Метрологические характеристики весов: погрешность, дискретность и классы точности
В практике измерения массы применяется разнообразные приборы и устройства, которые отличаются назначением, областью применением, принципом работы. В данное время на рынке весового оборудования число конструктивных модификаций весов исчисляется тысячами.
В 21 веке используются в основном электронные весы, но также на практике еще изредка применяются механические, а именно рычажные и даже пружинные весы.
Электронные весы подразделяются по принципу взвешивания на:
- Весы для статического взвешивания – весы платформенные, весы автомобильные, вагонные весы, товарные весы и лабораторные аналитические и прецизионные.
- Весы для взвешивания в движении – весы автомобильные подкладные, вагонные весы статико-динамические, весы вагонные динамические.
- Весы автоматические беспрерывного действия для суммарного учета – конвейерные весы и чеквейеры.
- Весы дискретного действия для суммарного учета автоматические – бункерные весы, автоматические весы-дозаторы и другие.
Погрешность весов при взвешивании
Для того, чтобы разобраться, что же такое погрешность весов при взвешивании, немного нужно окунуться в метрологическую терминологию. Погрешность измерения — это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической величины, обозначение ∆.
∆ = х - х ист
Результат измерения - найденное значения физической величины опытным путем с использованием специальных технических средств, обозначение х. Истинное значение физической величины - значение физической величины, которое идеальным образом в количественном и качественном отношении отражало бы соответствующее свойство объекта измерения, обозначение х ист. Физическая величина - свойство, в качественном отношении характерна для многих объектов, явлений или процессов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В зависимости от выбранной классификационной характеристики существуют различные классификации погрешностей измерения, среди которых можно выделить наиболее распространенные:
- по форме выражения;
- по источникам возникновения;
- по закономерностям возникновения и проявления
По форме выражения погрешности делятся на абсолютные и относительные.
Абсолютная погрешность
Абсолютная погрешность весов – разность между результатом измерения массы груза на весах и истинным значением массы данного груза. Абсолютная погрешность по значению равна погрешности измерения и равна
∆ = х - х ист .
Относительная погрешность другие виды погрешностей
Относительная погрешность весов– это отношение абсолютной погрешности весов к условно истинному значению измеряемой величины, то есть к условно истинному значению массы груза, взвешиваемого на весах. Относительная погрешность равна: 
где δ - относительная погрешность; Δ - абсолютная погрешность; 
- истинное значение физической величины – истинное значение массы взвешиваемого груза. Оосновная погрешность (абсолютная, относительная) весов – это погрешность весов, определенная при нормальных условиях. Нормальные условия(i) - совокупность нормированных рабочих условий, которые устанавливаются для обеспечения достоверности взаимного сравнения результатов измерений. Нормированные рабочие(i) условия - условия эксплуатации, устанавливающие диапазон значений влияющих величин, при которых метрологические характеристики весов находятся в пределах нормированных максимально допустимых погрешностей. Нормированные рабочие условия имеют такие показатели: - диапазон температур от минус 10 ºС до плюс 40 ºС; - относительная влажность - 98 % при температуре 25 ºС.
Дополнительные погрешности весов
Дополнительная погрешность –погрешность весов, которая дополнительно возникает при эксплуатации весов в условиях отклонения хотя бы одной из влияющих величин от нормированного значения.
По источникам возникновения погрешности измерения бывают инструментальные, методические и личные (погрешности оператора).
Инструментальная погрешность весов - составляющая погрешности измерения, обусловленная свойствами средства измерительной техники, в данном случае весов. Методическая погрешность - составляющая погрешности измерения, обусловленная несовершенством метода измерения или несоответствием объекта измерения его модели, принятой для измерения. Погрешность оператора - составляющая погрешности измерения, обусловленная индивидуальными свойствами оператора/весовщика.
По закономерностям возникновения и проявления различают систематические, случайные и чрезмерные погрешности.
Систематическая погрешность весов - составляющая общей погрешности измерения, остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность весов - составляющая общей погрешности измерения, меняется случайным образом (как по знаку, так и по величине) при повторных измерениях одной и той же величины. Чрезмерная погрешность - погрешность измерения, которая существенно превышает ожидаемую при данных условиях погрешность. Погрешность весов имеет свои пределы допустимых значений, которые регламентируются нормативным документом - стандартом. Результат значения измеряемой массы груза на весах в пределах допустимых погрешностей весов является приемлемым. Также есть термин «предел допустимой погрешности»(i), вот его значение: предел допустимой погрешности – это самая большая разница, положительная или отрицательная, установленная нормативным документом - стандартом между показанием весов и соответствующим действительным значением рабочих эталонов мер массы (гирь) при условии, что весы находятся в исходном положении и до нагрузки грузом имели нулевые показания.
Дискретность весов – цена действительного деления весов
Дискретность весов - это значение, выраженное в единицах массы, равное: - разнице между значениями двух последовательных отметок шкалы - для аналогового отображения измеряемого значения массы; или - разнице между значениями двух последовательно отраженных показаний - для цифрового отображения измеряемого значения массы. Дискретность весов обозначается, как d.
Цена поверочного деления весов
Цена поверочного деления - значение, выраженное в единицах массы, используемой для классификации, оценки соответствия, поверки весов(ссылка). Цена поверочного деления весов обозначается, как e.
Классы точности весов
Класс точности - обобщенная метрологическая характеристика, определяется границами основной и дополнительной погрешностей весов, а также другими метрологическими характеристиками весов. Классы точности устанавливают в процессе проектирования весов с учетом проведенных испытаний в ходе проведения оценки соответствия требованиям Технического регламента, под действие которого попадают весы. Если в нормативном документе, Техническом регламенте, стандарте, или технических условиях, регламентирующего технические требования к весам конкретного типа, установлено несколько классов точности, то класс точности конкретных весов допускается присваивать при выпуске из производства и проведению испытаний на соответствие метрологическим характеристикам. А также понижать класс точности возможно по результатам периодической поверки (или другого вида поверки) в порядке, предусмотренном действующей методикой поверки данного типа весов.
Класс точности весов для статического взвешивания
Неавтоматические взвешивающие устройства, а именно весы для статического взвешивания: платформенные весы, железнодорожные весы, автомобильные весы, которые используются в законодательно регулируемой метрологии, попадают под действие Технічного регламенту щодо неавтоматичних зважувальних приладів и должны отвечать требованиям стандарта ДСТУ EN 45501 «Метрологічні аспекти неавтоматичних зважувальних приладів». Весы квалифицируют в соответствии с: - ценой поверочного деления e шкалы весов, которая отражает абсолютную точность; - количеством поверочных делений n шкалы, которая отражает относительную точность. Максимально допустимые погрешности выражают через значение цены поверочного деления e. Более подробно о количестве поверочных делений n. Количество поверочных делений n - это отношение значения максимальной нагрузки Max весов до значения цены поверочного деления. Зная максимальную нагрузку Max весов и цену поверочного деления e шкалы весов можно высчитать количество поверочных делений n : n = Max / e Согласно ДСТУ EN 45501 весы для статического взвешивания подразделяются на такие классы точности: - специальный класс точности I - высокий класс точности II - средний класс точности III - обычный класс точности IIII Цена поверочного деления e, количество поверочных делений шкалы n и минимальную нагрузку Min в соответствии с классом точности весов для статического взвешивания приведены в таблице 1. Таблица 1.
| Класс точности весов для статического взвешивания | Цена поверочного деления шкалы, e | Количество поверочных делений, n = Мах / е | Минимальную нагрузка, Min (нижняя граница | |
| минимальное | максимальное | |||
| Специальний (І) | 0,001 г ≤ е a) | 50 000 | – | 100 е |
| Высокий (ІІ) | 0,001 г ≤ е ≤ 0,05 г | 100 | 100 000 | 20 е |
| 0,1 г ≤ е | 5 000 | 100 000 | 50 е | |
| Средний (ІІІ) | 0,1 г ≤ е ≤ 2 г | 100 | 10 000 | 20 е |
| 5 г ≤ е | 500 | 10 000 | 20 е | |
| Обычный (ІІІІ) | 5 г ≤ е | 100 | 1 000 | 10 е |
| a) Обычно невозможно выполнить испытания или поверку весов с е <1 мг из-за неопределенности испытательных нагрузок | ||||
Класс точности весов для динамического взвешивания
Для динамического взвешивания есть также разнообразные типы весов. Класс точности весов для динамического взвешивания обозначается цифрами: 0,2; 0,5; 1; 2. Например, класс точности 0,5 подразумевает, что:
Рассмотрим для наглядности весы вагонные для динамического взвешивания, которые используются в законодательно регулируемой метрологии, попадают под действие Технічного регламенту засобів вимірювальної техніки и отвечают требованиям стандарта ДСТУ OIML R 106-1 «Ваги залізничні платформні автоматичні. Частина 1 . Загальні технічні вимоги. Методи випробування». Согласно ДСТУ OIML R 106-1 вагонные весы для динамического взвешивания подразделяются на 4 класса точности, более подробно в Таблице 2.
Таблица 2
| Класс точности | Процент от значения массы одного вагона или всего поезда | |
| при проведении оценки соответствия, периодической поверке | во время эксплуатации | |
| 0,2 | ± 0,10 % | ± 0,2 % |
| 0,5 | ± 0,25 % | ± 0,5 % |
| 1 | ± 0,50 % | ± 1,0 % |
| 2 | ± 1,00 % | ± 2,0 % |
При взвешивании вагона
Предел допускаемой погрешности во время взвешивания в движении сцепленных или расцепленных вагонов должен соответствовать наибольшему из следующих значений: а) значению, вычисленному по таблице 2 и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы е b) значению, вычисленному по таблице 2 для массы отдельного вагона, которая составляет до 35% от наибольшего значения массы вагона, и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы или c) 1 d.
Пример взвешивания вагона для весов вагонных динамического взвешивания 2-го класса точности:
Масса контрольного вагона = 100 т Наибольшая масса вагона Max = 100 т Цена деления шкалы е = 0,2 т Предел допустимой погрешности в соответствии с пунктом: Таблица 2 пункт a) 1% · 100 т = 1 т; Таблица 2 пункт b) 35% от Max · 100 т = 35 т, следующим образом: 1% = 0,35 т или 0,4 т (округленное значение) для 90% (54 из 60) контрольных вагонов; 2% = 0,7 т для 10% (6 из 60) контрольных вагонов; Таблица 2 пункт c) 1 d = 0,2 т;
При взвешивании поезда
Предел допускаемой погрешности во время взвешивания в движении поезда должен соответствовать наибольшему из следующих значений: а) значению, вычисленному по таблице 2 и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы е b) значению, вычисленному по таблице 2 для массы отдельного вагона, которая составляет до 35% от наибольшего значения массы вагона, умноженного на количество контрольных вагонов этого поезда (не более 10 вагонов) и округленном до ближайшего значения, кратного цене деления шкалы е или c) 1 d для каждого вагона данного поезда, но не более 10 d.
Пример взвешивания поезда для весов вагонных для динамического взвешивания класса точности 1:
Количество вагонов в поезде = 50 Количество контрольных вагонов в поезде = 15 Масса контрольного вагона = 100 т Наибольшая масса вагона Max = 100 т Цена деления шкалы е = 0,2 т Предел допускаемой погрешности соответствии с пунктом: Таблица 2 пункт a) 0,5% · 100 т · 15 контрольных вагонов = 7,5 т; Таблица 2 пункт b) 35% Max · 10 контрольных вагонов = 350 т 0,5% · 350 т = 1,75 т, значение округляется до ближайшей погрешности шкалы Таблица 2 пункт c) 1 d · 10 контрольных вагонов = 2 т.
Вывод
Рассмотрев такие метрологические характеристики весов, как погрешность, дискретность – действительная цена деления, цена поверочного деления и класс точности, видно, что эти характеристики взаимозависимы друг от друга и при изменении одной из характеристик, меняется тип весов. Со значением «тип весов» можно ознакомится в следующей статье.
