Ни один прибор в мире не является точным. Величина, которую он измеряет, всегда будет отличаться от истины на ту величину, которую еще называют его погрешностью. Данная погрешность и будет определять класс точности амперметра. Задачей всех производителей измерительной техники, заключается в том, чтобы эта погрешность была, как можно ниже и стремилась к нулю.
Погрешность амперметра устанавливается в результате поверки и сравнении показаний замеров одних и тех же величин с эталонным или образцовым прибором, имеющий более высокий класс точности. При этом значение, полученное на образцовом приборе, считаются действительными.
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:
ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Качество измерительного прибора характеризуется его точностью, которая оценивается погрешностью измерения.
Из рассмотрения вышеизложенного вытекает, что безукоризненно точное измерение электрических величин технически невозможно, т.е. истинное значение измеряемой величины не может быть установлено с помощью измерительного прибора. Поэтому за истинное значение принимают действительное значение измеряемой величины.
Разность между значением величины, измеренной с помощью рабочего прибора а
,, и истинным ее значением
а
называегся абсолютной погрешностью измерения:
Чем меньше абсолютная погрешность в сравнении с измеряемой величиной, тем выше качество измерения. Для характеристики качества измерения вводится относительная погрешность измерения:
Так как величины аи ах
мало отличаются друг от друга, то часто вместо
а
подставляют величину
а„
полученную непосредственно из опыта. На значение абсолютной погрешности измерения влияют главным образом погрешность отсчета показаний, несовершенство методов измерения и погрешность самих приборов.
Погрешности электроизмерительных приборов подразделяются на основные и дополнительные. Основные погрешности характеризуют качество самого прибора, дополнительные погрешности обусловлены отклонением условий эксплуатации от нормальных. Отношение наибольшего значения основной абсолютной погрешности к верхнему пределу измерения прибора определяет качество самого прибора. Это отношение называется приведенной погрешностью. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах, и по значению приведенной погрешности все приборы подразделяются на 8 классов точности: 0.05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4,0. Приборы, имеющие приведенную погрешность более 4%, считаются внеклассными (это щитовые и учебные приборы). Однако класс точности прибора не определяет точность самого измерения. Для доказательства этого положения в случае, когда абсолютная погрешность не зависит от а
, умножим и разделим выражение относительной погрешности на верхний предел измерения ам:
Определение класса точности.
Для того, чтобы пользоваться качественным оборудованием для измерений различных величин необходимо знать погрешность, с какой проводит измерения именно это устройство. Технические характеристики любого измерительного прибора включают в себя следующие показатели, которые обычно указывают на шкале:
- единицу измерения величины, которую определяет устройство;
- система принципа действия (магнитоэлектрическая, электромагнитная, индукционная и другие)
- класс точности прибора;
- положение шкалы устройства (горизонтальное, вертикальное или наклонное);
- напряжение, при котором проводилось испытание изоляции корпуса;
- заводской номер и год выпуска.
- род тока, при котором необходимо проводить измерения ( постоянный, переменный).
Одной из характеристик технического измерительного средства является класс точности – величина, определяемая несколькими погрешностями, а именно их пределами. Формула для определения этой характеристики устройства выглядит следующим образом:
γ = ΔXнаиб / Xпр⋅× 100%, где
ΔXнаиб – максимальная абсолютная погрешность измерений;
Xпр – наибольшее значение на шкале прибора.
Класс точности прибора называют еще приведенной погрешностью. По этому показателю все измерительные аппараты делят на восемь классов:
Приборы, имеющие такие группы погрешностей, называют прецизионными, от английского слова «precision», означающего в переводе на русский – точность. Это самые точные устройства и их применяют при проведении лабораторных исследований.
Следующие четыре класса точности:
используют в технической промышленности, и они так и называются – технические.
Производители измерительных технических устройств проставляют его класс точности на шкале, если пометки нет – аппарат считается внеклассным, а его погрешность в измерениях больше 4%.
Класс точности приборов является характеристикой точности в отношении самих устройств, однако этот показатель не определяет точность проведенных измерений. К примеру, класс точности амперметров характеризуется границами абсолютной погрешности и не гарантирует , что в эти показания не внесут коррективы такие показатели как действие магнитного поля, частота переменного тока и перепады температур, а также другие внешние раздражители.
Классы точности приборов могут быть проставлены как латинской буквой, так и арабской или римской цифрами. Числовые арабские значения означают, что основным показателем точности является приведенная погрешность и должны учитываться наибольшее и наименьшее значения ряда измерений. Римская цифра при обозначении класса точности говорит о том, что точность прибора определялась по значению относительной погрешности.
Если при маркировке класса точности прибора на шкале указано дробное число ( к примеру –« 0,01/0,02»), то это означает, что приведенная погрешность при максимальной шкале равна ±0,01%, а в начале ±0,01%. Это применимо в высокочастотных электроизмерительных приборах.
Для чего используются
Разнообразные виды измерительных трансформаторов встречаются как в небольших приборах размером со спичечный коробок, так и в крупных энергетических установках. Их основное назначение – понижать первичные токи и напряжения до значений, необходимых для измерительных устройств, защитных реле и автоматики. Применение понижающих катушек обеспечивает защиту цепи низшего и высшего ранга, поскольку они разделены между собой.
Понижающие средства разделяют по признакам эксплуатации и предназначены для:
Измерение
Измерительный трансформатор необходим для понижения высокого тока основного напряжения и передачу его на измерительные устройства. Для подключения стандартных приборов к высоковольтной сети потребовались бы громоздкие установки. Реализовывать инструменты таких размеров экономически не выгодно и не целесообразно.
Использование понижающих трансформаторов позволяет применять обычные устройства измерения в обычном режиме, что расширяет спектр их применения. Благодаря снижению напряжения, они не требуют дополнительных модификаций. Трансформатор отделяет высоковольтное напряжение сети от питающего напряжения приборов, обеспечивая безопасность из использования. От их классности зависит точность учета электрической энергии.
Защита
Кроме питания измерительных приборов понижающие трансформаторы подают напряжение на системы защиты и автоматической блокировки. Поскольку в сетевой электросети происходят перепады и скачки напряжения, которое губительно для высокоточного оборудования цепи.
В энергетических установках оборудование делится на силовое и вторичное, которое контролирует процессы первичной схемы подключения устройств. Высоковольтная аппаратура располагается на открытых площадках или устройствах. Вторичное оборудование находится на релейных планках внутри распределительных шкафов.
Промежуточным элементом передачи информации между силовыми агрегатами и средствами измерения, управления, контроля и защиты являются понижающие или измерительные трансформаторы. Они разделяют первичную и вторичную цепь от пагубного воздействия силовых агрегатов на чувствительные измерительные приборы, а также защищают обслуживающий персонал от повреждений.
Класс точности
Во время лабораторных измерений требуется знать точность измерительных средств, которые в свою очередь обладают определенными характеристиками и различаются по устройству. Каждое из средств измерения (СИ) имеют определенные неточности, которые делится на основные и дополнительные. Зачастую возникают ситуации, когда нет возможности или просто не требуется производить подробный расчет. Каждому средству измерения присвоен определенный класс точности, зная который, можно выяснить его диапазон отклонений.
Вовремя выяснить ошибки измерительного средства помогут нормированные величины погрешностей. Под этим определением стоит понимать предельные, для измерительного средства показатели. Они могут быть разными по величине и зависеть от разных условий, но пренебрегать ими не стоит ни в коем случае, ведь это может привести к серьезной ошибке в дальнейшем. Нормированные значения должны быть меньше чем покажет прибор. Границы допустимых величин ошибок и необходимые коэффициенты вносятся в паспорт каждого замеряющего размеры устройства. Узнать подробные значения нормирования для любого прибора можно воспользовавшись соответствующим ГОСТом.
Что такое амперметр и какие величины он измеряет
Амперметр — измерительный прибор, который служит для измерения силы тока [І] в электроцепях. Единицей [І] по системе СИ является ампер [А]. Электрические цепи могут проводить ток разной силы, поэтому градуируют приборную шкалу амперметра с различной градацией от микроампера равного 1 мкА = 1×0 -6 ампер до килоампера равного: 1 кА = 1 000 ампер.
Важно! В электроцепь амперметр включают последовательно, а для повышения границы измерений, используют специальные устройства: трансформаторы, шунты м магнитные усилители.
Поскольку ток в цепи напрямую зависит от величины сопротивления [R] элементов электроцепи, то собственное сопротивление прибора [Rа] должно быть предельно низким, стремится к нулю. Это приведет к уменьшению влияния устройства в процессе замеров тока в цепи, тем самым будет повышена точность измерения.
Класс точности измерительного прибора
Обобщающая характеристика, которая определяется пределами погрешностей (как основных, так и дополнительных), а также другими влияющими на точные замеры свойствами и показатели которых стандартизированы, называется класс точности измерительного аппарата. Класс точности средств измерений дает информацию о возможной ошибке, но одновременно с этим не является показателем точности данного СИ.
Средство измерения – это такое устройство, которое имеет нормированные метрологические характеристики и позволяет делать замеры определенных величин. По своему назначению они бывают примерные и рабочие. Первые используются для контроля вторых или примерных, имеющих меньший ранг квалификации. Рабочие используются в различных отраслях. К ним относятся измерительные:
- приборы;
- преобразователи;
- установки;
- системы;
- принадлежности;
- меры.
На каждом средстве для измерений имеется шкала, на которой указываются классы точности этих средств измерений. Они указываются в виде чисел и обозначают процент погрешности. Для тех, кто не знает, как определить класс точности, следует знать, что они давно стандартизованы и есть определенный ряд значений. Например, на устройстве может быть одна из следующих цифр: 6; 4; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01; 0,005; 0,002; 0,001. Если это число находится в круге, то это погрешность чувствительности. Обычно ее указывают для масштабных преобразователей, таких как:
- делители напряжения;
- трансформаторы тока и напряжения;
- шунты.
Обозначение класса точности
Обязательно указывается граница диапазона работы этого прибора, в пределах которой значение класса точности будет верно.
Те измерительные устройства, которые имеют рядом со шкалой цифры: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5, именуются как прецизионные. Сфера их применения – это точные и особо точные замеры в лабораторных условиях. Приборы с маркировкой 1,0; 1,5; 2,5 или 4,0 называются технические и исходя из названия применяются в технических устройствах, станках, установках.
Возможен вариант, что на шкале такого аппарата не будет маркировки. В такой ситуации погрешность приведенную принято считать более 4%.
Если значение класса точности устройства не подчеркнуто снизу прямой линией, то это говорит о том, что такой прибор нормируется приведенной погрешностью нуля.
Грузопоршневой манометр, класс точности 0,05
Если шкала отображает положительные и отрицательные величины и отметка нуля находится посередине такой шкалы, то не стоит думать, что погрешность во всем диапазоне будет неизменной. Она будет меняться в зависимости от величины, которую измеряет устройство.
Если замеряющий агрегат имеет шкалу, на которой деления отображены неравномерно, то класс точности для такого устройства указывают в долях от длины шкалы.
Возможны варианты измерительных аппаратов со значениями шкалы в виде дробей. Числитель такой дроби укажет величину в конце шкалы, а число в знаменателе при нуле.
Выбор амперметра по метрологическим характеристикам
Наиболее частым источником ошибки при измерении тока считается то, что амперметр имеет ненулевое входное сопротивление. Напряжение, возникающее на измерителе, приводит к снижению напряжения на тестируемом устройстве. Если уменьшение будет значительным, это приведет к значительно меньшему протеканию тока. Другими словами, измеритель не показывает ток, который фактически протекает в сети.
Для того чтобы максимально нивелировать эту погрешность, применяют два основных типа архитектуры измерения: шунтирующие амперметры и с обратной связью.
Погрешность, вызванная шунтирующим измерителем, определяемая в виде частного напряжения амперметра, деленная на выходное сопротивление.
Амперметры с обратной связью ближе к «идеальным». Он вырабатывает напряжение на пути обратной связи операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления. Это напряжение также пропорционально измеряемому току, но не появляется на входе прибора. В результате чувствительные измерители с обратной связью, такие как электрометры и пикоамперметры, имеют нагрузку по напряжению, обычно ограниченную до 200 мкВ.
Для промышленных измерений наиболее часто применяются амперметры аналогового панельного типа. При их выборе следует учитывать такие моменты:
- Выбор типа. При измерении І постоянного, следует выбрать измеритель постоянного тока, то есть с магнитоэлектрическим измерительным механизмом. При измерении переменного тока нужно обратить внимание на форму волны и частоту. Если это синусоида, то измеряют только эффективное значение, с последующим преобразованием в максимальное или среднее значение.
- Класс точности. Чем более высокий класс точности измерителя, тем выше его цена, тем сложнее у него ремонт и метрологическая аттестация. Поэтому для выполнения большинства инженерных измерений достаточно класса точности 1.5, не стоит применять образцовые или лабораторные приборы.
- Выбор шкалы. Чтобы в полной мере использовать возможности амперметра по классу точности, измеряемый показатель должен быть в интервале 1/2
Важно! Внутреннее сопротивление — определяющая величина при выборе измерителя. Ее следует принимать в соответствии с величиной измеряемого импеданса, иначе это приведет к большим ошибкам измерения. Поскольку внутреннее сопротивление отражает энергопотребление самого измерителя, при измерении тока прибор с внутренним сопротивлением следует выбирать, как можно меньшим.
Нормирование
Классы точности средств измерений сообщают нам информацию о точности таких средств, но одновременно с этим он не показывает точность измерения, выполненного с помощью этого измерительного устройства. Для того, чтобы выявить заблаговременно ошибку показаний прибора, которую он укажет при измерении люди нормируют погрешности. Для этого пользуются уже известными нормированными значениями.й
Нормирование осуществляется по:
Формулы расчета абсолютной погрешности по ГОСТ 8.401
Каждый прибор из конкретной группы приспособлений для замера размеров имеет определенное значение неточностей. Оно может незначительно отличаться от установленного нормированного показателя, но не превышать общие показатели. Каждый такой агрегат имеет паспорт, в который записываются минимальные и максимальные величины ошибок, а также коэффициенты, оказывающие влияние в определенных ситуациях.
Регламентирующие документы
Существует несколько нормативно-технических документов, которые регламентируют понятие класса точности и погрешности. Первым документом является ГОСТ 13600-68, где установлен общие положения по делению средств измерения, а также возможные варианты нормирования метрологических показателей. Стандарт не регулирует технические моменты для каждого отдельного прибора, к ним должны применяться инструкции.
Вопросы КТ также представлены в ГОСТ 8.401-80 «Классы точности СИ общие требования». Это основной документ для метрологической службы, которая выполняет поверку приборов измерения. Документ подводит к единообразию характеристик средств измерения, что позволяет сопоставлять величины и определять комплексную погрешность систем измерений.
Виды маркирования
Классы точности абсолютно всех измерительных приборов подлежат маркировке на шкале этих самых приборов в виде числа. Используются арабские цифры, которые обозначают процент нормированной погрешности. Обозначение класса точности в круге, например число 1,0, говорит о том, что ошибочность показаний стрелки аппарата будет равна 1%.
Если в обозначении используется кроме цифры еще и галочка, то это значит, что длина шкалы применяется в роли нормирующего значения.
Латинские буквы для обозначения применяются если он определяется пределами абсолютной погрешности.
Существуют аппараты, на шкалах которых нет информации о классе точности. В таких случаях абсолютную следует приравнивать к одной второй наименьшего деления.
Пределы
Как уже говорилось раньше, измерительный прибор, благодаря нормированию уже содержит случайную и систематические ошибки. Но стоит помнить, что они зависят от метода измерения, условий и других факторов. Чтобы значение величины, подлежащей замеру, было на 99% точным, средство измерения должно иметь минимальную неточность. Относительная должна быть примерно на треть или четверть меньше погрешности измерений.
Базовый способ определения погрешности
При установке класса точности в первую очередь нормированию подлежат пределы допустимой основной погрешности, а пределы допускаемой дополнительной погрешности имеют кратное значение от основной. Их пределы выражают в форме абсолютной, относительной и приведенной.
Приведенная погрешность средства измерения – это относительная, выраженная отношением предельно-допустимой абсолютной погрешности к нормирующему показателю. Абсолютная может быть выражена в виде числа или двучлена.
Если класс точности СИ будет определяться через абсолютную, то его обозначают римскими цифрами или буквами латиницы. Чем ближе буква будет к началу алфавита, тем меньше допускаемая абсолютная погрешность такого аппарата.
Класс точности 2,5
Благодаря относительной погрешности можно назначить класс точности двумя способами. В первом случае на шкале будет изображена арабская цифра в кружке, во втором случае дробью, числитель и знаменатель которой сообщают диапазон неточностей.
Основная погрешность может быть только в идеальных лабораторных условиях. В жизни приходится умножать данные на ряд специальных коэффициентов.
Дополнительная случается в результате изменений величин, которые каким-либо образом влияют на измерения (например температура или влажность). Выход за установленные пределы можно выявить, если сложить все дополнительные погрешности.
Случайные ошибки имеют непредсказуемые значения в результате того, что факторы, оказывающие на них влияние постоянно меняются во времени. Для их учета пользуются теорией вероятности из высшей математики и ведут записи происходивших раньше случаев.
Пример расчета погрешности
Статистическая измерительного средства учитывается при измерении какой-либо константы или же редко подверженной изменениям величины.
Динамическая учитывается при замерах величин, которые часто меняют свои значения за небольшой отрезок времени.
