Факторы, влияющие на результаты измерений

На результаты измерений влияют такие факторы, как объект и субъект измерений, средства, методы и условия измерения.

Объект измерения -тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Например, коленчатый вал, у которого измеряют диаметр; технологический процесс, во время которого измеряют температуру; спутник Земли, координаты которого измеряются.

Перед началом измерения необходимо представить себе модель исследуемого объекта, который при поступлении измерительной информации может уточняться. Различным объектам присуща специфика измерений: одни из них характеризуются стабильностью измеряемых физических величин в течение длительного времени (например, металлические предметы), другие - высокой лабильностью, причем изменения могут быть и во время измерения (например, в биообъектах).

Субъекты измерения. Результаты наблюдений, определяемых с помощью средств измерений, во многом зависят от профессиональной подготовки лиц, осуществляющих измерительную процедуру. Знание средств, методов и методик измерения, умение применять их на практике позволяет субъектам измерения предотвратить влияние на результат измерения случайных и систематических погрешностей или устранить уже возникшие. Это касается не только метрологов, но и лиц, осуществляющих измерения при производстве, выпуске и реализации продукции, а также при предоставлении услуг. Например, продавец, не знающий элементарных правил работы с весами, может нанести ущерб не только покупателю, но и торговому предприятию.

Средства измерений оказывают большое влияние на результат измерения. Их выбор определяется требуемой точностью и другими критериями, о которых уже говорилось. При работе со средствами измерений необходимо учитывать их класс точности. Так, весы для определения массы ювелирных изделий должны быть более Высокой точности, чем, например, для пищевых продуктов.

Методы измерения. Разные методы отличаются различной точностью, поэтому также влияют на результаты измерения. Выбор их определяется требуемой точностью измерений. При разработке и аттестации методик измерения учитываются два фактора: возможность применяемых средств и методы измерения.

Условия измерения. При проведении измерений большое влияние оказывает окружающая среда (температура, влажность, освещенность, для некоторых измерений - состояние электрических, магнитных и электромагнитных полей), а также условия эксплуатации средств измерительной техники. Для проведения высокоточных измерений создаются особые условия. Так, платиново-иридневый эталон килограмма хранится на специальной подставке под двумя стеклянными колпаками, а поверка осуществляется на равноплечих призменных весах с дистанционным управлением, чтобы исключить влияние оператора на температуру окружающей среды.

3. Погрешность - отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

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

В зависимости от различных признаков погрешности классифицируют на виды (рис. 2.9).

Абсолютная погрешность (∆) - погрешность, представленная разностью между измеренным (Х_изм) и истинным (действительным) значением Х_и(Х_д) и выраженная в единицах измеряемой величины

Относительная погрешность (μ) - погрешность, представленная отношением абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины и выражаемая в процентах

Приведенная погрешность (Y) - отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению (Х_н): Нормирующее значение принимается равным верхнему пределу измерений при наличии нулевого значения односторонней шкалы прибора или диапазону измерений в случае двухзначной шкалы прибора.

Систематическая погрешность - составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Постоянные систематические погрешности обычно свидетельствуют о высоких или недостаточных показателях метрологической надежности средств измерений, могут быть установлены и устранены.

Иногда для устранения систематических погрешностей вводят таблицу поправок.

Закономерно возникающие систематические погрешности вызываются процессами старения средств измерений, т.к. происходят процессы стирания поверхностей, окисление и т.п. Наличие таких погрешностей и обуславливает необходимость поверки и калибровки средств измерений.

Случайная погрешность - погрешности, изменяющиеся при повторных измерениях случайным образом.

Эти погрешности непредсказуемы, поэтому неизмеримы и неустранимы. Однако их влияние можно уменьшить путем многократных измерений с последующим определением характеристик случайной погрешности методами математической статистики. Близость к нулю случайных погрешностей называется сходимостью измерений.

Грубые погрешности (промахи) возникают из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или резких изменений условий измерений. Как правило, грубые погрешности выявляются в результате обработки результатов измерений с помощью специальных критериев.

Статические погрешности - погрешность средств измерений, когда измеряемая величина во время измерений не изменяется. Предполагается, что в этом случае не изменяется и действительное значение измеряемой величины, а абсолютная погрешность остается постоянной.

Динамическая погрешность - погрешность средств измерений, когда измеряемая величина по время измерения измеряется.

Например, при измерении температуры термометром должно пройти время, чтобы ртуть изменила свою температуру, а столбик ртути дошел до соответствующей отметки на шкале. Если за это время температура измеряемого объекта изменится, возникнет динамическая погрешность.

Устранимые погрешности - систематические погрешности, которые могут быть выявлены и устранены. К неустракоiмым относятся систематические и случайные погрешности, но определенная часть случайных погрешностей неустранима, отсюда случайность любого результата измерений.

Основные погрешности - погрешности, соответствующие нормальным условиям применения средств измерения. Эти условия устанавливаются НДами на виды средств измерений или отдельные их типы.

Чаще всего устанавливаются следующие внешние условия: температура окружающей среды, относительная влажность, атмосферное давление. Выделение основной погрешности, соответствующей стандартным условиям применения, является одним из важных факторов ОЕИ.

Дополнительная погрешность - погрешность, возникающая при отклонении одной из влияющих величин от нормального значения.

Принято различать дополнительные погрешности по отдельным факторам: дополнительная температурная погрешность, погрешность за счет изменения атмосферного давления и т.п.

Инструментальные погрешности - погрешности средств измерения, определяемые их несовершенством, конструктивно- технологическими особенностями и влиянием внешних условий, например помехи. Инструментальные погрешности являются одной из наиболее значимых составляющих погрешности и могут носить систематический или случайный характер.

Методическая погрешность - погрешность, определяемая несовершенством применяемой методики измерения. К методическим погрешностям относится и невозможность идеального воспроизведения модели объекта измерения. В большинстве случаев методические погрешности носят систематический характер.

Субъективная погрешность - погрешность отсчитывания, возникающая вследствие индивидуальных особенностей субъекта (оператора), проводящего измерения. Эта погрешность определяется степенью внимательности, сосредоточенности операторов, может носить как систематический, так и случайный характер.

Допустимая погрешность - это погрешность, размер которой устанавливается документами или определяется расчетным путем.

Недопустимая погрешность - это погрешность, при возникновении которой результат измерения недостоверен и не может учитываться. Недопустимые погрешности называются грубыми погрешностями, или ошибками.

Важное значение имеет своевременное обнаружение и устранение грубых погрешностей. Грубые погрешности могут возникнуть под воздействием любого фактора, влияющего на результат измерения. Однако чаще всего источником грубой погрешности является неправильный отсчет показаний прибора или непредсказуемые изменения внешней среды.

Существуют два основных способа обнаружения грубых погрешностей:

1) при однократных измерениях ошибка может быть выявлена, если примерно известен ожидаемый результат измерения, например при поверке рабочих средств измерений с помощью эталонов и калибров или при систематическом измерении объекта, физическая величина которого практически не изменяется;

2) при многократных измерениях ошибка может быть установлена с помощью статистического анализа результатов наблюдений. Например, при определении естественной убыли плодоовощной продукции измеряется масса 10 и более объектов. Полученная разница между начальным и конечным измерениями дает убыль массы. Испытатель сразу обращает внимание на «выпадающие» из общего числа результаты.

Пути устранения грубых погрешностей:

1. Грубые погрешности, выявленные при однократных измерениях, можно устранить повторением измерений и превращением их в многократные.

2. При многократных измерениях грубые погрешности устраняются путем применения следующих способов:

1) Правило «трех сигм» - гласит, что грубой считается погрешность, размер которой превышает три сигмы.

Сигма (δ) - среднеквадратичное отклонение, рассчитываемое по уравнению где Х_i - фактическое значение величины при однократном измерении; X_g - среднеарифметическое значение измеряемой величины при многократном измерении; n - количество измерений.

При этом рассчитывается доверительный интервал. В него входят значения измеряемой величины, которые по нормальному закону распределения признаются достоверными. Значения, находящиеся вне этого интервала, относятся к ошибочным и исключаются как недостоверные: Результат измерения пересчитывается с учетом исключенных значений.

Например, при измерении средней массы орехов были взвеi ваны 10 экземпляров. Получены следующие результаты: 15, 19, 20, 21, 22, 18, 22, 20, 25, 17 г. Средняя масса орехов равна 19,9 г; δ = 2. Доверительный интервал равен (20 + 2, или 18,2...22,2). За его пределами находятся значения 15; 17; 18 и 25, которые исключаются, и. получается уточненный результат, равный 20,7 г.

2) Математическая обработка результатов измерения регламентируется стандартом.

Дата добавления: 2015-04-30