Что такое цена деления и зачем она нужна?

Цена деления - это важная метрологическая характеристика любого измерительного прибора, показывающая точность измерений.

Основные определения и понятия

Что такое цена деления прибора? Это минимальное изменение входного сигнала, которое может зарегистрировать прибор. Другими словами, цена деления - это разрешающая способность прибора.

Цена деления определяется делениями на шкале прибора. Чем меньше расстояние между делениями на шкале, тем выше точность измерений. Например, для вольтметра с ценой деления 0,1 В каждое деление на шкале соответствует 0,1 В.

Единицы измерения цены деления

В зависимости от типа прибора цена деления может быть выражена в различных единицах:

• Для вольтметра - в вольтах (В) или милливольтах (мВ)
• Для амперметра - в амперах (А) или миллиамперах (мА)
• Для осциллографа - в секундах или миллисекундах при измерении временных интервалов

Для одного и того же типа приборов цена деления может существенно различаться. Это зависит от класса точности и метрологических характеристик конкретной модели.

Что такое цена деления и точность измерений

Чем меньше цена деления прибора, тем он точнее и может зафиксировать меньшие изменения входного сигнала. Однако универсального правила здесь нет:

Для грубых измерений вполне достаточно прибора с бо́льшей ценой деления, зато для прецизионных работ нужен прибор с субмиллиметровой точностью.

Поэтому при выборе прибора для конкретных задач всегда учитывают его цену деления в соответствии с требуемой точностью.

Как определить цену деления на практике

Существует несколько способов определить или проверить реальную цену деления прибора.

Поиск данных о цене деления в документации

Завод-изготовитель всегда указывает цену деления в технической документации на прибор: паспорте, инструкции по эксплуатации, на шильде. Однако на практике реальные характеристики могут отличаться от заявленных.

Расчет цены деления по показаниям прибора

Это наиболее точный способ определения. Он заключается в следующем:

1. Подаем на вход прибора эталонный сигнал известной величины
2. Снимаем показания прибора
3. Меняем эталонный сигнал на величину в 2 раза большую или меньшую
4. Снова снимаем показания
5. Вычисляем цену деления прибора по формуле:

Цена деления = (Показания 2 - Показания 1) / Количество делений между отсчетами

Цена деления = (120 В - 60 В) / 20 дел. = 3 В

По такому же принципу можно определить цену деления любого измерительного прибора - вольтметра, амперметра, осциллографа и пр.

Цена деления прибора и шкала

Если на приборе сохранилась шкала с четкими делениями, то цену деления можно приблизительно определить визуально - посчитав количество делений между двумя метками и разделив это число на их разность.

Например, для амперметра на рисунке при 10 делениях между отметками 2 А и 4 А цена деления составит (4 - 2) А / 10 = 0,2 А.

Однако этот метод менее точен и подходит только для грубой оценки.

Примеры определения цены деления для разных типов приборов

Рассмотрим на практике, как можно определить цену деления для некоторых распространенных типов измерительных приборов.

Вольтметр

Подадим на вход вольтметра эталонное напряжение 100 В от калибратора. Прибор показывает значение 102 В. Затем увеличиваем напряжение до 200 В. Показания составляют 203 В. Вольтметр имеет аналоговую шкалу с 50 делениями между этими двумя точками отсчета.

Цена деления вольтметра = (U2 - U1) / (N2 - N1) = (203 - 102) В / (50 делений) = 2 В

Цена деления амперметра

При измерении токов через резистор подаем напряжение, соответствующее току 0,2 А по закону Ома. Амперметр показывает 0,22 А.

Увеличиваем напряжение в 2 раза, что вызывает удвоение тока. Показания амперметра - 0,44 А. На его шкале 10 делений.

Цена деления = (I2 - I1) / (N2 - N1) = (0,44 - 0,22) А / 10 дел. = 0,022 А или 22 мА

Осциллограф

Подаем на один из входов осциллографа синусоидальный сигнал частотой 1 кГц, на другой прямоугольные импульсы той же частоты. Измеряем временной интервал между импульсами на экране.

При масштабе развертки 0,2 мс/дел получаем 2 деления. Сужаем развертку до 0,1 мс/дел - импульсы разошлись на 4 деления.

Цена деления развертки = (0,2 - 0,1) мс / (4 - 2 дел) = 0,05 мс

Значение цены деления при эксплуатации приборов

Правильный выбор измерительного прибора с оптимальной ценой деления - важная задача для получения достоверных результатов.

Если выбрать прибор с очень грубой шкалой, то мы не сможем зафиксировать мелкие изменения сигнала. С другой стороны, слишком высокая точность также не нужна, поскольку при этом растет стоимость прибора и усложняется работа с ним.

Оптимальная цена деления - такая, которая на порядок меньше ожидаемых изменений сигнала.

Например, если мы ожидаем колебания напряжения от 210 до 250 В, выбираем вольтметр с ценой деления порядка единиц вольт для надежной фиксации мелких изменений в этом диапазоне.

Регулировка цены деления в многофункциональных приборах

Современные осциллографы, мультиметры и другая контрольно-измерительная аппаратура часто имеют возможность программного изменения цены деления.

Так, в цифровом осциллографе можно менять развертку от единиц наносекунд до сотен миллисекунд для охвата сигналов с разными частотными характеристиками. А разрешение АЦП позволяет менять цену деления по вертикали от единиц милливольт до десятков вольт.