Погрешности измерений и средств измерений

 

В настоящее время измерение является неотъемлемой частью практически любой деятельности человека. Фак­тически измерения — это процесс, завершающим этапом которого является «результат измерения». Любой результат измерения содержит погрешность, которая складывается из ряда факторов.

Погрешность результатов измерения является важной характеристикой измерения, она вычисляется или оцени­вается, или приписывается полученному результату.

Погрешность результата измерения — это отклонение результата измерений (Х_изм) от истинного (действитель­ного) значения (Х_ист(_действ) измеряемой величины. Чаще всего она указывает границы неопределенности значения измеряемой величины. Погрешность средства измере­ ния — разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Она характеризует точность результатов изме­рений, проводимых данным средством. Эти два понятия во многом близки друг другу и классифицируются по одинаковым признакам. По форме представления по­грешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Погрешность измерений, как правило, представляют в виде абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины

∆Х=Х_изм- Х_ист(_{действ)} )

или в виде относительной погрешности — отношения аб­солютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины или принятому опорному значению (ГОСТ Р ИСО 5725)

или в процентах

δ

 

Для указания и нормирования погрешности средств измерений используется еще одна разновидность погреш­ности — приведенная. Приведенная погрешность средства измерений — это относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона:

γ *100%

По закономерностям проявления погрешности изме­рений делятся на систематические и случайные.

Систематическая погрешность — одна из составляю­щихпогрешности результата измерения, остающаяся пос­тоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же измеряемой величины, Эти погрешности могут быть выявлены, изучены и результат измерения может быть уточнен путем введения поправок, если числовые значения этих погрешностей определены, или путем исключения влияния этой систематической погрешности без ее определения. Чем меньше система­тическая погрешность, тем ближе результат измерения к истинному значению измеряемой величины, тем выше качество и правильность измерений. Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, отличается от систематической погрешности другого эк­земпляра средства измерений этого же типа.

В зависимости от характера изменения систематичес­кие погрешности подразделяют на постоянные и пере­менные.

Наиболее часто встречаются постоянные погрешности, которые сохраняют свое значение в течение всего периода выполнения измерений.

Переменные погрешности — это погрешности, изме­няющие свое значение в процессе измерения. Они могут быть непрерывно возрастающими или убывающими. Эти по­грешности определяются процессами износа или старения узлов и деталей средств измерения. К ним могут относиться погрешности от износа контактирующих деталей средств измерения, старения отдельных элементов (конденсаторов, резисторов и т.д.) средств измерения. В настоящее время существует много способов опреде­ления систематической погрешности средств измерений.

Один из них — это сравнение результатов измерения одной и той же величины, полученных с помощью изу­чаемого и эталонного средства измерения.

Случайными называются погрешности, изменяющиеся случайным образом (по знаку и значению) при одинако­вых повторных измерениях одной и той же величины. Эта погрешность возникает в результате влияния на процесс измерения многочисленных случайных факторов, учесть которые достаточно сложно. Случайные погрешности поэтому не могут быть исключены из результата измере­ния в отличие от систематических..

К случайным погрешностям, как правило, относится и промах (грубая погрешность измерений), характеризую­щийся тем, что погрешность результата отдельного изме­рения, входящего в ряд измерений, для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Причинами этого вида погрешностей являются ошибки оператора, неисправность измерительных приборов резкое изменение условий наблюдения, ошибки в записях и вычислениях и др.

По условиям проведения измерений погрешности средств измерений разделяются на основные и дополни­тельные.

Основной называется погрешность средства измере­ний, применяемого в установленных условиях, которые называются нормальными. Эти условия устанавливаются в нормативно-технических документах на данный вид или тип средств измерений (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение питающей электричес­кой сети и др.) и при них нормируется его погрешность. Значения погрешностей средств измерений, эксплуати­руемых в условиях, отличающихся от нормальных, будут различными и плохо контролируемыми. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополни­тельно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального его значения или вследствие ее выхода за пределы нормаль­ной области значений, называется дополнительной погреш­ностью.

Инструментальная погрешность обусловлена несо­вершенством средств измерений и его конструктивными особенностями. Иногда эту погрешность называют приборной или аппаратурной.

Методическая погрешность обусловлена несовершенством и недостатками применяемого в средстве измерений метода измерений и упрощений при разработке конструк­ции средства измерений, а также возможными недостат­ками методик измерений.

Субъективная (личная) погрешность измерения обус­ловлена погрешностью отсчета оператором показаний по шкале средства измерений вследствие индивидуальных особенностей оператора (внимание, зрение, подготовка и др.). Эти погрешности практически отсутствуют при использовании автоматических или автоматизированных средств измерений.

По характеру измерения величины погрешности сред­ства измерений разделяются на статические и динами­ческие.

 

Лекция № 11-12