Обновлено:
Точность измерения прибора
Любой измерительный прибор – от простого термометра до лабораторного осциллографа – имеет погрешность. Показания всегда отклоняются от истинного значения, и задача метрологии – определить и ограничить это отклонение. Точность измерения прибора зависит от конструкции, условий эксплуатации и соблюдения правил поверки.
Что такое точность измерения прибора
Точность измерения прибора – это степень приближения его показаний к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Это комплексная характеристика, которая не выражается одним числом, а складывается из нескольких параметров:
- Абсолютная погрешность – разность между показанием прибора и истинным значением в единицах измеряемой величины
- Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к истинному или измеренному значению, выраженное в процентах
- Приведённая погрешность – отношение абсолютной погрешности к условной величине (обычно к диапазону измерений), в процентах
Термин «точность» в повседневной речи часто используют как синоним «погрешности», но в метрологии это разные понятия. Погрешность – измеримая величина, а точность – качественная оценка. Чем ниже погрешность, тем выше точность.
Виды погрешностей измерительных приборов
Погрешности классифицируют по нескольким признакам.
По характеру проявления
- Систематические – повторяются при каждом измерении с одинаковым знаком и значением. Пример: неправильная калибровка нуля манометра. Устраняются введением поправок
- Случайные – меняются от измерения к измерению без закономерности. Причины: электрические шумы, вибрация, нестабильность среды. Оцениваются статистическими методами
- Грубые (промахи) – резко отличаются от остальных результатов. Возникают из-за ошибок оператора или неисправности прибора. Такие результаты отбрасывают
По источнику
- Инструментальные – заложены в конструкцию прибора (точность шкалы, качество компонентов)
- Методические – обусловлены самим способом измерения (аппроксимация, наводки)
- Субъективные – зависят от оператора (параллакс при отсчёте по стрелочной шкале)
Формулы для расчёта
Абсолютная погрешность:
Δx = xпоказ − xист
Относительная погрешность:
δ = (Δx / x_ист) × 100%
Приведённая погрешность:
γ = (Δx / X_n) × 100%
где X_n – нормирующая величина (верхний предел диапазона измерений или размах шкалы).
Как определить класс точности прибора
Класс точности – нормированная характеристика, которая указывает допустимые пределы погрешности. Он присваивается при изготовлении и маркируется на корпусе или в паспорте прибора.
Стандартные классы точности
| Класс точности | Предельная приведённая погрешность | Примеры приборов |
|---|---|---|
| 0,05 | ±0,05% | Образцовые манометры, эталонные вольтметры |
| 0,1 | ±0,1% | Лабораторные вольтметры, прецизионные термометры |
| 0,2 | ±0,2% | Измерительные трансформаторы |
| 0,5 | ±0,5% | Лабораторные манометры, стрелочные вольтметры |
| 1,0 | ±1,0% | Технические манометры класса «стандарт» |
| 1,5 | ±1,5% | Общепромышленные манометры, термометры |
| 2,5 | ±2,5% | Манометры общего назначения |
| 4,0 | ±4,0% | Приборы для грубых измерений |
Данные соответствуют ГОСТ 8.401-80 (в части классов точности средств измерений).
Правило определения
Чтобы определить допустимую погрешность конкретного прибора, нужно умножить значение класса точности на верхний предел шкалы:
Δmax = (γкласс / 100) × X_n
Пример: манометр класса 1,5 со шкалой 0–16 бар.
Δ_max = (1,5 / 100) × 16 = ±0,24 бар
Значит, в любой точке шкалы показания могут отклоняться от истинного значения не более чем на 0,24 бар.
Что влияет на точность измерений
Даже прибор высокого класса может давать неточные показания, если не учитывать внешние факторы.
Условия окружающей среды:
- Температура – отклонение от номинальной (обычно 20 ± 5 °C) вносит температурную погрешность
- Влажность – влияет на электрические характеристики и механические компоненты
- Атмосферное давление – существенно для барометров и газоанализаторов
- Вибрация и удары – сбивают ноль, повреждают чувствительные элементы
Эксплуатационные факторы:
- Износ деталей – со временем погрешность возрастает
- Нарушение межповерочного интервала – неповеренный прибор не гарантирует точность
- Неправильный выбор диапазона – измерения в нижней части шкалы дают наибольшую относительную погрешность
- Параллакс – ошибка отсчёта при взгляде на стрелку под углом
Методические факторы:
- Сопротивление подключённых проводов (для электроизмерений)
- Ёмкость и индуктивность цепи
- Импеданс нагрузки – подключение прибора к цепи изменяет измеряемый параметр
Как повысить точность измерения прибора
Полностью устранить погрешность невозможно, но можно минимизировать её влияние.
- Выбирайте прибор с запасом по классу точности. Если допустимая погрешность измерения – 1%, используйте прибор класса 0,5, а не 1,0
- Используйте средний участок шкалы. Оптимальный диапазон для отсчёта – от 1/3 до полной величины верхнего предела. В начале шкалы относительная погрешность максимальна
- Проводите калибровку по эталону. Сопоставление показаний с эталонным прибором позволяет ввести поправки
- Соблюдайте условия эксплуатации. Поддерживайте температуру и влажность в пределах, указанных в паспорте прибора
- Следите за межповерочным интервалом. Своевременная поверка подтверждает, что прибор соответствует заявленному классу точности
- Усредняйте результаты. При многократных измерениях случайные погрешности компенсируют друг друга. Среднее арифметическое n измерений точнее единичного результата в √n раз
- Учитывайте влияние прибора на цепь. Для электроизмерений – выбирайте приборы с высоким входным сопротивлением, для механических – минимизируйте массу подвижных частей
Стандарты и нормативные документы
Метрологические требования к измерительным приборам регулируются рядом документов:
- ГОСТ 8.401-80 – классы точности средств измерений. Определяет ряды предельных приведённых погрешностей
- ГОСТ 8.009-84 – нормируемые метрологические характеристики средств измерений
- ГОСТ 12.2.003-91 – безопасность оборудования, включая требования к точности контрольных приборов
- ФЗ № 102 «Об обеспечении единства измерений» – устанавливает обязательную поверку для средств измерений в сфере государственного регулирования
- Р 50.2.077-2020 (ГСИ) – порядок калибровки средств измерений
Актуальность нормативных документов рекомендуется проверять на сайте Росстандарта.
Точность, чувствительность и разрешающая способность – в чём различие
Эти три характеристики часто путают, хотя они описывают разные свойства прибора:
- Точность – насколько показания близки к истинному значению. Определяется погрешностью
- Чувствительность – отношение изменения показания к изменению входной величины. Чувствительный прибор реагирует на малейшие колебания, но это не гарантирует точность
- Разрешающая способность – наименьшее изменение входной величины, которое прибор способен зафиксировать. У цифрового мультиметра с 4,5 разряда – 0,0001 единицы измерения
Пример: термометр с ценой деления 0,1 °C имеет высокую разрешающую способность, но если его погрешность ±2 °C, то точность остаётся низкой.
Часто задаваемые вопросы
Чем отличается точность от погрешности прибора?
Точность – качественная характеристика, показывающая близость результата измерения к истинному значению. Погрешность – количественная величина, определяющая отклонение показаний от действительного значения. Чем меньше погрешность, тем выше точность прибора.
Какой прибор считается более точным: с классом 0,05 или 2,5?
Более точным считается прибор с классом 0,05. Числовое значение класса точности соответствует предельной приведённой погрешности в процентах: чем оно меньше, тем прибор точнее.
Можно ли повысить точность прибора после покупки?
Калибровка и регулярная поверка помогают поддерживать заявленную точность, но не превышать её. Для более точных измерений потребуется прибор другого класса. На точность также влияют условия эксплуатации – стабильная температура и отсутствие вибраций снижают погрешность.
Что означает надпись «класс 1,5» на манометре?
Класс 1,5 означает, что предельная приведённая погрешность прибора не превышает ±1,5% от диапазона измерений. Например, для манометра со шкалой 0–100 бар допустимое отклонение составит ±1,5 бар в любой точке шкалы.
Как часто нужно проводить поверку измерительных приборов?
Межповерочный интервал зависит от типа прибора и указан в его паспорте. Для манометров он обычно составляет 1–2 года, для электроизмерительных приборов – от 1 до 4 лет. Поверка обязательна для приборов, используемых в сфере государственного метрологического контроля.
Влияет ли диапазон измерений на точность прибора?
Да, существенно. Относительная погрешность растёт при измерениях в начале шкалы. Оптимальный диапазон для точных показаний – от 1/3 до полной величины верхнего предела шкалы. Измерения ниже 1/3 диапазона дают значительную погрешность.