Погрешность. Классификация по источнику возникновения

Качество средств и результатов измерений характеризуют, указывая их

Погрешности.

Погрешность результатов измерений — как правило, определяется сравнением результата измерений с истинным или действительным значением измеряемой физической величины (являющимися фактически эталонными значениями измеряемых величин, выраженными в узаконенных единицах).

Погрешность указывает границы неопределенности значения измеряемой величины.

Истинное значение физической величины — это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в количественном и качественном отношении соответствующую физическую величину.

Действительное значение физической величины — значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Результат измерения — значение величины, полученное путем ее измерения. Результат измерения представляет собой приближенную оценку истинного значения величины.

Качество средств и результатов измерений характеризуют, указывая их погрешности. Погрешность результата измерения — это разница между результатом измерения Х и истинным (действительным) значением измеряемой величины Q: Δ = X – Q.

Погрешность указывает границы неопределенности значения измеряемой величины. Истинное значение применяют при решении теоретических задач метрологии. На практике пользуются действительным значением величины. За действительное значение при однократных измерениях часто принимают значение, полученное с помощью более точного, эталонного СИ, при многократных измерениях — среднее арифметическое

ряда отдельных измерений (показаний), входящих в данный ряд. В зависимости от решаемой задачи могут использоваться и другие значения.

Погрешность средства измерений — разность между показанием СИ (значением величины, полученным при помощи этого средства) и истинным (действительным) значением. Поскольку истинное значение величины неизвестно, на практике вместо него пользуются значением величины (действительным), полученным при помощи более точного СИ.

По способу выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешность.

Абсолютная погрешность — это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины и определяемая согласно вышеуказанного выражения.

Абсолютная погрешность сама по себе не может служить показателем точности измерений, так как одно и то же ее значение, например Δ = 0,05 мм, при Х = 100 мм соответствует довольно высокой точности измерений, а при Х = 1 мм — низкой. Поэтому вводится понятие относительной погрешности.

Относительная погрешность — это погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности к действительному значению.

Приведенная погрешность — это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность СИ отнесена к условно принятому значению QN, постоянному на всем диапазоне измерений, или его части.

Условно принятое значение величины QN называют нормирующим значением. За нормирующее значение часто принимают верхний предел измерений. Указание погрешности измерений в виде относительной приведенной погрешности говорит о том, что абсолютная погрешность измерений Δ постоянна на всем диапазоне (поддиапазоне) измерений.

Из определения погрешности не следует, что она состоит из каких-либо составляющих. Деление погрешности на составляющие введено для удобства обработки результатов измерений.

Погрешность (как и результат сравнения в уравнении измерения) не является постоянной величиной. Установлено, что одна ее часть проявляется как постоянная величина, а другая изменяется непредсказуемо. Эти части назвали систематической и случайной погрешностями.

По характеру проявления следует также выделить грубые погрешности

(промахи).Грубые погрешности (промахи) — это такие погрешности, которые при исправных СИ и корректных действиях экспериментатора (оператора) не должны появляться. Проявляются они в том, что результаты отдельных измерений резко отличаются от остальных. При однократном измерении промах может быть обнаружен только путем логического анализа или сопоставлением результата с априорным представлением о нем. Если причина промаха установлена, то результат однократного измерения следует признать ошибочным и повторить измерение. При многократном измерении од-ной и той же величины постоянного размера промахи проявляются в

том, что результаты отдельных измерений, входящих в один ряд, резко

отличаются от остальных результатов этого ряда.

Промахи возникают из-за ошибок или неправильных действий оператора, вследствие резких кратковременных изменений условий проведения измерений (сбой в работе аппаратуры, скачки напряжения в сети, вибрация и т. п.), других аналогичных причин.

Если промахи обнаруживаются в процессе измерений, то результаты,

их содержащие, отбрасывают. Чаще всего промахи выявляют при окончательной обработке результатов измерений с помощью специальных критериев, которые будут рассмотрены далее.

Случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений физической величины постоянного размера, проведенных с одинаковой

тщательностью в одинаковых условиях.

В появлении таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они проявляются при повторных наблюдениях в виде некоторого разброса полученных результатов. Случайные погрешности неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения. Описание случайных погрешностей возможно на основе теории случайных процессов и математической статистики. Уменьшение случайных погрешностей возможно путем увеличения числа наблюдений.

Систематическая погрешность — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной для данного ряда измерений или же закономерно изменяющаяся при повторных измерениях физической величины постоянного

размера. Систематические погрешности могут быть предсказаны, обнаружены и

исключены (уменьшены) из результата измерений введением поправок. Поправки всегда определяются и вычисляются с некоторой погрешностью, часть систематических погрешностей так или иначе оказывается необнаруженной, поэтому существует понятие неисключенная систематическая погрешность (НСП). Иногда этот вид погрешности называют неисключенными остатками систематической погрешности, остающимися после введения поправок и содержащимися в результате измерений.

Особую опасность представляют постоянные систематические погрешности, поскольку их присутствие бывает чрезвычайно трудно обнаружить. В отличие от переменных, прогрессирующих или являющихся функциями определенных параметров погрешностей, постоянные систематические погрешности внешне никак не проявляются и могут

долгое время оставаться незамеченными. Систематические погрешности, закономерно изменяющиеся при повторных измерениях физической величины постоянного размера, являются не изменяющимися во времени функциями вызывающих их влияющих величин (температуры, частоты, напряжения и пр.).

Особое место среди погрешностей занимают прогрессирующие (дрейфовые) погрешности. Их особенностью является то, что они могут быть скорректированы и учтены только в данный момент времени, а в дальнейшем вновь непредсказуемо изменяются.Прогрессирующая погрешность является понятием, которое не может

быть сведено к понятиям случайной и систематической погрешностей, однако в нормативных документах ее определяют как один из видов систематической погрешности.