Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей

Результаты наблюдений, полученные при наличии систематической погрешности, называются неисправленными. При проведении измерений стараются в максимальной степени исключить или учесть влияние систематических погрешностей. Это может быть дос­тигнуто следующими путями:

• устранением источников погрешностей до начала измерений. В большинстве областей измерений известны главные источники систематических погрешностей и разработаны методы, исключающие их возникновение или устраняющие их влияние на результат измерения. В связи с этим в практике измерений стараются устра­нить систематические погрешности не путем обработки экспери­ментальных данных, а применением СИ, реализующих соответст­вующие методы измерений;

• определением поправок и внесением их в результат измерения;

Поправкой называется значение величины, одноименной с измеряемой, которое нужно прибавить к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности. Введение поправок - наиболее широко используемый способ исключения систематических инструментальных погрешностей. Поправка определяется при помощи поверки технических средств, составления и использования соответствующих таблиц и графиков. Применяются также расчетные способы нахождения поправочных значений.

• оценкой границ неисключенных систематических погрешностей. Постоянная систематическая погрешность не может быть найдена методами совместной обработки результатов измерений. Од­нако она не искажает ни показатели точности измерений, характе­ризующие случайную погрешность, ни результат нахождения переменной составляющей систематической погрешности. Дейст­вительно, результат одного измерения

X_i = Х_и + Δ_i + θ_i,

где X_и — истинное значение измеряемой величины; Δ_i - i-я случай­ная погрешность; θ_i — i-я систематическая погрешность. После ус­реднения результатов многократных измерений получаем среднее арифметическое значение измеряемой величины

= x_и + +

Если систематическая погрешность постоянна во всех измере­ниях, т.е. θ_i = θ, то

х =x_и + + θ.

Таким образом, постоянная систематическая погрешность не устраняется при многократных измерениях.

Постоянные систематические погрешности могут быть обнаружены лишь путем сравнения результатов измерений с другими, полученными с помощью более высокоточных методов и средств. Иногда эти погрешности могут быть устранены специальными приемами проведения процесса измерений. Эти методы рассмотрены ниже.

Наличие существенной переменной систематической погрешности искажает оценки характеристик случайной погрешности и ап­проксимацию ее распределения. Поэтому она должна обязательно выявляться и исключаться из результатов измерений.

Для устранения постоянных систематических погрешностей при­меняют следующие методы:

• Метод замещения, представляющий собой разновидность ме­тода сравнения, когда сравнение осуществляется заменой измеряе­мой величины известной величиной, причем так, что при этом в состоянии и действии всех используемых средств измерений не про­исходит никаких изменений. Этот метод дает наиболее полное ре­шение задачи. Для его реализации необходимо иметь регулируе­мую меру, величина которой однородна измеряемой. Например, взвешивание по методу Борда, измерение сопротивления посред­ством моста постоянного тока и мер сопротивления.

• Метод противопоставления, являющийся разновидностью метода сравнения, при котором измерение выполняется дважды и проводится так, чтобы в обоих случаях причина постоянной по­грешности оказывала разные, но известные по закономерности воздействия на результаты наблюдений. Например, способ взве­шивания Гаусса.

• Метод компенсации погрешности по знаку (метод изменения знака систематической погрешности), предусматривающий измерение с двумя наблюдениями, выполняемыми так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результат каждого из них с разными знаками.

• Метод рандомизации — наиболее универсальный способ ис­ключения неизвестных постоянных систематических погрешностей. Суть его состоит в том, что одна и та же величина измеряется раз­личными методами (приборами). Систематические погрешности ка­ждого из них для всей совокупности являются разными случайны­ми величинами. Вследствие этого при увеличении числа используемых методов (приборов) систематические погрешности вза­имно компенсируются.

Для устранения переменных и монотонно изменяющихся сис­тематических погрешностей применяют следующие приемы и ме­тоды.

• Анализ знаков неисправленных случайных погрешностей. Ес­ли знаки неисправленных случайных погрешностей чередуются с какой-либо закономерностью, то наблюдается переменная система­тическая погрешность. Если последовательность знаков "+" у слу­чайных погрешностей сменяется последовательностью знаков "-" или наоборот, то присутствует монотонно изменяющаяся система­тическая погрешность. Если группы знаков "+" и "-" у случайных погрешностей чередуются, то присутствует периодическая система­тическая погрешность.

• Графический метод. Он является одним из наиболее простых способов обнаружения переменной систематической погрешности в ряду результатов наблюдений и заключается в построении графика последовательности неисправленных значений результатов наблюдений. На графике через построенные точки проводят плавную кривую, которая выражает тенденцию результата измерения, если она существует. Если тенденция не прослеживается, то переменную систематическую погрешность считают практически отсутствующей

• Метод симметричных наблюдений. Рассмотрим сущность этого метода на примере измерительного преобразователя, передаточная функция которого имеет вид y = kx + y₀, где х, у – входная и выходная величины преобразователя; k - коэффициент, погрешность которого изменяется во времени по линейному закону; у₀ - постоянная.

Для устранения систематической погрешности трижды измеря­ется выходная величина у через равные промежутки времени Δt. При первом и третьем измерениях на вход преобразователя подает­ся сигнал х₀ от образцовой меры. В результате измерений получа­ется система уравнений:

Y₁= kx₀ + у₀; Y₂ = (k )x + у_0; Y₃ = ()x₀ + y₀

Ее решение позволяет получить значение х, свободное от пере­менной систематической погрешности, обусловленной изменением коэффициента k:

.

• Специальные статистические методы. К ним относятся спо­соб последовательных разностей, дисперсионный анализ, и др.

Дата добавления: 2014-01-20