Класс точности СИ и его обозначение. Погрешности измерений. Источники и классификация погрешностей измерений

1. Дисциплина: «МЕТРОЛОГИЯ»

Лекция № 3
Тема:
«Класс точности СИ и его обозначение. Погрешности измерений. Источники и
классификация погрешностей измерений. Систематические погрешности.
Методы исключения систематических погрешностей»
Вопросы:
1 Класс точности СИ
2 Допуск. Квалитет
3 Погрешность измерения. Доверительный интервал, доверительная вероятность,
стандартная ошибка, предел погрешности
4 Классификация погрешностей. Принцип неопределенности Гейзенберга
5 Классификация систематических погрешностей измерений. формы представления
результатов измерений. Методы борьбы с систематическими погрешностями

2. Класс точности СИ

1
Класс точности СИ
Класс точности - основная метрологическая характеристика прибора,
определяющая допустимые значения основных и дополнительных
погрешностей, влияющих на точность измерения
Рис 1 Класс точности СИ. Прим. Счетчик электроэнергии CE102

3. Погрешность измерения

2
Погрешность измерения
Погрешность измерения - отклонение измеренного значения величины от её
истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является
характеристикой точности измерения

4. Доверительный интервал, стандартная ошибка среднего, предел погрешности

3
Доверительным называется интервал, который с заданной надежностью
покрывает оцениваемый параметр
P(L ≤ Ф ≤ U) = p
Предел погрешности (также предельная погрешность, предел ошибки,
доверительная граница или доверительный предел) — статистическая величина,
определяющая, с определенной степенью вероятности, максимальное значение,
на которое результаты выборки отличаются от результатов генеральной
совокупности. Составляет половину длины доверительного интервала.

5.

Среднеквадратическая погрешность, метод
Корнфельда, средняя квадратическая погрешность
среднего арифметического
4
Среднеквадратическое отклонение - в теории вероятностей и статистике наиболее
распространённый показатель рассеивания значений случайной величины
относительно её математического ожидания. При ограниченных массивах выборок
значений вместо математического ожидания используется среднее арифметическое
совокупности выборок.
Метод Кронфельда, заключается в выборе доверительного
интервала в пределах от минимального до максимального
результата измерений, и погрешность как половина разности
между максимальным и минимальным результатом измерения
Средняя квадратическая погрешность среднего
арифметического

6.

Классификация погрешностей
По форме представления
5
Абсолютная погрешность — ΔX является оценкой абсолютной ошибки измерения
где
ΔX – абсолютная погрешность измерений
Xtrue – истинное значение измеряемой величины
Xmeas – измеренное значение величины
Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением
абсолютной погрешности измерения к действительному или среднему значению измеряемой
величины
Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной
погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во
всем диапазоне измерений или в части диапазона.

7.

6

8.

7
По способу применения и конструктивному исполнению:
стационарные, щитовые, панельные, переносные
По принципу действия учётом конструкции: с подвижными частями и
без подвижных частей
Для приборов с механической частью также по способу создания
противодействующего момента: механическим противодействием,
магнитным или на основе электромагнитных сил
По характеру шкалы и положению на ней нулевой точки: равномерная
шкала, неравномерная, с односторонней, двухсторонней
(симметричной и несимметричной), с безнулевой шкалой

9.

8
По конструкции отсчётного устройства: непосредственный отсчёт,
со световым указателем — световым зайчиком, с пишущим
устройством, язычковые — вибрационные частотомеры, со шкалой
на оптоэлектронном эффекте — люминофор, ЖК, СИД
По точности измерений: нормируемые и ненормируемые —
индикаторы или указатели
По виду используемой энергии (физическому явлению):
электромеханические, электротепловые, электрокинетические,
электрохимические
По роду измеряемой величины: вольтметры, амперметры,
веберметры, частотомеры, варметры и т. д.

10.

Параметры измерительных приборов
Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, на который
рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной
точностью измерения)
Порог чувствительности — некоторое минимальное или пороговое
значение измеряемой величины, которое прибор может различить
Чувствительность — связывает значение измеряемого параметра с
соответствующим ему изменением показаний прибора
Точность — способность прибора указывать истинное значение измеряемого
показателя (предел допустимой погрешности или неопределённость
измерения)
Стабильность — способность прибора поддерживать заданную точность
измерения в течение определенного времени после калибровки
9

11.

Измерительная установка и
измерительная система
Измерительная установка – это средство измерения, представляющее собой
комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие
функции, используемые для измерения фиксированного количества физических
величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка
используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом
Рис 5 Измерительная установка К2-76
Предназначены для измерений и поверки средств измерений
импульсной и осциллографичсской групп в полосе частот до 18 ГГц
10

12.

11
Измерительная система – это средство измерения, представляющее собой
объединение мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие
функции, находящихся в разных частях определенного пространства и
предназначенных для измерения определенного числа физических величин в
данном пространстве
Рис 6 Flexijet 3D мобильная система трехмерных измерений

13.

Классификация средств измерений
12
Средства измерений можно классифицировать по следующим основным
признакам: тип, вид и метрологическое назначение
Тип - это совокупность средств измерений, имеющих принципиальную
одинаковую схему, конструкцию и изготавливаемых по одним и тем же
техническим условиям
Вид - это совокупность типов средств измерений, предназначенных для
измерений какой-либо одной физической величины
По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на
рабочие средства измерений, предназначенные для измерений физических
величин; метрологические средства измерений, предназначенные для
обеспечения единства измерений
По конструктивному исполнению средства измерений подразделяются на:
меры; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные
системы; измерительные комплексы
По уровню автоматизации - на неавтоматизированные средства измерений;
автоматизированные средства измерений; автоматические средства измерений
По уровню стандартизации: стандартизованные средства измерений;
нестандартизованные средства измерений

14.

Диапазон измерений СИ
13
Диапазон измерений – это диапазон значений величины, в котором
нормированы предельные значения погрешностей. Нижнюю и верхнюю (правую
и левую) границу измерений называют нижним и верхним пределом измерений
Пределы измерения — это минимальное (нижний предел) и максимальное
(верхний предел) значения шкалы прибора.
Приборы выпускают однопредельными и многопредельными.
В многопредельных приборах диапазон измерений разбивается на
поддиапазоны, причём их верхние пределы выбирают так, чтобы существенно
снизить относительную погрешность измерений.
Динамический диапазон D
Динамический диапазон D, определяется как отношение наибольшего
верхнего предела измерений прибора хв к минимальному значению хо
измеряемому прибором.
D=хв/хо

15.

Градуировочная характеристика средства измерений.
Стабильность СИ. Нестабильность средства
измерений. Метрологическая исправность средства
измерений. Метрологическая надежность средства
измерений. Метрологический отказ средства
измерений
14
Градуировочная характеристика средства измерений (градуировочная характеристика)
- зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений,
составленная в виде таблицы, графика или формулы
Метрологическая исправность средства измерений - состояние средства измерений,
при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют
установленным требованиям
Метрологическая надежность средства измерений - свойство средства измерений
сохранять его метрологическую исправность в течение заданного интервала времени
Метрологический отказ средства измерений - выход метрологической характеристики
средства измерений за установленные пределы
Нестабильность средства измерений - изменение во времени метрологических
характеристик средства измерений за установленный интервал времени. Во многих
случаях нестабильность обусловлена старением отдельных элементов средства измерений
Стабильность средства измерений - качественная характеристика средства измерений,
отражающая неизменность во времени его метрологических свойств

16.

15
Погрешность средств измерений
Погрешность измерения — отклонение измеренного значения величины от её
истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является
характеристикой точности измерения
Классификация погрешностей
По форме представления: 1.Абсолютная погрешность, 2.относительная погрешность,
3.приведённая погрешность
По причине возникновения: 1. Инструментальные/приборные погрешности, 2. методические
погрешности, 3. субъективные / операторные / личные погрешности
По характеру проявления: 1. Случайная погрешность, 2. систематическая погрешность, 3.
прогрессирующая (дрейфовая) погрешность, 4. грубая погрешность (промах)

17.

Метрологическая исправность средств
измерений. Метрологический отказ
средств измерений
16
Метрологическая исправность СИ – состояние средств измерений, при
котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют
установленным требованиям. Тогда они могут использоваться в соответствии с
их назначением и метрологическими характеристиками
Метрологический отказ СИ – выход метрологической характеристики средства
измерений за установленные пределы. Если метрологический отказ произошел
из-за технических неполадок, то они должны быть устранены. Если же прибор
технически исправен, то в случае метрологического отказа его класс точности
должен быть понижен
Метрологическая надежность средства измерений (метрологическая
надежность) – надежность средства измерений в части сохранения его
метрологической исправности.
Метрологическую исправность средств измерений устанавливают по
результатам их поверки или калибровки

18.

Эталоны. Первичный, вторичный,
рабочий эталоны. Поверочная схема
17
Эталон — средство измерений (или комплекс средств измерений),
обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу
её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и
утверждённое в качестве эталона в установленном порядке
Рис 7 Эталон метра
Эталон метра из платино-иридиевого
сплава хранится в Национальном
архиве Франции.
Рис 8 Эталон килограмма

19.

Виды эталонов
18
Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с
наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне
научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным
(государственным) и международным
Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от
первичного эталона данной единицы
Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или
иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом
Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в
данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер
единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений
Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим
средствам измерений
Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением
уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории
государства
Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в
качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц,
воспроизводимых и хранимых национальными эталонами

20.

Поверочная схема
19
Поверочная схема – это нормативный документ, устанавливающий соподчинение СИ,
участвующих в передаче участка шкал (размера единицы) от эталона к рабочим СИ с
указанием метода и погрешностей (ГОСТ 8.061-80). Различают государственные и
локальные поверочные схемы. Первые оформляются в виде стандарта (ГОСТ Р или
ГОСТ) и обычно являются частью паспорта соответствующего эталона. Вторые являются
документами внутреннего пользования отрасли (например, отраслевой стандарт),
предприятия, организации
Рис 9 Иерархия эталонов

21.

Международное бюро мер и весов, МБМВ
20
Международное бюро мер и весов, МБМВ (фр. Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) —
постоянно действующая международная организация со штаб-квартирой, расположенной в городе Севр
(предместье Парижа, Франция).
Учреждено в 1875 г., вместе с подписанием Метрической конвенции. Основная задача Бюро
заключается в обеспечении существования единой системы измерений во всех странах-участницах этой
конвенции.
В МБМВ хранятся международные эталоны основных единиц и выполняются международные
метрологические работы, связанные с разработкой и хранением международных эталонов и сличением
национальных эталонов с международными и между собой.
В МБМВ также проводятся исследования в области метрологии, направленные на увеличение
точности измерений.
По состоянию на июль 2014 г. 56 стран являлись членами и 41 страна ассоциированными членами
МБМВ

22.

Всероссийский научно-исследовательский
институт метрологии им. Д. И. Менделеева
(ВНИИМ)
21
Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева
(ВНИИМ) — один из крупнейших центров научной и практической метрологии, головная организация
России по фундаментальным исследованиям в метрологии, главный центр государственных эталонов
России. Подчинен Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии.
Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им.Д.И.Менделеева преемствует
деятельность Главной палаты мер и весов, первого в России и одного из старейших в мире
государственных метрологических учреждений. Сегодня ВНИИМ является одним из крупнейших
мировых центров научной и практической метрологии, головной организацией страны по
фундаментальным исследованиям в метрологии, Главным центром государственных эталонов России.
Подчинен Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии.
В июле 1994 г. Постановлением Правительства РФ ВНИИМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ. Как Государственный научный центр РФ ВНИИМ подчинен Министерству
образования и науки и входит в Ассоциацию государственных научных центров