Возможность измерения веса предметов появилась у человека после изобретения специальных технологий и определения различных показателей меры измеряемой массы.
Однако определить абсолютную массу предмета остается невозможным, даже с изобретением сверхчувствительных измерительных приборов. Поэтому человечество ввело понятие “точности измерения”, которое находится в непосредственной зависимости от таких факторов проводимого измерения, как погрешность и дискретность. Многие потребители ошибочно считают, что данные показатели тождественны, однако в зависимости от модели весов они могут реализовываться по разному принципу.
Показатель дискретности
В электронных конструкциях весов дискретность связана непосредственно с применяемым делением взвешивания и отображающимся на дисплее показателем массы.
К примеру, если на весы с дискретностью в 2 грамма установить гирю в 3 кг, то отображаемый на информационном дисплее результат будет соответствовать 3 кг. Если же вы на чашу добавите груз в 1,5 грамма, то весы продемонстрируют вам результат взвешивания в 3 кг и 2 грамма, что и связано с дискретностью оборудования.
Погрешность взвешивания
Для весов любого типа идеальным считается сочетание показателей дискретности и предельно допустимой погрешности, которые равны между собой, то есть d=е. Показатели соотношения можно обнаружить на каждых весах в области, где указан заводской номер измерительного устройства.
Каждый класс точности оборудования для определения массы должен соответствовать определенным стандартам ГОСТ, которые имеют четкие значения соотношения между ценой поверочного деления и дискретностью устройства. Все данные про показатели этих характеристик обязательно указываются в прилагающихся к весам метрологических сертификатах.
При покупке лабораторных весов вы можете обнаружить указание данных показателей в эксплуатационной инструкции, которая поставляется потребителю в комплекте с измерительным оборудованием.
Большинство современных моделей измерительных устройств оснащаются режимом многодиапазонных измерений, что позволяет повысить точность производимых измерений для определения массы исследуемых образцов. При использовании данного режима измерения общее значение диапазона допустимых пределов взвешиваний условно подразделяется на несколько отдельных категорий.
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
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.
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.
Класс точности
е
n
НмПВ
20 000 е 8(495)649-86-60 Филиал в Новосибирске: ул. 1-я Ельцовка, д.1 Тел: 8 (383) 246-14-34 Филиал в Ростове-на-Дону: ул. Механизаторов, с8к1, оф. 20 Тел: 8 (863) 333-29-60 8-800-500-93-80 (бесплатный)
То, что почти каждый окружающий нас предмет имеет определённую массу, было известно человечеству с глубокой древности. Однако выяснить точный вес того или иного предмета стало возможным только после изобретения весов. Но выяснить массу предмета с абсолютной точностью невозможно даже при использовании сверхчувствительных весов. Параметры и точность измерения веса предметов зависит от двух факторов: погрешности и дискретности. В зависимости от типа и модификации весов, дискретность и погрешность проявляют себя по-разному.
Дискретность: что это и зачем она нужна
Дискретность — это значение, которое меняется между несколькими стабильными состояниями. Если речь идёт об электронных весах, то дискретность связана с шагом взвешивания и отображения массы на соответствующем дисплее. К примеру, показатель дискретности электронных весов составляет 5 граммов. Если на них положить гирю, массой 1 килограмм и гирю, массой 3 грамма, то на дисплее отобразится значение массы 1, 005 (а не 1 003, как предполагалось). Это происходит потому, что дискретность весов составляет не 3, а 5.
Погрешность: что это такое
Все марки и модели весов обладают так называемой предельно допустимой погрешностью, то есть, отклонением в точности измерений. Заводы-изготовители весового оборудования обязательно должны указывать предельно допустимую погрешность весов в технической документации к своей продукции. Среди профессионалов погрешность весов обозначается термином «цена поверочного деления».
Весовое оборудование с идеальными техническими и эксплуатационными характеристиками, обладает одинаковыми показателями дискретности и предельно допустимой погрешности в измерениях. Обычно соотношение дискретности и погрешности весов указывается рядом с заводским номером оборудования.
В некоторых случаях показатели дискретности и предельно допустимой погрешности могут разниться. Данные о соотношении этих величин также обязательно должны быть указаны в технической документации, а также на заводском шильдике, на котором значится серийный номер и марка весов.
Для максимальной точности измерения массы (особенно небольших предметов) некоторые модели весового оборудования оснащены многодиапазонным режимом измерений. При этом каждый диапазон взвешивания имеет свои определённые показатели соотношения дискретности и предельно допустимой погрешности.
Небольшие различия в начальных условиях рождают огромные различия в конечном явлении. Жюль Анри Пуанкаре, французский математик
Определения и термины
Шкала́ измерений (лат. scala — лестница) – отображение множества различных проявлений количественного или качественного свойства на принятое по соглашению упорядоченное множество чисел или другую систему логически связанных знаков (обозначений).
Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы измерений.
Ссылка на статьи открывается в новом окне
Что такое дискретность и шкала измерения весов
Дискретным может быть все что угодно:
На простой школьной линейке дискретизация измеряемых значений равна 1 мм
Качество ролика на YouTube 720p60 также означает частоту дискретизации сигнала
Если касаться непосредственно весового оборудования, то можно рассмотреть ситуацию на конкретном примере:
Когда мы определились, что такое объект (масса человека) и чему равна единая дискрета (1 кг), следующим шагом нужно разработать прибор, который бы измерял сколько весит человек. Причем, он должен измерять массу любого человека, а не только того, который весит 72 кг. Вполне логично предположить, что человек вряд ли будет весить больше 200 кг и совершенно точно он не сможет весить меньше 0 кг.
Ссылка на статью на сайте Metrob.ru открывается в новом окне
Аналоговый циферблат с ценой деления шкалы 1 кг
Цифровой индикатор с дискретностью 100 г
Если бы весовое оборудование могло измерять массу со 100% точностью, то мы могли бы наблюдать пару интересных вещей:
Результат измерения нельзя было бы увидеть из-за того, что под воздействием внешних факторов значения прибора бы постоянно изменялись.
Виды шкал измерения
Классификация шкал измерений от самых примитивных до современных.
Шкала наименований (шкала классификации) используется для классификации объектов по качественному признаку без количественной оценки. Используя данный вид шкалы, разные состояния объекта можно лишь констатировать наличие свойства и сравнивать между собой по принципу однотипности. Нельзя сказать что что-то лучше, хуже, больше или меньше. Простым примером может быть присвоение цвета коду тревоги в армии.
Шкала порядка (шкала рангов) применяется для оценки свойств объектов, которые имеют количественные характеристики, но им не может быть присвоено однозначное численное значение по объективным причинам или в этом нет необходимости. С их помощью можно делать простейшие логические операции и давать сравнительную характеристику по типу больше-меньше, лучше-хуже. Примером может быть уровень уровень интеллекта IQ человека, который дает общую оценку на основании теста, но не позволяет однозначно делать выводы об умственных способностях человека. В книге рекордов Гиннеса зафиксирован самый высокий IQ в мире, который принадлежит 10-летней девочке.
Шкала отношений является шкалой интервалов, в которой назначенное значение нуля совпадает с нулем фактическим. В этом случае можно измерять абсолютное значение свойств и, кроме операций сложения и вычитания, применимы операции деления и умножения. Если бы градусник из примера сверху имел шкалу не Цельсия, а Кельвина, то можно было бы сказать, что 10 К не только меньше 20 К на 10 градусов, но и в 2 раза меньше. Именно эту шкалу измерений имеет все весовое оборудование, как электронное, так и механическое.
Абсолютная шкала измерений является шкалой отношений, в которой единицы измерения не выбраны по соглашению, а являются естественными. Примером свойств, которые измеряются на данной шкале являются различные коэффициенты. Если массу в разных странах всегда измеряли по разному и лишь относительно недавно пришли к международной единице СИ килограмм, то КПД (коэффициент полезного действия) всегда и у всех измеряется одинаково. Абсолютная шкала может быть ограниченной (величина коэффициента от 0 до 1) и неограниченной (величина угла в радианах)
Ссылка на статью открывается в новом окне
Другие важные характеристики весового оборудования:
Разница между дискретностью и погрешностью электронных весов
Не так дело обстоит, когда речь идет об электронных весах. У них просто высвечивается результат на индикаторе и даже понять какая дискретность иногда бывает проблематично.
Для начала необходимо немного объяснить принцип действия электронных весов. Они состоят из трех основных узлов:
Грузоприемная платформа. На нее помещается груз, который необходимо взвесить.
Тензометрические датчики веса. Это основной чувствительный элемент электронных весов, который реагирует на изменения и генерирует сигнал, который попадает в весовой терминал.
Весовой терминал. В нем происходит обработка входящего сигнала, который до этого представлял из себя ничего не значащий импульс тока. Именно он производит интерпретацию всех данных, которые регистрируют тензодатчики.
Соответственно, эти все узлы имеют свои характеристики, которые никак не зависят от других и вполне вероятны 5 сценариев работы весов:
Тензодатчик может быть очень чувствительным и способным реагировать на сотые доли грамма, а терминал не способен уловить разницу сигнала и будет показывать с точностью до грамма.
Возможности терминала позволяют регистрировать самые слабые изменения, в то время как тензодатчик не способен реагировать так тонко.
Возможности терминала и тензодатчика соответствуют друг другу, но режим индикации специально настроен так, чтобы округлять полученные значения.
В случае, если индикатор настраивается так, чтобы показывать точнее, чем фактически способна уловить система терминал-тензодатчик, то он будет показывать неверные результаты. Связано это с тем, что тензодатчик все равно генерирует какой-то сигнал в случае нагрузки, а весовой терминал расшифровывает любой входящий сигнал, независимо ни от чего. Никто ведь не запрещает записать в тетрадь длину, измеренную простой рулеткой с точностью до 0,0001 мм.
Можно просто попытаться посмотреть размер погрешности в паспорте изделия, но она там скорее всего не будет указана. Будут указаны дискрета, поверочный интервал, максимальная и минимальная нагрузки, а также ГОСТ, которому оборудование соответствует.
Ссылка на статью открывается в новом окне
Распространенные значения дискрет электронных весов
Нагрузка на весы
Стандартное значение дискреты
3 кг
1 грамм
10 кг
5 грамм
30 кг
10 грамм
60 кг
20 грамм
100 кг
50 грамм
300 кг
100 грамм
600 кг
200 грамм
Ссылка на каталог продукции открывается в новом окне
Интервальность электронных весов
Некоторые модели электронных весов являются многоинтервальными. Это означает, что на разных интервалах измерений они будут показывать результат с разной дискретой.
К примеру, двухинтервальные весы с максимальной нагрузкой 30 кг будут измерять вес так:
на интервале 0. 100 грамм измерять нельзя, так как результат будет некорректен
на интервале 100 г. 15 кг дискрета равна 5 грамм
на интервале 15. 30 кг дискрета равна 10 грамм
Регламент, где определяются размеры интервалы у многоинтервальных весов содержит все тот же ГОСТ OIML R 76-1-2011, про который упоминалось в главе про погрешность.
Здесь же остановимся на простом правиле, как определить интервальность весов.
Во-первых, об этом должно быть указано на шильде, которая находится на корпусе весов и в паспорте оборудования.
Во-вторых, в этом вопросе наблюдается такая же ситуация, как и в случае с дискретой. Обычно интервалы у весов с одинаковой нагрузкой совпадают и меньший интервал с дискретой соответствуют предыдущей стандартной нагрузке с соответствующей ценой деления шкалы измерения.
Ссылка на ГОСТ открывается в новом окне
Ваш персональный инженер в мире измерительного оборудования Сделать запрос на измерительное оборудование
