Метрологічні характеристики ваг: похибка, дискретність та класи точності
В практиці вимірювання маси застосовується різноманітні прилади та пристрої, які відрізняються призначенням, областю застосуванням, принципом роботи. В даний час на ринку вагового обладнання число конструктивних модифікацій ваг обчислюється тисячами.
У 21 столітті використовуються в основному електронні ваги, але також на практиці ще зрідка застосовуються механічні, а саме важелі і навіть пружинні ваги.
Електронні ваги поділяються за принципом зважування на:
- Ваги для статичного зважування – ваги платформні, ваги автомобільні, вагонні ваги, товарні ваги і лабораторні аналітичні та прецизійні.
- Ваги для зважування в русі – ваги автомобільні підкладні, вагонні ваги статико-динамічні, ваги вагонні динамічні.
- Ваги автоматичні безперервної дії для сумарного обліку – конвеєрні ваги і чеквейер.
- Ваги дискретної дії для сумарного обліку автоматичні – бункерні ваги, автоматичні ваги-дозатори та інші.
Похибка ваг при зважуванні
Для того, щоб розібратися, що ж таке похибка ваг при зважуванні, трохи потрібно зануритися в метрологічну термінологію. Похибка вимірювання — це відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної фізичної величини, позначення ∆.
∆ = х – х іст
Результат вимірювання – знайдене значення фізичної величини дослідним шляхом з використанням спеціальних технічних засобів, позначених х. Істинне значення фізичної величини – значення фізичної величини, яке ідеальним чином в кількісному і якісному відношенні відображало б відповідне властивість об’єкта вимірювання, позначення х ист. Фізична величина – властивість, в якісному відношенні характерна для багатьох об’єктів, явищ або процесів, але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них. Залежно від обраної класифікаційної характеристики існують різні класифікації похибок вимірювання, серед яких можна виділити найбільш поширені:
- за формою вираження;
- за джерелами виникнення;
- по закономірностям виникнення і прояви.
За формою вираження похибки поділяються на абсолютні і відносні
Абсолютна похибка
Абсолютна похибка ваг – різниця між результатом вимірювання маси вантажу на вагах і істинним значенням маси даного вантажу. Абсолютна похибка за значенням дорівнює похибки вимірювання і дорівнює
∆ = х – х ист .
Відносна похибка інші види похибок
Відносна похибка ваг– це відношення абсолютної похибки ваг до умовно істинного значення вимірюваної величини, тобто до умовно істинного значення маси вантажу, що зважується на вагах. Відносна похибка дорівнює: 
де δ – відносна похибка; Δ – абсолютна похибка; 
– істинне значення фізичної величини – справжнє значення маси вантажу, що зважується. Основна похибка (абсолютна, відносна) ваг – це похибка ваг, певна при нормальних умовах. Нормальні умови(i) – сукупність нормованих робочих умов, які встановлюються для забезпечення достовірності взаємного порівняння результатів вимірювань. Нормовані робочі (i) умови – умови експлуатації, які встановлюють діапазон значень впливаючих величин, при яких метрологічні характеристики ваг знаходяться в межах нормованих максимально допустимих похибок. Нормовані робочі умови мають такі показники: – діапазон температур від мінус 10 ºС до плюс 40 ºС; – відносна вологість – 98% при температурі 25 ºС.
Додаткові похибки ваг
Додаткова похибка –похибка ваг, яка додатково виникає при експлуатації ваг в умовах відхилення хоча б однієї з впливаючих величин від нормованого значення.
За джерелами виникнення похибки вимірювання бувають інструментальні, методичні та особисті (похибки оператора).
Інструментальна похибка ваг – складова похибки вимірювання, обумовлена властивостями засоби вимірювальної техніки, в даному випадку ваг. Методична похибка складова похибки вимірювання, обумовлена недосконалістю методу вимірювання або невідповідністю об’єкта вимірювання його моделі, прийнятої для вимірювання. Похибка оператора – складова похибки вимірювання, обумовлена індивідуальними властивостями оператора/вагаря.
За закономірностям виникнення і прояву розрізняють систематичні, випадкові і надмірні похибки.
Систематична похибка ваг – складова загальної похибки вимірювання, залишається постійною або закономірно змінюється при повторних вимірах однієї і тієї ж величини. Випадкова похибка ваг складова загальної похибки вимірювання, змінюється випадковим чином (як по знаку, так і за величиною) при повторних вимірах однієї і тієї ж величини. Надмірна похибка – похибка вимірювання, яка істотно перевищує очікувану за даних умов похибка. Похибка ваг має свої межі допустимих значень, які регламентуються нормативним документом – стандартом. Результат значення вимірюваної маси вантажу на вагах в межах допустимих похибок ваг є прийнятним. Також є термін «межа допустимої похибки» (i), ось його значення: межа допустимої похибки – це найбільша різниця, позитивна чи негативна, встановлена нормативним документом – стандартом між показанням ваг і відповідним дійсним значенням робочих еталонів заходів маси (гирь) за умови , що ваги знаходяться в початковому положенні і до навантаження вантажем мали нульові показання.
Дискретність ваг – ціна дійсного ділення ваг
Дискретність ваг – це значення, виражене в одиницях маси, рівне: – різниці між значеннями двох послідовних відміток шкали – для аналогового відображення вимірюваного значення маси; або – різниці між значеннями двох послідовно відображених показань – для цифрового відображення вимірюваного значення маси. Дискретність ваг позначається, як d.
Ціна повірочної поділки ваг
Ціна повірочної поділки – значення, виражене в одиницях маси, використовуваної для класифікації, оцінки відповідності, перевірки вагів (посилання). Ціна повірочної поділки ваг позначається, як e.
Класи точності ваг
Клас точності – узагальнена метрологічна характеристика, визначається межами основної і додаткової похибок ваг, а також іншими метрологічними характеристиками ваг. Класи точності встановлюють в процесі проектування ваг з урахуванням проведених випробувань в ході проведення оцінки відповідності вимогам Технічного регламенту, під дію якого потрапляють ваги. Якщо в нормативному документі, Технічному регламенті, стандарті, або технічних умовах, що регламентує технічні вимоги до ваг конкретного типу, встановлено кілька класів точності, то клас точності конкретних ваг допускається привласнювати при випуску з виробництва та проведення випробувань на відповідність метрологічних характеристик. А також знижувати клас точності можливо за результатами періодичної повірки (або іншого виду перевірки) в порядку, передбаченому чинною методикою повірки даного типу ваг.
Клас точності ваг для статичного зважування
Неавтоматичні вагові пристрої, а саме ваги для статичного зважування: платформні ваги, залізничні ваги, автомобільні ваги, які використовуються в законодавчо регульованій метрології, потрапляють під дію Технічного регламенту щодо неавтоматичних зважувальних приладів і повинні відповідати вимогам стандарту ДСТУ EN 45501 «Метрологічні аспекти неавтоматичних зважувальних приладів». Ваги кваліфікують відповідно до: – ціни повірочної поділки e шшкали ваг, яка відображає абсолютну точність;- кількості повірочних поділок n шкали, яка відображає відносну точність. Максимально допустимі похибки виражають через значення ціни повірочної поділки e. Більш докладно про кількість повірочних поділок n. Кількість повірочних поділок n – це відношення значення максимального навантаження Max ваг до значення ціни повірочної поділки. Знаючи максимальне навантаження Max ваг і ціну повірочної поділки e шкали ваг можна вирахувати кількість повірочних поділок n : n = Max / e Згідно ДСТУ EN 45501 ваги для статичного зважування поділяються на такі класи точності: – спеціальний клас точності I, – високий клас точності II, – середній клас точності III, – звичайний клас точності IIII. Ціна повірочної поділки e, кількість повірочних поділок шкали n і мінімальне навантаження Min відповідно до класу точності ваг для статичного зважування наведені в таблиці 1.
Таблиця 1.
| Клас точності ваг для статичного зважування | Ціна повірочної поділки шкали, e | Кількість повірочних поділок,, n = Мах / е | Мінімальне навантаження, Min (нижня межа) | |
| максимальне | ||||
| Спеціальний (І) | 0,001 г ≤ е a) | 50 000 | – | 100 е |
| Високий (ІІ) | 0,001 г ≤ е ≤ 0,05 г | 100 | 100 000 | 20 е |
| 0,1 г ≤ е | 5 000 | 100 000 | 50 е | |
| Середній (ІІІ) | 0,1 г ≤ е ≤ 2 г | 100 | 10 000 | 20 е |
| 5 г ≤ е | 500 | 10 000 | 20 е | |
| Звичайний (ІІІІ) | 5 г ≤ е | 100 | 1 000 | 10 е |
| a)Зазвичай неможливо виконати випробування або повірку ваг з е <1 мг через невизначеність випробувальних навантажень | ||||
Клас точності ваг для динамічного зважування
Для динамічного зважування є також різноманітні типи ваг. Клас точності ваг для динамічного зважування позначається цифрами: 0,2; 0,5; 1; 2. Наприклад клас точності 0,5 має на увазі, що:
Розглянемо для наочності ваги вагонні для динамічного зважування, які використовуються в законодавчо регульованій метрології, потрапляють під дію Технічного регламенту з засобів вимірювальної техніки та відповідають вимогам стандарту ДСТУ OIML R 106-1 «Ваги залізничні платформні автоматичні. Частина 1. Загальні технічні вимоги. Методи випробування». Згідно ДСТУ OIML R 106-1 вагонні ваги для динамічного зважування поділяються на 4 класу точності, більш детально в Таблиці 2.
Таблиця 2
| Клас точності | Відсоток від значення маси одного вагона або всього поїзда | |
| при проведенні оцінки відповідності, періодичній повірці | під час експлуатації | |
| 0,2 | ± 0,10 % | ± 0,2 % |
| 0,5 | ± 0,25 % | ± 0,5 % |
| 1 | ± 0,50 % | ± 1,0 % |
| 2 | ± 1,00 % | ± 2,0 % |
При зважуванні вагона
Межа похибки під час зважування в русі зчеплених або розчеплених вагонів повинен відповідати найбільшому з наступних значень: а) значенням, обчисленим по таблиці 2 і округленому до найближчого значення, кратного ціні поділки шкали е b) значенням, обчисленим по таблиці 2 для маси окремого вагона , яка становить до 35% від максимального значення маси вагона, і округленому до найближчого значення, кратного ціні поділки шкали або c) 1 d.
Приклад зважування вагона для ваг вагонних динамічного зважування 2-го класу точності:
Маса контрольного вагона = 100 т Найбільша маса вагона Max = 100 т Ціна поділки шкали е = 0,2 т Границі відносної похибки відповідно до пункту: Таблиця 2 пункт a) 1% · 100 т = 1 т; Таблица 2 пункт b) 35% від Max · 100 т = 35 т, в такий спосіб:або 0,4 т (округлене значення) для 90% (54 з 60) контрольних вагонів; 2% = 0,7 т для 10% (6 з 60) контрольних вагонів; Таблиця 2 пункт c) 1 d = 0,2 т;
При зважуванні поїзда
Межа похибки під час зважування в русі поїзда повинна відповідати найбільшому з наступних значень: а) значенням, обчисленому по таблиці 2 і округленому до найближчого значення, кратного ціні поділки шкали е b) b) значенням, обчисленому по таблиці 2 для маси окремого вагона, яка становить до 35% від максимального значення маси вагона, помноженого на кількість контрольних вагонів цього поїзда (не більше 10 вагонів) і округленому до найближчого значення, кратного ціні поділки шкали е або c) 1 d для каждого вагона данного поезда, для кожного вагона даного поїзда, але не більше 10 d.
Приклад зважування поїзда для ваг вагонних для динамічного зважування класу точності 1:
Кількість вагонів в поїзді = 50 Кількість контрольних вагонів в поїзді = 15 Маса контрольного вагона = 100 т Найбільша маса вагона Max = 100 т Ціна поділки шкали е = 0,2 т Межа похибки відповідно до пункту: Таблиця 2 пункт a) 0,5 % · 100 т · 15 контрольних вагонів = 7,5 т; Таблиця 2 пункт b) 35% Max · 10 контрольних вагонів = 350 т 0,5% · 350 т = 1,75 т, значення округляється до найближчої похибки шкали Таблиця 2 пункт c) 1 d · 10 контрольних вагонів = 2 т.
Висновок
Розглянувши такі метрологічні характеристики ваг, як похибка, дискретність – фактична ціна ділення, ціна повірочної поділки і клас точності, видно, що ці характеристики взаємозалежні один від одного і при зміні однієї з характеристик, змінюється тип ваг. Зі значенням «тип ваг» можна ознайомитись в наступній статті.
