Что такое шаг весов
Точность весов. Дискретность и погрешность весов.
Человечество всегда знало, что каждый материальный предмет имеет свою массу, однако, измерить точный вес объекта стало возможным лишь с изобретением весов. Введение различных мер массы, таких, как килограмм или фунт, тонна, грамм, миллиграмм. Следует отметить, что абсолютную массу предмета измерить невозможно, даже используя сверхчувствительные весовые приборы. Это связано с понятием «точность измерения», которое зависит от двух факторов: дискретности и погрешности.
Многие люди ошибочно считают, что эти понятия тождественны, однако, это не так. Дискретность и погрешность реализованы на разных весах по разному.
Что такое дискретность
Дискретность – это свойство, которое имеет значение, противоположное непрерывности, т.е. «прерывность». Дискретность – это значение, изменяющееся между несколькими различными стабильными состояниями. В качестве примера можно привести механические часы, в которых минутная стрелка перемещается скачкообразно, т.е. дискретно, на одну шестидесятую целой окружности циферблата. Дискретность обозначается как «d».
Понятие дискретности в электронных весах связано с шагом взвешивания и отображения массы. Так например, если на весы, обладающие дискретностью d=5 грамм, (например, весы торговые ВПМ-15.2-Т, или весы с возможностью печати этикеток ВСП-15/5-4ТКС) положить гирю массой в 1 килограмм, то они отобразят на дисплее массу, равную 1 кг. Если же к этому килограмму добавить гирьку массой 3 грамма, то такие весы отобразят на дисплее значение не в 1,003 кг, а в 1,005, поскольку шаг (и, соответственно, дискретность) таких весов равен 5 граммам.
Предельно допустимая погрешность
Предельно допустимая погрешность у весов обозначается величиной «e». Метрологически, такая величина называется «цена поверочного деления». Предельно допустимая погрешность должна быть не более определенной по нормативным документам. Она указывается заводом изготовителем при производстве весов.
Идеальным считается такое соотношение дискретности и цены деления, при котором соблюдается их равенство (d=e). Соотношение должно быть указано на том же шильдике весов, на котором указывается заводской номер.
В соответствующих ГОСТах (например ГОСТ 29329-92), указывается соотношение максимально допустимой погрешности и цены поверочного деления «e» для каждого класса точности весов. Данные об этом соотношении, в обязательном порядке, указываются в приложениях к метрологическому сертификату, который можно найти в описании к типу средства измерения. Для лабораторных весов, такую погрешность указывают в «Руководстве по эксплуатации», которое поставляется вместе с весами.
Для повышения точности взвешивания малого веса, некоторые современные модели электронных весов оборудованы многодиапазонным режимом измерений. В этом режиме, весь диапазон допустимых взвешиваний, подразделяется на несколько. При этом, каждый диапазон имеет свои, отличные от других, значения дискретности и погрешности.
Кстати, высоких показателей дискретности, а следовательно и точности, не стоит ожидать от весов с большим значением НПВ (наибольший предел взвешивания). Поэтому, для точного взвешивания, лучше выбрать весы с наименьшими значениями «e», «d» и НПВ.
Базовые метрологические понятия о весах
Дискретность:
Пример: Например, если дисплей весов показывает вес 1 кг, то при добавлении груза весом 3 г показания будут равны 1,005 кг, т.е. будут меняться с дискретностью d = 5 г. Многие ошибочно полагают, что эта величина d и является погрешностью измерения веса. Однако это не так.
Погрешность или цена поверочного деления
Наибольший предел взвешивания (НПВ)
НПВ это верхняя граница предела взвешивания. НПВ определяет самую большую массу при взвешивании на весах за один раз.
Наименьший предел взвешивания (НмПВ)
НмПВ Очень важно знать, от какого наименьшего предела взвешивания производитель гарантирует указанную в руководстве по эксплуатации погрешность весов. Знать наименьший предел взвешивания принципиально важно, т.к. весы индицируют вес на дисплее даже в случае, если измеряемый вес меньше НмПВ, однако достоверными эти показания считать нельзя.
Класс точности
С 01.07.2001 г. вступил в действие новый ГОСТ 24104-2001 (взамен ГОСТ 24104-1988). Этот ГОСТ разработан на основе международных рекомендаций OIML и подразделяет весы на 3 класса точности:
Калибровка и поверка
Это процедура регулировки цены деления весов.
Часто путают калибровку с поверкой весов. Поверка осуществляется, как правило, раз в год независимыми метрологическим службами (ЦСМ). Поверку производят с целью определения и подтверждения соответствия весов установленным техническими требованиями (ГОСТов, ТУ )
Бывает так, что потребители «довольствуются» этим и не осуществляют калибровку весов, хотя процедура эта – ежедневная. Более того, чем выше класс точности весов, тем чаще придется их калибровать в течение дня.
Калибровка бывает следующих видов:
Классы гирь
Также как и весы, калибровочные гири делятся на несколько классов. Если подходить упрощенно, то чаще всего для типичных весов, находящихся в современных лабораториях, используются гири:
Разумеется, допускается использование гирь более высокого класса для калибровки весов более низкого класса.
Повторяемость или среднеквадратическое отклонение (СКО)
СКО основано на рассмотрении отклонений значений признака отдельных единиц совокупности от средней арифметической. СКО показывает, насколько в среднем колеблется величина признака у единиц исследуемой совокупности, и выражается в тех же единицах измерения, что и варианты.
Защита весов по IP
Чтобы охарактеризовать допустимые условия эксплуатации конкретного электротехнического оборудования, для него устанавливается т.н. класс защиты IP (International Protect). Он кодируется двухзначным (или трехзначным) числом, каждая из цифр которого указывает (по условленной шкале) степень допустимого внешнего воздействия на данное изделие. Название норматива имеет вид IP XY, где первая цифра X указывает степень защиты от пыли и поражения электрическим током, а вторая Y — от воды.
Дискретность, погрешность и класс точности лабораторных весов согласно ГОСТ
Несмотря на развитие современных технологий, определить абсолютную массу предмета не представляется возможным, даже с помощью самых чувствительных приборов. Поэтому специалисты ввели понятие точности измерения, которая напрямую зависит от погрешности и дискретности измерений.
Все весовое оборудование, используемое в лаборатории, делится на 3 класса точности в соответствии с ГОСТ OIML R 1 2011.
Основными характеристиками являются пределы взвешивания (наименьший и наибольший), точность измерений, дискретность и погрешность измерения веса. Они указываются в сопроводительной документации, спецификациях к оборудованию. По поводу последних 3 параметров у неопытных пользователей часто возникают вопросы.
В статье ниже мы рассмотрим основные государственные стандарты, классификацию весового оборудование, важнейшие технические характеристики весов и их отражение в стандартах.
Государственные стандарты для лабораторных весов
Следует отметить, что для лабораторных весов действуют стандарты для весов, предназначенных для статического (не динамического) измерения массы в лабораториях и на предприятиях. Эти стандарты не действуют для весов специального назначения, аптекарских, масс-компараторов, а также для весов, измеряющие массу косвенно (не непрямую).
Итак, одним из первых стандартов, закрепляющих требования к лабораторным весам, является устаревший ГОСТ 24104-88 «Весы лабораторные общего назначения и образцовые» от 1988 г.
Далее, уже в РФ, в 2001 г. был принят новый ГОСТ 24104-2001 «Весы лабораторные», в котором стандарты для лабораторных весов были существенно изменены, а разделение оборудования на весы общего назначения и т.н. образцовые было убрано в принципе. В связи с этим, существенные изменения претерпели классы точности весов:
| Класс точности согласно ГОСТ 24104-2001 | Класс точности согласно ГОСТ 24104-88 |
| I «Специальный» | 1 класс, 2 класс, 3 класс (практически все) |
| II «Высокий» | 4 класс |
| III «Средний» | Многие приборы из из ГОСТ 29329-92 «Весы для статического взвешивания». |
Также были внесены следующие изменения:
Срок действия данного ГОСТ закончился в 2010 г., и далее он был заменен на международный стандарт на весы ГОСТ OIML R 1 2011. Он не содержит существенных технических нововведений, был создан для соответствия мировым (международным) стандартам. Это стало важной вехой для производителей, поставляющих весовое оборудование на экспорт.
Пределы взвешивания
Эта характеристика, которая вызывает наименьшее количество вопросов у потребителя.
Верхний (наибольший) предел взвешивания (НПВ, Max) – это максимальное значение нагрузки (навески), которое может быть отображено на дисплее весов. Если масса образца больше этого значения, то результаты измерений не будут точными.
Нижний (наименьший) предел взвешивания (НмПВ, Min) – это величина массы, ниже которой погрешность измерений будет чрезмерной. Иными словами, дисплей весов не покажет никаких значений.
Нельзя путать НПВ с предельной нагрузкой (Lim). Если масса образца будет больше НПВ, то результат измерений не будет точным. А если масса больше Lim, то прибор сломается.
Дискретность (цена деления)
Дискретность – свойство измерений, обратное непрерывности. Это показатель, изменяющийся между 2 соседним делениями весоизмерительного оборудования (стабильными состояниями). Отсюда название – цена деления (обозначается «d»).
Цена деления – одна из ключевых характеристик стандартов для лабораторных весов. Чем она меньше, тем выше точность весоизмерения. К примеру, если на весы с дискретностью 5 г поставить гирю 3 кг, то на дисплее будет результат 3 кг. Если далее на платформу добавить груз 3.5г, то весы покажут результат взвешивания 3 кг и 5 г. Это вызвано дискретностью оборудования.
Цена поверочного деления (предельно допустимая погрешность)
Это расчетная величина, обозначаемая «e». Она не имеет физического воплощения в оборудовании, однако является важной, т.к. на ее основе определяется класс точности весов и проводится их поверка. Расчет цены поверочного деления производится следующим образом:
Класс точности весов
Согласно действующему ГОСТ OIML R-1-2011, класс точности весов определяется исходя из значения поверочного интервала «e», числа поверочных интервалов «n», значения минимальной нагрузки «Min» (НмПВ).
Требования к лабораторным весам (весам для исследований) как правило, подразумевают под собой I «Специальный» или II «Высокий» класс точности. Также они широко применяются в медицинской, химической, фармацевтической отрасли.
Весы III класса (как правило, порционные, общего назначения) более востребованы в торговле, на предприятиях общественного питания и т.д.
Погрешность весов
Для расчета фактической погрешности весов следует использовать предельно допустимую погрешность весов, а также класс точности.
Даже у самых точных весов (I специального класса) есть погрешность, измеряемая в долях мг. Стандартизация погрешности позволяет преследовать следующие уели:
Большой спектр оборудования является многодиапазонными весами, что позволяет увеличить точность (уменьшить погрешность) проводимых измерений. В этом случае характеристики каждого диапазона взвешивания рассматриваются отдельно.
Надеемся, данные материалы по стандартам для лабораторных весов помогут Вам сделать оптимальный выбор измерительного оборудования.
Дискретность, погрешность и класс точности лабораторных весов согласно ГОСТ
Основные характеристики весов — это пределы взвешивания, точность, дискретность и погрешность. С пределами взвешивания обычно никаких вопросов не возникает, но точность, дискретность и погрешность довольно часто между собой путают.
Про государственные стандарты для лабораторных весов
Требования к лабораторным весам ранее устанавливались в ГОСТе 24104-2001 «Весы лабораторные. Общие технические требования». Этот ГОСТ распространялся на весы, предназначенные для лабораторий различных предприятий и организаций. Срок его действия истек в 2010 году, и на данный момент на все весы (не только на лабораторные) действуют два стандарта:
В них описаны основные термины и определения, дана стандартизация классов и испытаний. По техническому содержанию они одинаковы, но первый стандарт учитывает особенности российского законодательства, а второй специально создавался под соответствие международным стандартам. Обычно лабораторные весы сертифицируются по ГОСТ OIML R 76-1-2011, чтобы производители имели возможность продавать их в других странах.
Пределы взвешивания
Самая понятная характеристика. У весов их два — наибольший (НПВ или Max) и наименьший (НмПВ). Наибольший предел взвешивания — это максимальное значение нагрузки, а наименьший — это значение нагрузки, ниже которого результат взвешивания может иметь чрезмерную относительную погрешность. К примеру, на весах AnD HR-100 AZG можно взвешивать навески от 0,01 до 102 граммов.
Наибольший предел взвешивания не надо путать с предельной нагрузкой (Lim). Если навеска тяжелее НПВ, то весы не смогут её правильно измерить, а если навеска больше предельной нагрузки, то они просто сломаются.
Дискретность (цена деления)
Цена деления (d), согласно определению, это разность значений массы, соответствующих двум соседним отметкам шкалы весов с аналоговым отсчетным устройством, или значение массы, соответствующее дискретности отсчета цифровых весов.
Чем меньше цена деления, тем выше точность измерения. Пример: у весов ВЛТЭ-150 дискретность 0,01 г. Если у нас будет навеска 3,7562 г, то эти весы покажут, что она весит 3,76 г. А вот весы AnD HR-100 AZG с дискретностью 0,0001 г покажут более точное значение.
Цена поверочного деления (предельно допустимая погрешность)
Следующим важным для стандартов является цена поверочного деления e. Это условная величина, которая присутствует только в документах, но посредством которой определяется класс точности весов и осуществляется их поверка.
e определяет предельно допустимую погрешность весов. В большинстве весов с ценой деления порядка 0,01 г и выше e=d, то есть максимальная погрешность определения массы будет совпадать с ценой деления. Но в случае весов, предназначенных для взвешивания очень маленьких навесок, погрешность может быть выше.
Исходя из значения цены поверочного деления, для весов можно вычислить общее число поверочных делений: n=НПВ/е.
К примеру, у нас есть лабораторные весы ВЛТЭ-6100. НПВ у них 6100 г, цена деления 1 г, цена поверочного деления тоже 1 г (то есть у них выполняется условие e=d). Число поверочных делений будет: 6100 / 1 = 6100.
У упоминавшихся уже весов AnD HR-100 AZG НПВ равен 102 г, цена деления — 0,0001 г, цена поверочного деления 0,001 (e=10d). Для них число поверочных делений будет: 102 / 0,001 = 102 000.
Класс точности весов
На основе цены поверочного деления и наименьшего предела взвешивания весам присваивается класс точности.
Для весов класса точности ниже II e должно быть равно d. Для весов специального (I) и высокого (II) классов точности допускается e=2d, e=5d и даже больше, вплоть до e=1000d.
Все лабораторные весы соответствуют либо I, либо II классу точности.
