются внеклассными.
Пример. Сила тока измеряется в цепи амперметром, класс точности которого К=0,5, а шкала имеет предел измерения Iпр=10 А. Находим абсолютную погрешность амперметра:
Отсюда следует, что амперметр позволяет измерять силу тока с точностью не более 0,05 А, и поэтому нецелесообразно делать отсчёт по шкале прибора с большей точностью.
Допустим, что с помощью данного амперметра были измерены три значения силы тока: I1=2 А; I2=5 А; I3=8 А. Находим для каждого случая относительную погрешность: 
; 
.
Из этого примера следует, что в третьем случае относительная погрешность самая маленькая, то есть чем больше величина отсчёта по прибору, тем меньше относительная погрешность измерения. Вот почему для оптимального использования приборов рекомендуется их подбирать так, чтобы значение измеряемой величины находилось в конце шкалы прибора. В этом случае относительная погрешность приближается к классу точности прибора. Если точность прибора неизвестна, то абсолютная погрешность принимается равной половине цены наименьшего деления (линейка, термометр, секундомер). Для штангенциркуля и микрометра – точность их нониусов (0,1 мм, 0,01 мм).
Примечания: 1) При отсчетах следует следить за тем, чтобы луч зрения был перпендикулярен шкале. Для устранения так называемой ошибки параллакса на многих приборах устанавливается зеркало («зеркальные приборы»). Глаз экспериментатора расположен правильно, если стрелка прибора закрывает свое изображение в зеркале.
2) При косвенных измерениях (например, определение объема цилиндра по его диаметру и высоте) следует определять все измеряемые вершины с приблизительно одинаковой относительной точностью.
3) При обработке результатов измерений следует помнить, что точность вычислений должна быть согласована с точностью самих измерений. Вычисления, произведенные с большим, чем это необходимо, числом десятичных знаков, приводят к большому объему ненужной работы. Например, если хотя бы одна из величин в каком-либо выражении определена с точностью до двух значащих цифр, то нет смысла вычислять результат с точностью, большей двух значащих цифр. В тоже время в промежуточных расчетах рекомендуется сохранять одну лишнюю цифру, которая в дальнейшем – при записи окончательного результата – будет отброшена. В теории погрешностей из существующих правил округления имеется следующее исключение: при округлении погрешностей последняя сохраняемая цифра увеличивается на единицу, если старшая отбрасываемая цифра 3 или больше 3.
4) Примеры окончательной записи результатов измерений:
Источник
РАЗДЕЛ 8. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
В метрологической практике при проведении измерений необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на результаты измерения. Это — объект и субъект измерения, средство измерения (СИ) и условия измерения.
Объект измерения должен быть чист от посторонних включений (если измеряется плотность вещества), свободен от влияния внешних помех (природные процессы, индустриальные помехи и т. п.). Сам объект не должен обладать внутренними помехами (работа самого объекта измерения).
Субъект измерения, т. е. оператор. Привносит в результат «личностный» момент измерения. Он зависит от квалификации оператора, санитарно-гигиенических условий труда, психофизиологического состояния субъекта, от учета эргономических требований.
Метод измерения. Очень часто измерение одной и той же величины разными методами дает различные результаты, причем каждый из них имеет свои недостатки и достоинства.
Если измерение не удастся выполнить так, чтобы исключить или компенсировать какой-либо фактор, влияющий на результат, то в ряде случаев вносят соответствующую поправку.
Влияние СИ на измеряемую величину во многих случаях проявляется как возмущающий фактор, например, внутренние шумы измерительных электронных усилителей. Другим фактором является инерционность СИ. Некоторые СИ дают постоянно завышенные или постоянно заниженные показания, что может быть результатом дефекта изготовления.
Условия измерения как влияющий фактор включают температуру окружающей среды, влажность, атмосферное давление, напряжение в сети и т. п.
Учет указанных факторов предполагает исключение ошибок и внесение поправок к измеренным величинам.
Измерительные приборы в зависимости от их назначения, области применения и условий работы должны выбираться по следующим основным принципам:
1) должна существовать возможность измерения исследуемой физической величины;
2) пределы измерения прибора должны охватывать все возможные значения измеряемой величины. При большом диапазоне изменений последней, целесообразно использовать многопредельные приборы;
3) измерительный прибор должен обеспечивать требуемую точность измерений.
Поэтому следует обратить внимание не только на класс выбираемого измерительного прибора, но и на факторы, влияющие на дополнительную погрешность измерений:
— несинусоидальность токов и напряжений,
— отклонение положения прибора при установке его в положение, отличное от нормального,
— влияние внешних магнитных и электрических полей и т. п.;
4) при проведении некоторых измерений важную роль играют экономичность (потребление) измерительного прибора, его масса, габариты, расположение органов управления, равномерность шкалы, возможность считывания показаний непосредственно по шкале, быстродействие и пр.;
5) подключение прибора не должно существенно влиять на работу исследуемого устройства, поэтому при выборе приборов следует учитывать их внутреннее сопротивление. При включении измерительного прибора в согласованные цепи входные или выходные сопротивления должны быть требуемого номинального значения;
6) прибор должен удовлетворять общим техническим требованиям техники безопасности при производстве измерений, а также техническим условиям или частным стандартам;
7) не допускается использовать приборы: с явными дефектами измерительной системы, корпуса и т.д; с истекшим сроком поверки; нестандартные или не аттестованные ведомственной метрологической службой, не соответствующие по классу изоляции напряжениям, на которые подключается прибор.
Поверка средства измерений (не путать со словом «проверка») — совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами или организациями) с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям.
В процессе измерений необходимо учитывать все виды возникающих погрешностей и, поняв их причину, стремиться их уменьшить.
Измерения проведены правильно, если систематические погрешности в их результатах близки к нулю. К систематическим погрешностям относятся: инструментальные, метода измерений, установки прибора, считывания.
Если исключить систематические погрешности не удается, то их уменьшают, устраняя причины их возникновения, регулируя СИ при поверке и перед началом измерения, применяя специальные методы измерения и др.
В состав современных измерительных приборов включают микропроцессоры, которые позволяют автоматически находить значения систематической погрешности и исключать ее.
Метод теоретического анализа состоит в том, что систематическую погрешность можно рассчитать на основании известных характеристик используемых приборов или особенностей метода измерения, т. е. по формулам. Так, можно определить систематическую погрешность прибора, обусловленную собственным потреблением мощности, если известно его входное сопротивление и т. д.
Метод замещения заключается в том, что измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Статистический метод состоит в том, что для обработки результаты измерений разбивают на несколько независимых групп наблюдений. Разница между групповыми средними и групповыми дисперсиями (средними в группе) указывают на наличие систематической погрешности, и позволяет вычислить ее.
Метод различных измерений позволяет обнаруживать систематические погрешности, источник которых неизвестен. Для этого величину измеряют несколькими различными методами, разными измерительными приборами, при различных условиях. В этом случае необходимо, чтобы используемые для измерений приборы имели примерно равные собственные погрешности.
Метод образцовых сигналов состоит в сравнении подаваемых на вход измерительного устройства сигналов: измеряемого и образцового такого же рода, что и измеряемый. Разность между ними определит систематическую погрешность.
Метод введения поправок и поправочных множителей.
Поправкой называют значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению, с целью исключения систематической погрешности. Поправка численно равна абсолютной систематической погрешности, но имеет обратный знак. Поправки задаются в виде графиков, таблиц или формул.
Исключить систематическую погрешность измерения можно также путем умножения результатов измерения на поправочный множитель, который из-за малости систематических погрешностей обычно близок по значению к единице. Полагается, что поправки и поправочные множители предварительно определены при поверке средств измерений.
Источник
