Систематические, случайные, грубые, промахи

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ПОНЯТИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, ПОГРЕШНОСТИ И ТОЧНОСТИ

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

Лекция 6.

Измерение (ДСТУ 2681-94) - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Метрология - это наука об измерениях, методах и средства обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Чтобы иметь представление о физической величине с количественной точки зрения, необходимо выразить её числом, т.е. измерить.

Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении множеству объектов и индивидуальное в количественном отношении у каждого из них.

Единство измерений -это такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах. Это необходимо для того, чтобы можно было сопоставить резульаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Определить истинное значение величин, то есть такое значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношении соответствующее свойство объекта, не представляется возможным. На практике определяется действительное значение величины - значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Результат измерения - оценка измеряемой величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц полученная путем измерения.

По способу получения числового значения искомой величины (иначе, по характеру уравнения измерения) измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные. Такая классификация важна с точки зрения обработки экспериментальных данных и расчета погрешностей.

При прямом измерении искомое значение измеряемой величины находят непосредственно их опытных данных, то есть прямо по шкале прибора (иногда показания прибора умножают на некоторый коэффициент, вводят соответствующие поправки и так далее).

Например, измерение температуры стеклянным термометром, длины - метром, точки - амперметром и так далее.

При этом простота и сложность процесса измерений во внимание не принимаются. Существенным признаком прямых измерений является то, что результат выражается в тех же единицах, что и измеряемая величина.

При косвенных измерениях искомое значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, которые находят в результате прямых, а иногда и косвенных, совместных или совокупных измерений.

Например, нахождение плотности твердого тела как отношения массы тела к его объему, причем, масса и объем измеряются непосредственно нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения: измерение расхода жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве.

Таким образом, косвенное измерение всегда связано с расчетом (однако измерение поправки не превращает прямое измерение в косвенное).

Прибегать к косвенным измерениям приходится тогда, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно путем прямого измерения.

Погрешности классифицируются по ряду признаков.

По способу выражения погрешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютная погрешность измерений - это алгебраическая разность между результатом измерения и истинным или действительным её значением.

∆ = х - Х,

где х - результат измерения, Х - истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность - выраженное в % отношение абсолютной погрешности к действительному её значению.

Точность измерений по ДСТУ 2681-94 определяется как качество измерений, отражающее близость полученного измеренного значения к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность характеризуется числом, равным обратному значению относительной погрешности, выраженной в долях измеряемой величины:

Е = 1/ γ

При γ = 0,001 точность измерений равна 1000. В метрологии и при практических измерениях точность, как правило, количественно не оценивается, а характеризуется косвенно, с помощью погрешности измерения.

Иногда диапазон измерений прибора охватывает и нулевое значение. Поскольку значение относительной погрешности зависит от текущего значения Х, то при Х = 0 относительная погрешность стремится к бесконечности. Поэтому в измерительной технике было введено понятие приведенной погрешности. Она равна отношению абсолютной погрешности к некоторому нормированному значению Х_н.

φ = = 100%,

где Х_н может быть диапазон измерения, длина шкалы или др.

По характеру изменения погрешности могут быть:

Систематические - это погрешности постоянные или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях одной и той же величины. Примером первого вида систематических погрешностей является погрешность градуировки шкалы, погрешности, возникающие в результате неправильной установки прибора и др.

Примером второго типа систематических погрешностей является большинство дополнительных погрешностей, являющихся величин (температура, напряжение и т.п.)

Основное свойство систематических погрешностей состоит в том, что они могут быть почти полностью устранены введением соответствующих поправок.

Учет и устранение систематических погрешностей - задача каждого точного измерения.

Для изучения систематических погрешностей очень важно знать причины их возникновения и закономерности их проявления.

В зависимости от причин возникновения систематические погрешности делятся на несколько групп:

1. Инструментальные погрешности, зависящие от самих измерительных средств, и вызваны их несовершенством.

2. Погрешности, возникающие в результате неправильной установки прибора.

3. Погрешности, вызываемые условиями эксплуатации: отклонение температуры от нормальной, влиянием магнитных и электрических полей, повышенным или пониженным атмосферным давлением и др.

4. Методические погрешности, возникающие из-за несовершенства метода измерения, применение неточных эмпирических формул и зависимостей.

5. Субъективные (личные) погрешности, зависящие от индивидуальных свойств наблюдателя (разные наблюдатели могут по-разному отсчитывать показания стрелочных приборов).

Особенностью систематических погрешностей является то, что их присутствие чрезвычайно трудно обнаружить, так как внешне они себя никак не проявляют и поэтому долгое время могут оставаться незамеченными. Единственный способ их обнаружения состоит в проверке нуля прибора и проверки чувствительности путем повторной аттестации прибора по образцовым приборам.

Случайными называются погрешности, неопределенные по своей величине или не достаточно изученные, в появлении значений которых не удалось установить какой-либо закономерности. Они определяются сложной совокупностью причин, которые трудно поддаются анализу. Случайные погрешности легко обнаруживаются при повторных измерениях в виде некоторого разброса результатов. Для совокупности случайных погрешностей можно указать вероятность появления их различных значений.

В подавляющем большинстве случаев процесс появления случайных погрешностей есть стационарный случайный процесс. Поэтому случайные погрешности характеризуются законом распределения их вероятностей или указанием параметров этого закона. Поскольку большинство составляющих погрешности реальных приборов появляются именно как случайные, то их вероятностное описание является основным научным методом теории погрешностей.

По причинам возникновения - инструментальные и методические.

Грубые погрешности существенно превышают погрешности, оправданные условиями измерения, свойствами примененных средств измерений, методом измерений и квалификацией экспериментатора. Такие погрешности могут возникнуть, например, при резком изменении в сети питания (если оно, в принципе, оказывает влияние на результат измерения). Грубые погрешности обнаруживаются статистическими методами и обычно исключаются из рассмотрения.

Промахи - следствие неправильных действий экспериментатора. Это, например, неправильный отсчет показаний, ошибка при записи показаний. Промахи обнаруживаются нестатическими методами, и их следует всегда из рассмотрения.

Причинами возникновения инструментальных погрешностей могут быть: низкое качество изготовления узлов прибора (инструмента), например, трение в опорах подвижной системы, зазоры в сочленениях деталей, неточность изготовления, сборки и регулировки деталей механизмов, а также изменение с температурой модуля упругости материалов чувствительных элементов, электрических и монтажных сопротивлений, линейных размеров деталей приборов (так называемые инструментальные погрешности).

Однако есть погрешности, которые останутся даже в том случае, если элементы прибора будут идеальными. Так, например, выходной сигнал мостовой неуравновешенной схемы зависит от изменения напряжения питания. Если вместо неуравновешенной системы применить уравновешенную с нулевым отсчетом, то есть заменить один метод измерения другим, тогда указанной методической погрешности не будет.

В зависимости от значения измеряемой величины - аддитивные и мультипликативные.

При анализе погрешностей большое значение имеет разделение погрешностей по их зависимости от значений Х измеряемой величины. Если абсолютная погрешность измерения дельта-ноль при всех значениях измеряемой величины Х постоянна, то такая погрешность называется аддитивной (в переводе с латинского "получаемая путем сложения") или погрешность нуля. Если она является систематической, то есть имеет один и тот же знак (положительная или отрицательная), то она может быть скорректирована путем нулевого положения указателя.

Если же аддитивная погрешность является случайной, то она не может быть скорректирована, так как принимает одни и те же значения, но различные по знаку. Примерами систематических аддитивных погрешностей от неточной установки приборов на нуль перед измерение, от термо-э. д. с. в цепях постоянного тока и тому подобное. Пример случайной погрешности - погрешность от трения в опорах измерительного механизма.

Если абсолютная погрешность измерения пропорциональна текущему значению измеряемой величины Х (может быть систематической и случайной), то такая погрешность называется мультипликативной погрешностью чувствительности.

Причинами таких погрешностей могут быть: изменение коэффициента усиления усилителя, коэффициента деления делителя и другие.

По зависимости от скорости измерения измеряемой величины - статистические и динамические.

Погрешности, не зависящие от скорости, называются статическими. Погрешности, возникающие при возрастании скорости, называются динамическими. Последние здесь не рассматриваются.

Дата добавления: 2015-04-30