Метрологические характеристики прибора

Метрологические характеристики прибора — это свойства средства измерений, влияющие на результат измерения и его погрешность. Именно по ним оценивают, пригоден ли прибор для конкретной задачи, и на них опираются при поверке и калибровке. К основным метрологическим характеристикам средств измерений относят диапазон измерений, цену деления, чувствительность, вариацию показаний и нестабильность (дрейф). Номенклатуру нормируемых характеристик устанавливает ГОСТ 8.009-84, а термины — РМГ 29-2013. Ниже разобрано, что означает каждая характеристика, где её искать в документации и как применять на практике.

Что такое метрологические характеристики

Метрологическая характеристика (МХ) — характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерения и на его погрешность. Комплекс МХ, нормируемых для конкретного типа прибора, задаёт нормативная документация: описание типа средства измерений, технические условия, паспорт. Нормируемые метрологические характеристики (НМХ) и правила их выбора устанавливает ГОСТ 8.009-84; терминология приведена в РМГ 29-2013.

МХ отвечают на главный вопрос: какой прибор и в каком диапазоне обеспечит требуемую точность измерения — и насколько результату можно доверять.

Диапазон измерений

Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Его границы называют нижним и верхним пределами измерений. От диапазона показаний (области, ограниченной начальным и конечным значениями шкалы) он отличается тем, что относится именно к области с гарантированной точностью.

Работа вне диапазона измерений недопустима: за его пределами погрешность прибора не нормирована, и результату доверять нельзя, даже если стрелка или индикатор что-то показывают.

Цена деления и разрешение

Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Она определяет, с каким шагом можно снимать показания у аналогового прибора: чем меньше цена деления, тем тоньше отсчёт.

У цифровых приборов аналогом служит разрешение — единица младшего разряда, то есть наименьшее различимое изменение показания. Важно не смешивать эту величину с точностью: мелкая цена деления или высокое разрешение сами по себе не гарантируют малой погрешности, а лишь позволяют детальнее считывать результат.

Чувствительность

Чувствительность средства измерений — отношение изменения сигнала на выходе к вызывающему его изменению измеряемой величины.

С чувствительностью связан порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение показаний. Он определяет, насколько малые изменения прибор вообще способен различить.

Погрешность и класс точности

Погрешность — отклонение показания прибора от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Её выражают в нескольких формах.

Класс точности — обобщённая характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей. Общие положения деления приборов на классы точности, способы нормирования и обозначения устанавливает ГОСТ 8.401-80. Класс точности выбирают из установленного стандартом ряда предпочтительных значений и наносят на шкалу, корпус или указывают в документации.

Вариация показаний

Вариация показаний — разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона при подходе к ней со стороны меньших и со стороны больших значений измеряемой величины. По сути это проявление гистерезиса измерительного механизма.

Причины вариации — трение в опорах, люфты, упругое последействие чувствительных элементов, гистерезис магнитных и механических узлов. Предел допускаемой вариации нормируют в документации на прибор, нередко в долях предела основной погрешности или в делениях шкалы.

Нестабильность и дрейф

Нестабильность — изменение метрологической характеристики средства измерений за установленный интервал времени. Медленное одностороннее изменение показаний, не связанное с измеряемой величиной, обычно называют дрейфом (в частности, дрейфом нуля).

Причины — старение элементов, температурные и временны́е изменения свойств материалов, износ. Именно нестабильность во времени делает необходимой периодическую поверку и калибровку: характеристики прибора со временем уходят, и их нужно контролировать. В сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений требования к поверке установлены законодательно.

Дрейф не устраняется тонким считыванием шкалы. Его контролируют регулярной поверкой (калибровкой) и, где предусмотрено, коррекцией нуля перед измерением.

Где смотреть и как применять

Метрологические характеристики конкретного прибора приведены в его документации. Ориентироваться следует на официальные и эксплуатационные источники, а не на общие описания.

1. Сопоставьте задачу и диапазон. Измеряемая величина должна лежать внутри диапазона измерений прибора.
2. Проверьте точность, а не разрешение. Ориентируйтесь на класс точности и пределы погрешности, а не только на число знаков.
3. Учтите условия применения. Дополнительные погрешности возникают при выходе за нормальные условия (температура, влажность и др.).
4. Контролируйте актуальность поверки. Просроченная поверка обесценивает результат независимо от характеристик прибора.

Частые вопросы