Погрешности измерений

На процесс измерения и получение результатов измерения оказывает воздействие множество факторов: характер измеряемой величины, качество применяемых средств измерений, метод измерений, условия окружающей среды, индивидуальные особенности оператора и др. Поэтому результат измерения будет отличаться от истинного (или действительного) значения измеряемой величины на определенную разницу называемой погрешностью.

В метрологии используется понятие «погрешность результатов измерения» и «погрешность средств измерения». Погрешность средств измерений – это разность между показанием СИ и истинным (действительным) значением измеряемой ФВ. Она характеризует точность результатов измерений, проводимых данным средством. Погрешность результатов измерения – это разница между результатом измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Она указывает границы неопределенности значения измеряемой величины и определяется по формуле:

Х_изм = Х_изм – Х_д (3)

где Х_изм – измеренное значение величины, а Х_д – действительное значение величины, заменяющее на практике истинное значение.

Погрешности измерений, для дальнейшего удобства обработки полученных результатов, классифицируются по ряду признаков (табл. 10).

Таблица 10

Классификация погрешностей измерения

Признак классификации	Вид погрешности
По характеру проявления	Случайные Систематические Прогрессирующие Грубые
По способу выражения	Абсолютные Относительные
По источникам и причинам возникновения	Инструментальные Методические Субъективные Из-за изменений условий измерения
В зависимости от влияния характера изменения измеряемых величин	Статистические Динамические

Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же ФВ. В появлении таких погрешностей не наблюдается какой либо закономерности, они неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результатах измерения.

Случайные погрешности нельзя устранить из результатов измерения путем введения поправки, однако, их можно существенно уменьшить путем увеличения числа наблюдений при многократном измерении с последующей математической обработкой экспериментальных данных.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же ФВ. Эти погрешности могут быть предсказаны, обнаружены и благодаря этому почти полностью устранены введением соответствующей поправки. В метрологической практике при оценке систематических погрешностей должно учитываться влияние следующих основных факторов [15]:

· Объекта измерения. Перед измерением он должен быть достаточно хорошо изучен с целью корректного выбора его модели.

· Субъекта измерения. Его вклад в погрешность измерения необходимо уменьшать путем подбора операторов высокой квалификации и соблюдения требований эргономики при разработке СИ.

· Метода и средства измерений. Основной вклад в систематическую погрешность вносят, как правило, методические погрешности.

· Условия измерения. Обеспечение и стабилизация нормальных условий является необходимым требованием для минимализации дополнительной погрешности, которая по своей природе, как правило, является систематической.

Систематические погрешности по характеру изменения во времени делятся на постоянные, прогрессивные, периодические и погрешности, изменяющиеся по сложному закону. Три последние погрешности называются переменными. Постоянными считаются такие погрешности измерения, которые остаются неизменными в течении всей серии измерений. Например, погрешность от неправильной установки нуля стрелочного электроизмерительного прибора. Переменными называются погрешности, изменяющиеся в процессе измерения. Они делятся на прогрессивные или монотонно изменяющиеся (монотонно возрастающие или убывающие в процессе измерения), периодические (значение которых является периодической функцией времени) и изменяющиеся по сложному закону, вследствие совместного действия нескольких систематических погрешностей.

Например: монотонно изменяющаяся погрешность имеет место при постепенном разряде батареи, питающей СИ, а периодической может быть погрешность, обусловленная суточным колебанием температуры окружающей среды.

Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность – это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Грубая погрешность (промах) – это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Они возникают вследствие ошибок или неправильных действий оператора, а так же при кратковременных резких изменений условий проведения измерений. Если промахи обнаруживаются в процессе измерений, то результаты, их содержащие, отбрасывают.

Абсолютная погрешность описывается формулой № и выражается в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность – это погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины.

Инструментальная погрешность обусловлена погрешностью применяемого СИ. Иногда эту погрешность называют аппаратурной.

Методическая погрешность (погрешность метода измерения) – это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений. Ихотличительной особенностью является то, что они не могут быть указаны в нормативной документации на используемое СИ, поскольку от него не зависят, а должны определяться оператором в каждом конкретном случае.

Субъективная (личная) погрешность измерения – составляющая систематической погрешности измерения, обусловленная индивидуальными особенностями оператора, его состоянием, положением во время работы, несовершенством органов чувств человека, эргономическими свойствами СИ.

Погрешность из-за изменения условий измерения – это составляющая систематической погрешности измерения, являющаяся следствием неучтенного влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характеризующих условия измерений, от установленного значения. Этот термин применим в случае неучтенного или недостаточно учтенного действия той или иной величины (температуры, атмосферного давления, влажности воздуха и др.); неправильной установки СИ, нарушения правил их взаимного расположения.

Статистическая погрешность измерений – это погрешность результата измерений, свойственная условиям статистического измерения.

Динамической называется погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения.

Классификационные признаки погрешностей результата измерений и погрешностей средств измерений во многом близки друг другу. Однако существует ряд погрешностей, более характерных для средств измерений. Это связано в первую очередь с установлением метрологических характеристик средств измерений и их нормированием. Это основная и дополнительная погрешности СИ, классифицированные по влиянию внешних условий, а так же разновидность относительной погрешности – приведенная погрешность СИ.

Приведенная погрешность СИ – это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность отнесена к условно принятому (нормирующему) значению, постоянному во всем диапазоне измерений или его части. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах.

Основной называется погрешность СИ, определяемая в нормальных условиях его применения. Для каждого СИ в нормативных документах оговариваются условия эксплуатации – совокупность влияющих величин (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение и частота питающей среды и др.), при которых нормируется его погрешность.

Дополнительной называется погрешность СИ, возникающая вследствие отклонения какой либо из влияющих величин.

Некоторые, ранее перечисленные погрешности, применительно к СИ имеют ряд отличительных особенностей. Так систематическая погрешность данного СИ, как правило, будет отличаться от систематической погрешности другого экземпляра СИ этого же типа, вследствие чего для группы однотипных СИ систематическая погрешность может иногда рассматриваться как случайная. Статическая погрешность СИ, применяемого при измерении принимается за неизменную, а динамическая погрешность СИ определяется при измерении изменяющейся ФВ.

Дата добавления: 2014-11-29