Metrologu

Отсчет показаний СИ - фиксация значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени РМГ 29-99 Метрология. Термины и определения

Стрелка прибора показывает значение, находящееся между двумя делениями шкалы, например между 21 и 22. Имеет ли право оператор поделить это расстояние «на глаз» и приписать значение, скажем 21,3? Или необходимо округлять до целого?

Из вопросов на «Главном форуме метрологов»

Ранее мне казалось (точнее, я просто был уверен в этом), что вопрос, приведенный в качестве эпиграфа к настоящей статье, не имеет смысла, но, анализируя многочисленные источники, обнаружил, что не все так однозначно, т.к. в литературе содержится множество противоречивых рекомендаций.

Начну с РМГ 29-99 [1], в которых под отсчетом показаний средства измерений (СИ) понимается «фиксация значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени».

В тех же РМГ 29-99 приведен пример: «зафиксированное в данный момент времени по табло бытового электрического счетчика значение, равное 505,9 кВт-ч, является отсчетом его показаний на этот момент». Здесь все просто, т.к. отсчет показаний осуществляется с помощью цифрового отсчетного устройства.

Как же правильно получить отсчет со шкалы стрелочного измерительного прибора (а также линейки, ардометра и подобных СИ)?

Вот, например, как этот вопрос освещен в одном из учебников [2]: «...при отсчете показаний стрелочных приборов такие погрешности могут быть значительными из-за неправильного отсчета десятых долей деления шкалы, асимметрии, возникающей при установке штриха посередине между двумя рисками, и т.п. Например, погрешности, которые делает экспериментатор при оценивании десятых долей деления шкалы прибора, могут достигать 0,1 деления. Эти погрешности проявляются в том, что для разных десятых долей деления разным экспериментаторам свойственны различные частоты оценок, причем каждый экспериментатор сохраняет присущее ему распределение в течение длительного времени. Так, один экспериментатор чаще, чем следует, относит показания к линиям, образующим края деления, и к значению 0,5 деления. Другой - к значениям 0,4 и 0,6 деления. Третий предпочитает значения 0,2 и 0,8 деления и т.д. В целом, имея в виду случайного экспериментатора, распределение погрешностей отсчитывания десятых долей деления можно считать равномерным с границами ±0,1 деления».

А в другом учебнике (по психологии труда!) [3], ссылаясь на диссертационные исследования [4], автор отмечает: «Специалист сталкивается со следующей ситуацией: когда рабочий пользуется стрелочным измерительным прибором высокой точности (так называемым прецизионным прибором), то субъективная погрешность отсчета (неточное считывание показаний прибора) имеет существенное отрицательное значение для производства. При отсчете показаний по шкале такого прибора рабочий (оператор) должен «на глаз» оценивать десятые доли расстояния между двумя соседними штрихами шкалы. Если деления можно подсчитать, то для ориентировки в ненанесенных на шкале долях деления (а наносить их уже некуда - штрихам уже слишком тесно) нужны какие-то другие средства. Проведя исследования, специалист [4] предложил средство для формирования у оператора навыка точного считывания показаний прибора, сводящееся к следующему: оператор некоторое время тренируется с набором карточек, на каждой из которых изображено то или иное положение стрелки между линиями (0,1; 0,2; 0,3 и т.д.). После тренировок по специальной системе (карточки предъявляются в случайном порядке и каждый раз оператору сообщается истинное значение видимого положения стрелки) все операторы стали производить считывание с более высокой, чем прежде, точностью».

Таким образом, получается, что ценой длительных тренировок можно произвести отсчет показаний с разрешением в 0,1 цены деления шкалы стрелочного прибора.

Далее, определимся, есть ли в этом смысл. А пока приведу выдержки из некоторых нормативных документов (разумеется, есть и другие), в которых установлено именно это требование. 

Так, в пункте 2.2 МИ 2145-91 [5], регламентирующем поверку манометров и вакуумметров деформационных, записано: «Отсчитывание показаний необходимо проводить по поверяемому прибору с абсолютной погрешностью, не превышающей 0,1 цены деления шкалы...». Зачем спрашивается отсчитывать показания с погрешностью 0,04 % при классе точности 0,4?

Аналогичные требования приведены и в пункте 5.7.2.8 Р 50.2.041-2004 [6], регламентирующим поверку ареометров стеклянных: «Если при снятии показаний наблюдаемая линия мениска (его нижний или верхний край) совпадает с одним из штрихов шкалы, то его показание соответствует значению этого штриха. В том случае, если эта линия лежит между двумя штрихами, то видимую часть деления отсчитывают визуально в десятых долях наименьшего деления шкалы по сравнению с соседними и выражают в долях единицы измерений шкалы плотностей (концентраций)». При этом следует помнить, что поверитель должен смотреть на ареометр, который находится в термостате (т.е. в стеклянном сосуде), плавает вжидкости, которая перемешивается, а термостат находится в вытяжном шкафу. Получается, что поверитель смотрит на шкалу ареометра через 4 стекла - ареометра, стеклянного сосуда, стекла вытяжки и лупу (а, может еще и через пятое стекло - через очки!) - не много ли?! Кроме того, учитывая, что жидкость перемешивается (да еще и с пузырьками), а ареометр так и норовит прикоснуться к стенке стеклянного сосуда, как в таких условиях поверитель может зафиксировать значение величины в десятых долях цены деления шкалы?

Да и к чему такие титанические усилия, если пределы погрешности СИ соизмеримы с ценой деления?! Тем более что при поверке стрелочных приборов более удобным является способ, при котором стрелочный указатель поверяемого прибора совмещают с проверяемой отметкой шкалы (рис. 1, а), а погрешность определяют расчетным путем как разность показаний поверяемого прибора и эталона, шкала которого обычно имеет большее число делений (рис. 1, б) [7].

Оставим теперь поверку в стороне и вернемся к исходному вопросу: имеет ли право оператор интерполировать расстояние между делениями шкалы стрелочного прибора «на глаз» или должен округлять зафиксированный отсчет до целого?

Вспомним правила округления [8], одно из которых гласит: «результат измерения округляется до того же десятичного разряда, которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности».

Отсюда следует, что для однозначного ответа   на вопрос, поставленный эпиграфом настоящей статьи, необходимо знать еще и пределы погрешности, регламентированные для СИ, с помощью которого получен отсчет.

Так, если пределы погрешности составляют ±1 цены деления шкалы, то и отсчет должен быть получен с округлением до единиц цены деления шкалы. Если же пределы погрешности составляют меньше цены деления шкалы, то отсчет должен быть получен с округлением «до того же десятичного разряда, которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности», т.е. до долей цены деления шкалы. Например, если пределы погрешности измерительной линейки составляют 0,5 мм, то и отсчет должен быть получен с округлением до 0,5 мм (рис. 2).

А как быть, если пределы погрешности СИ составляют, скажем, ±0,3 цены деления шкалы? Как в этом случае зафиксировать отсчет показаний СИ? Какой погрешностью округления можно пренебречь?

Для ответа на этот вопрос воспользуемся так называемым «критерием ничтожной погрешности» [10], в соответствии с которым «группа погрешностей отбрасывается, если их сумма меньше одной трети максимальной погрешности». В соответствии с этим критерием в последнем примере можно пренебречь погрешностью округления всего ±0,1 цены деления шкалы. Но такие случаи встречаются чрезвычайно редко.