Погрешности средств измерений. Погрешность измерения – это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины

Погрешность измерения – это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Так как истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением.

Классификация погрешностей приведена на рисунке 4.

	Погрешности измерений

По закономерностям проявления

По форме количественного выражения: абсолютные относительные приведенные

Случайные

Систематические

Грубые (промахи)

По виду источника возмущений: инструментальные методические внешние субъективные  

По характеру поведения измеряемой величин в процессе измерения: статические динамические    

По условиям эксплуатации: основные дополнительные  

Рисунок 4 – Классификация погрешностей измерения

Абсолютной погрешностью Δ, выражаемой в единицах измеряемой величины, называется отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения:

Δ = х – х_и, (1)

где х – значение величины, найденное с помощью поверяемого СИ;

х_и -значение величины, принятое за базу для сравнения, т.е.

действительное значение (за него обычно принимают пока-

зания СИ, которое в поверочной схеме является вышестоя-

щим по отношению к поверяемому СИ).

Разновидностью абсолютной погрешности является предельная погрешность Δ_m – погрешность, больше которой в данном измерительном эксперименте не может появиться.

Абсолютная погрешность характеризует величину и знак полученной погрешности, но не определяет качество самого измерения.

Чтобы иметь возможность сравнивать качество измерений, используют относительную погрешность.

Относительной погрешностью δ называется отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

δ = Δ/х_и (2)

Относительную погрешность δ часто выражают в процентах:

δ = 100Δ/х_и (%).

Мерой точности измерений служит показатель, обратный модулю относительной погрешности: К_т = 1 / |δ|.

Для сравнения различных приборов используют понятие приведенной погрешности.

Приведенной погрешностью γ, выражающей потенциальную точность измерений, называется отношение абсолютной погрешности Δ к некоторому нормирующему значению Х_N (например, к конечному значению шкалы прибора или сумме значений шкал при двусторонней шкале):

γ = 100(Δ/Х_N) % (3)

Систематическая погрешность Δ_с – это составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при многократных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Такие погрешности могут быть выявлены до начала измерений путем детального анализа возможных их источников и уменьшены введением соответствующих поправок, различных методов, применением более точных приборов, калибровкой приборов и т.п. Однако полностью их устранить нельзя.

Устанавливают пределы допускаемой систематической погрешности, величина которой определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ.

Случайная погрешность Δ^с – это составляющие погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом по значению и знаку при многократных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях.

В появлении этого вида погрешности нет какой-либо закономерности. Данные погрешности проявляются в виде некоторого разброса получаемых результатов. Практически случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения. Их описание и оценка возможны только на основе теории вероятностей и математической статистики.

В отличие от систематических погрешностей случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений введением поправки. Однако их можно уменьшить путем многократных измерений физической величины и последующей статистической обработкой полученных результатов. Эти погрешности являются следствием, например, случайного изменения внешних условий измерений, изменений показания измерительного прибора, погрешности округления при снятии отсчета и т.п..

Грубые погрешности (промахи) – погрешности, существенно превышающие ожидаемые при данных условиях измерения систематические или случайные погрешности. Основными причинами этих погрешностей являются: ошибки оператора; резкое и неожиданное изменение условий измерения; неисправность прибора и т.п.

В случае однократного измерения обнаружить промах нельзя. При этом целесообразно выполнить два-три измерения и за результат принять их среднее арифметическое значение. При многократных наблюдениях промахи выявляют в процессе обработки их результатов и исключают из рассмотрения, пользуясь методами математической статистики.

Таким образом, если не учитывать промахи, абсолютная погрешность измерения Δ, определяемая выражением (1), представляется суммой систематической и случайной составляющих:

Δ = Δ_с + Δ^с (4)

Это означает, что абсолютная погрешность, как и результат измерения, является случайной величиной.

Инструментальные погрешности (аппаратурные, приборные) – погрешности, возникающие из-за несовершенства средств измерения (т.е. от их погрешностей). Источниками инструментальных погрешностей могут быть неточная градуировка прибора и смещение нуля; вариация показаний прибора в процессе эксплуатации; трение в сочленениях подвижных деталей приборов; износ средств измерения

Методические погрешности (погрешности метода измерения, теоретические погрешности) – погрешности, возникающие из-за несовершенства метода измерений, принятых упрощений и допущений, некорректности алгоритмов, применения эмпирических формул и зависимостей, по которым производятся вычисления результатов измерений, при переводе результатов измерений из одной шкалы в другую.

Внешняя погрешность – важная составляющая погрешности измерения, связанная с отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормальных значений или выходом их за пределы нормальной области (например, влияние температуры, влажности воздуха, атмосферного давления, внешних электрических и магнитных полей, нестабильности источников питания, механических воздействий и т.д.). В большинстве случаев внешние погрешности измерений относятся к систематическим и определяются дополнительными погрешностями применяемых средств измерений.

Субъективные погрешности (личные) – погрешности, вызываемые ошибками оператора при отсчете показаний средств измерения. Подобные погрешности устраняются применением цифровых приборов или автоматических методов измерения.

Статические погрешности возникают при измерении установившегося значения измеряемой физической величины, т.е. когда эта величина перестает изменяться во времени.

Динамические погрешности имеют место при динамических изменениях, когда измеряемая величина изменяется во времени и требуется установить закон ее изменения. Причина появления динамических погрешностей состоит в несоответствии скоростных (временных) характеристик прибора и скорости изменения измеряемой величины.

Основная погрешность средств измерений имеет место при нормальных условиях эксплуатации, оговоренных в регламентирующих документах (паспорте, технических условиях и т.л.).

Дополнительная погрешность средств измерений возникает вследствие выхода какой-либо из влияющих величин (температуры, влажности и др.) за пределы нормальной области значений).

Дата добавления: 2015-04-30