Виды систематических погрешностей.

В зависимости от характера измерения (проявления) систематические погрешности подразделяют на:

1) Элементарные

Элементарные погрешности можно условно разделить на:

1.1) Постоянные. (Ds = a, или Ds = const)

1.2) Прогрессирующими - монотонно возрастающие или монотонно убывающие погрешности

1.3) Периодические – погрешности, изменение которых можно описать периодической функцией.

y

y

y

Ds

Ds

Ds

а б в

а

Ds

j

г д е

Ds

y

Ds

y

Рис. 4. Виды простейших систематических погрешностей: а – постоянные, б, в – прогрессирующие (линейная и нелинейная), г, д – прогрессирующие нелинейные (предложены варианты аппроксимации прямыми линиями), е – периодические (гармонические).

 

 

Постоянные систематические погрешности представлены в графической форме на рис. 4а (Ds = a, или Ds = const), а переменные – на рис. 4 б – е. Простейшие переменные систематические погрешности, которые аппроксимируют графиками без перегибов (монотонно изменяющиеся или прогрессирующие) показаны на рис. 4 б – г, а периодические или гармонические погрешности – на рис. 4 е.

Обычно для описания и для аппроксимации систематической погрешности подбирают наиболее простую функцию, например линейную для прогрессирующей погрешности. Такой же упрощенный подход применяют и для аппроксимации гармонической систематической погрешности, которая может быть описана как синусоида, косинусоида, пилообразная либо другая периодическая функция.

Систематическая погрешность может иметь не только элементарный, но и более сложный характер, который можно аппроксимировать функцией, включающей приведенные простые составляющие.

2) Изменяющиеся по сложному закону - образуются при объединении нескольких систематических погрешностей.

Сложная систематическая погрешность, включающая постоянную, прогрессирующую и периодическую составляющую, в общем виде может быть описана выражением

Ds = a + by + dsinj,

где a – постоянная составляющая сложной систематической погрешности;

y, j – соответственно аргументы прогрессирующей и периодической составляющих сложной систематической погрешности.

 

Методы исключения систематических погрешностей измерений. Исключение систематических погрешностей до начала измерительного эксперимента (профилактика погрешностей), в ходе измерительного эксперимента и после его проведения.

Точечная диаграмма в определенных случаях позволяет высказать некоторые суждения и о правильности измерений, поскольку устойчивая тенденция изменения результатов измерений свидетельствует о наличии в них переменной систематической погрешности. Выполнение нескольких серий многократных измерений одной и той же физической величины с использованием разных методик выполнения измерений позволяет оценить воспроизводимость измерений и получить предварительную оценку систематических постоянных погрешностей, присущих заведомо менее точным МВИ. Это хорошо видно на точечной диаграмме с двумя сериями измерений, оформленными в одном масштабе.

Сравнительный анализ результатов нескольких серий измерений одной физической величины включает оценку и сопоставление размахов Ri и оценку наличия тенденций изменения результатов измерений по каждой из серий.

О сравнительной правильности измерений можно судить по значениям Ri и по числовым характеристикам тенденций изменения результатов. При наличии тенденции изменения результатов делают заключение о наличии систематической переменной погрешности определенного вида, по возможности дополняя его числовыми оценками. Отклонения результатов от аппроксимирующей линии оценивают размахом, предельными значениями или средними квадратическими отклонениями.

Профилактика погрешностей включает применение исправных, стабильных и помехоустойчивых средств измерений; выявление теоретических погрешностей метода или средств измерений и их исключение или учет до начала измерений; стабилизацию условий измерений и защиту от нежелательных воздействий влияющих величин (и физических полей) на средства и объекты измерений; строгое соблюдение правил использования средств измерений и методик выполнения измерений; обучение операторов и контроль их квалификации.

Методы компенсации погрешностей достаточно разнообразны и включают такие частные случаи, как компенсация погрешности по знаку, измерение четное число раз через полупериоды, введение корректирующих устройств для компенсации теоретических погрешностей, автоматических корректирующих устройств для компенсации систематических инструментальных составляющих, автоматическая поднастройка или коррекция "нуля" после выполнения серии измерений, применение автоматических компенсаторов для учета воздействия на средство измерений влияющих величин и ряд других.

Введение поправок в процессе измерений или по их окончании является весьма эффективным методом исключения систематических погрешностей, следует только отметить, что для его реализации необходимо предварительно выявить и оценить погрешность, которая при изменении знака на противоположный и будет использоваться в качестве поправки.

К специфическим методам выявления и оценки систематических погрешностей можно отнести рандомизацию результатов измерений. Для рандомизации необходимо соответствующим образом организовать получение массива результатов измерений, например, многократно воспроизводя измерения одной и той же величины с помощью одной МВИ.

При многокоординатных измерениях некоторых параметров одной и той же детали рандомизация систематических погрешностей, возникающих при ориентировании детали в системе координат средства измерений, может достигаться за счет нового ориентирования детали перед каждым из многократно повторяемых измерений тех же параметров.

Рандомизация систематических погрешностей требует квалифицированного анализа и четкой организации измерений. Эффективность описанной рандомизации будет нулевой, если систематические погрешности СИ перекрываются любыми случайными составляющими погрешностями, присущими данной методике выполнения измерений.