М-5.1.4. Зменшення похибки вимірів

Зменшення похибки вимірів, а отже і підвищення точності вимірів, зводиться до винятку грубих і сис­тематичних похибок і зниження впливу випадкових похибок і невиключених залишків систематичних похибок.

Спочатку, при обробці експериментальних даних, прагнуть виключити грубі похибки. Часто їх легко виділити через різке відхилення від даних інших спостережень. Однак при ви­ко­нан­ні багатократних спостережень тяжко зробити висновок, чи зумовлені отримані екстремальні зна­чен­ня вимірюваної величини (найбільші і найменші) грубими помилками, або вони є ре­зуль­татом випадкового розкиду значень величини, що вимірюється. В цьому випадку вико­рис­товують спеціальний математичний метод математичної статистики, що заснований на другій властивості випадкових похибок. Обчислюють інтервал, в якому всі значення спосте­ре­жень повинні знаходитися з високим ступенем імовірності, і якщо де-якi з експери­менталь­них даних виходять за нього, то вони вважаються грубими помилками, якi не враховуються при отриманні результату вимірів.

Виявлення, оцінка і усунення відомих систематичних похибок з результату вимірів є важливою задачею. Звичайно систематичну похибку виявляють шляхом аналізу умов і методів вимірів, оскільки шляхом математичної обробки результатів вимірів їх виключити не можна. Систематичні похибки усувають слідуючим чином:

Передусім намагаються виключити джерела похибок до початку вимірів шляхом виявлення і усунення причин їх виникнення. Наприклад, систематичну складову додаткової похибки ЗВ зменшують ужорсточенням вимог до умов вимірів (обмеженням діапазону температур, тискiв і т.п.).

Підвищенням точності ЗВ або внесенням поправок в результат виміру. Підвищити точність можна шляхом індивідуального градуювання ЗВ - так зменшують систематичну складову основної похибки ЗВ. Поправка до результату визначається при виконанні перевiрки ЗВ. Поправки розподіляються на аддитивні, що додаються до результату, і мультиплікативні, на які множиться результат. Внесення поправки на додаткову похибку припускає проведення метрологічної атестації конкретного примірника ЗВ. Методика виконання вимірів в цьому випадку повинна передбачати допоміжні виміри величини, що впливає, і розрахунок поправки по номінальній функції впливу.

Результати, в яких виключені систематичні похибки, називаються виправленими. Звичайно намагаються виключити систематичні похибки з результату спостережень, але якщо вони мають постійне значення, їх можна виключати з результату вимірів. Звичайно поправки нормують окремо для нормальних і робочих умов використання ЗВ.

Якщо означеними способами виключити систематичну похибку не вдається, її намагаються виключити експериментально, тобто шляхом належної організації і проведення вимірів, що звичайно приводить до значного підвищення трудомісткості виконання вимірів. Для цього використовуються методи:

Метод заміщення є найбільш універсальним методом. Згідно цьому методу, виміри виконуються за два етапи. Спочатку за приладом роблять вiдлiк величини, що вимірюється, після цього замість величини, що вимірюється, на вхід приладу подають відому величину, значення якої за допомогою регульованої міри встановлюють таким чином, щоб показання приладу було таким, як і при включенні величини, що вимірюється. За результат виміру приймають значення міри.

Метод компенсації похибок за знаком: два виміри виконуються так, щоб постійна систематична похибка входила в результати вимірів за різними знаками. Після цього береться середнє арифметичне двох вимірів.

Метод рандомізації -перекладу систематичної похибки в випадкову. Для цього змінюють умови і процедуру вимірів таким чином, щоб чинники, що впливають на його результат в кожному із спостережень, діяли неоднаково, причому результат їх дій носив випадковий характер. При цьому похибка зменшується, як і при багатократних спостереженнях в разів, де n - число спостережень.

Метод симетричних спостережень: полягає в проведенні багатократних спостережень через рівні проміжки часу і усередненні результатів спостережень, симетрично розташованих відносно середнього спостереження. Цей метод використовують для усунення похибок через величини, що впливають, які змінюються за періодичним законом.

Всі ці методи розглядаються в залежності від конкретних задач виміру при розробці методик виконання вимірів.

Випадкові похибки повністю виключити неможливо. Тому на практиці намагаються знизити їх вплив на результат виміру. Для цього збільшують кількість спостережень n, оскільки випадкова похибка обернено пропорційна , і за результат вимірів приймають середнє арифметичне отриманих результатів спостережень. Однак не завжди збільшення кількості спостережень підвищує точність результату. Якщо випадкова похибка виявляється значно менш похибки приладу (точніше, невиключеної систематичної похибки виміру), то немає сенсу намагатися зменшити величину випадкової похибки - все рівно точність результату буде визначатися похибкою приладу. Якщо при збільшенні числа спостережень середнє значення випадкової похибки залишається приблизно постійним, це вказує на наявність систематичної похибки, рівної цьому середньому.

Невиключена систематична похибка - це систематична похибка, яку не вдається усунути перерахованими вище способами. Оскільки в технічній літературі прийнято, що відома систематична похибка вже виключена з результату виміру, то за НСП приймається невідома систематична похибка і ці терміни змішуються.

Для винаходження НСП виконуються експериментальні дослідження на стадії розробки методики виконання вимірів. Для цього: проводять виміри іншим, максимально відмінним від використованого методом і порівнюють результати; різко змінюють умови спостережень (використовують інші примірники ЗВ, змінюють оператора, змінюють час спостережень); проводять порівняння результатів з даними, отриманими на більш точних ЗВ.

Часто НСП характеризується теоретичною оцінкою похибки Q, отриманої на підставі апріорної інформації про об'єкт вимірів, умови і метод виміру. Ця оцінка уточнюється при метрологічній атестації ЗВ і входить основною складовою в приладную похибку ЗВ, що визначається його класом точності. Тому для зменшення НСП використовують більш точні методи і засоби вимірів.

М-5.2. ТОЧНІСТЬ ЗАСОБІВ ВИМІРІВ

Дата добавления: 2015-04-30