Класс точности прибора: Класс точности средств измерений — определение, понятие

Как определить класс точности манометра

Манометр — измерительный прибор, который позволяет установить значение избыточного давления, действующего в трубопроводе или в рабочих частях различных видов оборудования. Такие приборы широко применяются в системах отопления, водоснабжения, газоснабжения, других инженерных сетях коммунального и промышленного назначения. В зависимости от условий эксплуатации измерителя существуют определенные ограничения по допустимому пределу его погрешности. Поэтому важно знать, как определить класс точности манометра.

Что такое класс точности манометра, и как его определить

Класс точности манометра является одной из основных величин, характеризующих прибор. Это процентное выражение максимально допустимая погрешность измерителя, приведенная к его диапазону измерений. Абсолютная погрешность представляет собой величину, которая характеризует отклонение показаний измерительного прибора от действительного значения давления. Также выделяют основную допустимую погрешность, которая представляет собой процентное выражение абсолютного допустимого значения отклонения от номинального значения. Именно с этой величиной связан класс точности.

Существует два типа измерителей давления — рабочие и образцовые. Рабочие применяются для практического измерения давления в трубопроводах и оборудовании. Образцовые — специальные измерители, которые служат для поверки показаний рабочих приборов и позволяют оценить степень их отклонения. Соответственно, образцовые манометры имеют минимальный класс точности.

Классы точности современных манометров регламентируются в соответствии с ГОСТ 2405-88 Они могут принимать следующие значения:

• 0,15;

• 0,25;

• 0,4;

• 0,6;

• 1,0;

• 1,5;

• 2,5;

• 4,0.

Таким образом, этот показатель имеет прямую зависимость с погрешностью. Чем он ниже, тем ниже максимальное отклонение, которое может давать измеритель давления, и наоборот. Соответственно, от этого параметра зависит, насколько точными являются показания измерителя. Высокое значение указывает на меньшую точность измерений, а низкое соответствует повышенной точности.  Чем ниже значение класса точности, тем более высокой является цена устройства.

Узнать этот параметр достаточно просто. Он указан на шкале в виде числового значения, перед которым размещаются литеры KL или CL. Значение указывается ниже последнего деления шкалы.

Указанная на приборе величина является номинальной. Чтобы определить фактический класс точности, нужно выполнить поверку и рассчитать его. Для этого проводят несколько измерений давления образцовым и рабочим манометром. После этого необходимо сравнить показания обоих измерителей, выявить максимальное фактическое отклонение.

Затем остается только посчитать процент отклонения от диапазона измерений прибора.

Определение погрешности

Владельцев измерительных приборов интересует, прежде всего, величина максимальной погрешности, характерной для манометра. Она зависит не только от класса точности, но и от диапазона измерений. Таким образом, чтобы получить значение погрешности, нужно произвести некоторые вычисления.  Например, для манометра с диапазоном измерений, равным 6 МПа, и классом точности 1,5 погрешность будет рассчитываться по формуле 6*1,5/100=0,09 МПа.

Необходимо отметить, что таким способом можно посчитать только основную погрешность.

Ее величина определяется идеальными условиями эксплуатации. На нее оказывают влияние только конструктивные характеристики, а также особенности сборки прибора, например, точность градуировки делений на шкале, сила трения в измерительном механизме. Однако эта величина может отличаться от фактической, поскольку существует также дополнительная погрешность, определяемая условиями, в которых эксплуатируется манометр. На нее может влиять вибрация трубопровода или оборудования, температура, уровень влажности и другие параметры.

Также точность измерения давления зависит от еще одной характеристики манометра — величины его вариации, которую определяют в ходе поверки. Это максимальная разница показаний измерителя, выявленная по результатам нескольких измерений. Величина вариации в значительной мере зависит от конструкции манометра, а именно от способа уравновешивания, которое может быть жидкостным (давлением столба жидкости) или механическим (пружиной). Механические манометры имеют более выраженную вариацию, что часто обусловлено дополнительным трением при плохой смазке или износе деталей, потере упругости пружины и другими факторами.

обозначения, особенности, формулы и стандарты

Автор Electricity На чтение 3 мин. Опубликовано 24.03.2021

Класс точности измерительных приборов – это техническая характеристика, величина которой показывает допустимые пределы погрешности измерений. Ее ведение обосновано невозможностью получить 100% точность из-за наличия ряда механических, электромагнитных и иных воздействий на устройство измерения. Чем ниже класс точности, тем выше корректность получаемых данных при условии прохождения поверки.

Содержание

1. Природа погрешностей и обозначения класса точности
2. Виды измерений
3. Регламентирующие документы

Природа погрешностей и обозначения класса точности

Природа погрешностей связывается с множеством ограничений, которые пока не может преодолеть человек. Последнее связывается с используемыми материалами, с различными силами, которые воздействуют на элемент измерения. Именно поэтому в метрологии и приборостроении было решено ввести понятие класса точности прибора. Для нормирования используется несколько подходов:

• нормирование по результатам измерения;
• нормирование по верхнему пределу шкалы.

Для измерительных приборов стрелочного типа класс точности указывается в виде числа. Это число показывает максимально возможный процент отклонения. К примеру, для вольтметра, который работает в диапазоне 0-30 В при классе точности 1,0 погрешность будет составлять не более 0,3 В. В ряде случаев КТ указывается цифрой с буквой s. В этом случае берется половина деления от минимальной цены деления. Достаточно часто такой характеристикой обозначают элементы, которые не обладают шкалой, к примеру, трансформаторы тока.

Также характеристика иногда указывается арабскими или римскими цифрами, латинскими буквами. В последнем случае рассчитывается абсолютная погрешность. Для арабских цифр показатель рассчитывается на основании приведенной погрешности. В случае с римскими цифрами – по относительной погрешности.

Виды измерений

Погрешность измерения – это величина отклонения от истинного значения измеряемых показателей и величин. Для расчета используются следующие формулы:

1. Абсолютная погрешность: Δ = Xд – Xизм. Рассчитывается путем вычитания от действительного числа измеренное. Выражается в единицах измеряемых показателей.
2. Относительная погрешность: δ = (Δ ⁄ Xд)*100. Показывает процент отклонения по модулю и рассчитывается отношением абсолютной к действительной, умноженной на 100%.
3. Приведённая погрешность: γ = (Δ ⁄ Xн)*100. Рассчитывается на основании нормирующего значения, что позволяет указать диапазон измерений. В этом случае абсолютная делится на нормирующую величину, умноженной на 100%.

Если существует комплекс приборов, то определяется совокупная характеристика. Сначала приводятся погрешности к единому виду, после чего складываются.

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.

Измерительные приборы Класс точности Погрешность

Спецификации точности – Правильное чтение с диапазоном

Точность измерительного прибора зависит от диапазона, в котором измеряется показание. Не все производители приборов указывают точность и диапазоны одинаково. В этой статье исследуется влияние определений диапазона на точность измерений и то, как можно быть внимательным при сравнении точности разных инструментов.

Базовая точность представляет собой наилучшую возможную точность измерительного устройства. В прошлом это основывалось на характеристиках постоянного тока, но сегодня оно определяется и оптимизируется для частоты сети переменного тока.

Производители устройств измерения мощности часто указывают этот термин в своих спецификациях. Поскольку «базовая точность» не имеет стандартного определения, она открыта для искаженных и часто вводящих в заблуждение интерпретаций, таких как следующие примеры:

• Некоторые производители указывают базовую точность на основе типичных или лучших данных вместо гарантированных характеристик.
• Другие не ограничиваются техническими характеристиками напряжения и тока, поскольку диапазон измерения мощности является результатом умножения диапазонов напряжения и тока. Но при этом не учитываются влияние коэффициента мощности, погрешность фазового угла; коэффициент амплитуды, диапазон температур, время прогрева, период стабильности, коэффициент подавления синфазного сигнала и т. д.
• Некоторые производители учитывают только погрешность показаний и не принимают во внимание влияние погрешности диапазона измерения.

Точность и диапазон измерения

Поскольку точность измерения мощности зависит от диапазона измерения, любое заданное значение точности должно сопровождаться диапазоном, в котором оно действительно. Без этого пользователь не может определить, действительны ли значения точности только в одной точке, нескольких точках диапазона измерений или во всем диапазоне.

Но что, если этот диапазон указан по-разному в разных инструментах? Например, точность прибора, когда его диапазон указан в пиковых значениях, кажется гораздо более впечатляющей, чем при использовании среднеквадратичных (среднеквадратических) значений. Как мы можем провести «сравнение яблок с яблоками» погрешностей напряжения и тока для разных приборов? И какие негативные последствия это может иметь при расчете активной мощности? Умножение напряжения, тока и коэффициента мощности на более высокие коэффициенты амплитуды значительно усилит этот эффект.

Как диапазон измерения влияет на характеристики точности

Производители измерителей мощности в основном согласны с определением точности в форме «x % измеренного значения + y % диапазона измерения» , где диапазон измерения мощности — это умножение диапазонов измерения напряжения и тока. Для реалистичных сравнений следует понимать, что составляющая «y% диапазона измерений» также имеет разные определения. Хотя некоторые производители используют номинальный диапазон среднеквадратичных значений в качестве эталона для определения своих спецификаций погрешности, другие используют максимальное измеряемое пиковое значение .

Понимание этих определений является ключом к последовательному сравнению различных инструментов.

Понимание диапазона измерений

Во времена чисто аналоговых измерительных технологий определение диапазона было четким. Если диапазон измерителя среднеквадратичного напряжения был установлен на 250 В, значение полной шкалы составляло 250 В. Для всех данных погрешности, включая класс точности и базовую погрешность, эталонное максимальное значение составляло 250 В.

Однако для цифровых измерительных приборов необходимо понимать больше определений:

1. Диапазон выбора , номинальный диапазон или номинальный диапазон соответствует 100% среднеквадратичного значения диапазона. Он используется для привязки точности к диапазону и выбирается инженером на приборе в зависимости от потребностей его или ее приложений.
2. Диапазон спецификации — это диапазон, в котором действительны спецификации точности. Однако не каждый производитель может гарантировать эти характеристики точности, поскольку для этого требуется калибровка, аккредитованная по стандарту ISO17025.
3. Значение полной шкалы — это максимальное отображаемое значение, выше которого прибор не может отображать измеренные значения.
4. Значение гашения — это минимальное отображаемое значение, ниже которого прибор не может отображать показания.
5. Максимальное измеряемое пиковое значение — это значение, выше которого амплитуды обрезаются из-за динамического предела аналого-цифрового преобразователя (A/D). Это значение определяет, насколько искаженные сигналы могут быть правильно измерены без ограничения, и обычно соответствует установленному коэффициенту амплитуды, умноженному на номинальный/номинальный среднеквадратический диапазон.
6. Максимально допустимый вход — это максимальные пиковые и среднеквадратичные значения напряжения и тока, которые прибор может выдержать до того, как он выйдет из строя.

На приведенном ниже рисунке показаны основные параметры сигнала в номинальном диапазоне 300 В среднеквадратичного значения для Yokogawa WT1800E. При частоте 45-66 Гц спецификация погрешности напряжения 0,03 % от показаний и диапазон 0,05 % действительна и гарантируется от 1 % до 110 % (желтая область до 330 В среднеквадратичного значения) от установленного номинального диапазона. Максимальное измеряемое пиковое значение в 3 раза превышает номинальный диапазон, что обеспечивает самый широкий динамический диапазон для захвата искаженных сигналов.

Рис. 1. Диапазоны измерений со ссылкой на номинальный диапазон.

 

Рис. 2. Измерение формы сигнала с опорным номинальным диапазоном.

 

Выбор эталона для указания погрешности – пиковое или среднеквадратичное значение?

Характеристики точности определяются с использованием эталонного значения диапазона измерения, и, как обсуждалось ранее, для этой цели производители могут выбирать между номинальным диапазоном и максимальным измеряемым пиком. В приведенном ниже примере Yokogawa WT5000 использует номинальный (среднеквадратический) диапазон в качестве эталона для указания диапазона, в котором действуют его характеристики точности. Значения рассчитаны для частоты 45–66 Гц и коэффициента мощности 1. Те ​​же характеристики, полученные с использованием пиковых значений в качестве эталона, обманчиво выглядят гораздо более впечатляющими, как показано в таблице 1.

Таблица 1. Неопределенность диапазона датчика WT5000, указанная с использованием эталонного значения номинального диапазона и пикового диапазона в качестве эталона.

 

Объяснение этому очень простое: при преобразовании неопределенности мощности из опорного значения номинального среднеквадратичного значения (0,02 %) в погрешность, полученную из опорного значения пикового значения, соответствующие коэффициенты амплитуды диапазона для диапазонов напряжения и тока ( 3 в этом примере) необходимо учитывать. Это приводит к делению относительной неопределенности диапазона мощности в 9 раз. дает 0,0022% (без ущерба для точности).

Таким образом, измерение мощности при использовании диапазона напряжения 100 В (среднеквадратичное значение) и диапазона тока 1 действующее значение будет иметь более низкую точность при использовании базовых спецификаций, чем при использовании диапазона напряжения 300 В пикового значения и диапазона тока 3 пикового значения, даже если абсолютная неопределенность остается прежней (рис. 3).

Рис. 3. Относительная и абсолютная погрешности при использовании эталонного значения номинального диапазона и эталонного пикового значения.

 

Чтобы сравнить приборы, использующие эти два разных эталона, можно преобразовать неопределенность эталонного прибора с номинальным диапазоном в его пиковый эталонный эквивалент с коэффициентом, как показано выше. В качестве альтернативы можно рассчитать и сравнить абсолютные погрешности, учитывая влияние их указания в номинальном среднеквадратичном диапазоне или максимальных пиковых значениях.

Почему некоторые производители используют пиковое значение в качестве эталона?

Использование пиковых значений в качестве ориентира для спецификаций неопределенности делает спецификации обманчиво впечатляющими, как показано в предыдущем разделе. Таким образом, спецификация неопределенности 0,005% не обязательно более впечатляющая, чем спецификация 0,05%. Они могут просто использовать разные эталонные значения. Лучшим критерием для сравнения точности инструментов было бы вычисление абсолютной неопределенности показаний и диапазона.

Определения пиковых значений также отвлекают внимание от значений абсолютной неопределенности прибора или плохого динамического диапазона для захвата искажений сигнала. Приборы с низкими, непостоянными или неуказанными коэффициентами амплитуды затрудняют обеспечение достаточного запаса (рис. 5) для захвата искажений и пиков во входном сигнале и могут даже отсекать пики сигналов во время измерений.

Рис. 4. Инструмент с достаточным запасом мощности для захвата искажений.

 

Рис. 5. Инструмент с недостаточным запасом мощности для захвата искажений.

 

Лучше ли использовать в качестве эталона номинальный/номинальный диапазон?

Одним из преимуществ использования номинального или номинального среднеквадратичного диапазона в качестве эталона является то, что это широкополосный метод измерения, не делающий различий между разными частотами. Это упрощает определение погрешности измерения на определенных частотах для различных амплитуд. Как мы узнали из предыдущих разделов, точность инструмента различна на разных расстояниях. Чем ближе показание к полному диапазону измерения, тем оно точнее.

Наилучшая базовая точность прибора достигается, когда показания составляют 100 % диапазона. Неопределенность = x% показание + y% диапазон = x% показание + y% показание (поскольку диапазон = показание).

Но когда показание составляет 50 % от диапазона, т. е. диапазон = 2 x показание, неопределенность увеличивается: Неопределенность = x% показание + y% диапазон = x% показание + y% (2x показание).

В таблице 2 показано влияние выбора различных диапазонов на общую точность показаний.

Таблица 2. Погрешность измерения Yokogawa WT5000 при различных амплитудах с номинальным значением диапазона в качестве эталона. (Действительно при 45-66 Гц, 23±5° и коэффициенте мощности 1).

 

Таким образом, существует простая зависимость между установленным диапазоном и точностью измерения при использовании номинального диапазона в качестве эталона. Преимущество становится еще более очевидным, если взглянуть на характеристики точности гармонического анализа, результаты которого, как правило, представляют собой амплитуды одиночных синусоидальных колебаний с коэффициентом амплитуды 1,414. Здесь как среднеквадратичное значение, так и пиковое значение всегда ниже максимального пика диапазона измерений.

Заключение — Прозрачность для доверия

Теперь мы увидели, что без определенного диапазона достоверности инженер не может быть уверен, в каких точках прибор точен. Надежный измерительный прибор предлагает прозрачный способ оценки его характеристик точности, чтобы пользователи могли оценить его соответствие уникальным требованиям точности своих приложений.

Поскольку не существует стандарта для определения характеристик точности, честное сравнение может быть затруднено. Тогда единственное решение состоит в том, чтобы сравнить точность приборов с расчетными абсолютными неопределенностями, принимая во внимание последствия их указания в номинальном среднеквадратичном диапазоне или максимальных пиковых значениях. Что действительно более практично, так это использование гарантированных неопределенностей измерения, которые учитывают влияние составляющих показаний и диапазона.

Чтобы узнать больше о том, как Yokogawa гарантирует точность своих приборов, посетите нашу страницу калибровки или свяжитесь с нами, чтобы найти наиболее подходящее решение для измерения мощности.

Чтобы рассчитать погрешность для конкретного анализатора Yokogawa, загрузите наш Калькулятор погрешности мощности.

Точность трансформаторов. Измерительные трансформаторы

Принципы обеспечения точности трансформаторов

Измерительные приборы, такие как амперметры, вольтметры, счетчики киловатт-часов и т. д., как электромеханические, так и электронные, сталкиваются с непреодолимыми проблемами проектирования, если сталкиваются с высокими напряжениями или большими токами, обычно используемыми в энергосистемы.

Кроме того, диапазон используемых токов таков, что было бы нецелесообразно производить инструменты в масштабах массового производства, чтобы соответствовать широкому диапазону требуемых диапазонов тока.

Трансформаторы тока поэтому используются с измерительными приборами для:

(a) Изолирования приборов от силовых цепей.

(b) Стандартизируйте приборы, обычно на 5 ампер или 1 ампер.

(Шкала прибора (согласно соотношению CT), то становится единственной нестандартной особенностью прибора)

Классы точности для различных типов измерений установлены в соответствующих стандартах IEEE(ANSI), CAN/CSA, AS или, в нашем случае, в BSEN/IEC 61869. точность, напр. Трансформаторы тока класса 1 имеют погрешность соотношения в пределах 1% от номинального тока. Разность фаз важна при измерении мощности, т. е. при использовании ваттметров, счетчиков киловатт-часов, варметров и измерителей коэффициента мощности.

 

Точность трансформатора

В приведенной ниже таблице указаны пределы погрешности для трансформаторов тока специального назначения с вторичным током 5 А.

 

Особенности конструкции:

Как и во всех трансформаторах, ошибки возникают из-за того, что часть первичного входного тока используется для намагничивания сердечника и не передается на вторичную обмотку. Доля первичного тока, используемого для этой цели, определяет величину ошибки.

Суть хорошей конструкции измерительных трансформаторов тока заключается в обеспечении того, чтобы ток намагничивания был достаточно низким, чтобы гарантировать, что погрешность, указанная для класса точности, не будет превышена. Это достигается за счет выбора подходящих материалов сердечника и соответствующей площади поперечного сечения сердечника. Часто при измерении токов 50 А и выше удобно и технически целесообразно, чтобы первичная обмотка трансформатора тока имела только один оборот .

В этих наиболее распространенных случаях ТТ поставляется только со вторичной обмоткой, при этом первичной обмоткой является кабель или шина главного проводника, который проходит через отверстие ТТ в случае кольцевых ТТ (т. е. с одним первичным витком ) следует отметить, что чем ниже номинальный первичный ток, тем сложнее (и дороже) добиться заданной точности.

Принимая во внимание сердечник определенных фиксированных размеров и магнитных материалов со вторичной обмоткой, скажем, 200 витков (коэффициент тока 200/1 витков, соотношение 1/200) и скажем, что для намагничивания сердечника требуется 2 ампера первичного тока 200 А, ошибка поэтому составляет всего 1% приблизительно. Однако, учитывая 50/1 ТТ с 50 вторичными витками на том же сердечнике, для намагничивания сердечника по-прежнему требуется 2 ампера.