Погрешности измерений

Методы измерений

Метод измерений – это совокупность приемов использования прин­ципов (физических явлений, на которых основаны измерения) и средств измерений.

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

По способу сравнения измеряемой величины с ее единицей методы прямых измерений подразделяют на метод непосредственной оценки („шкальный") и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки характеризуется непосредственным отсчетом значений измеряемой величины по шкале показывающего при­бора или делениям многозначной меры (например, линейки). Достоинства­ми этого метода являются быстрота получения результата измерений, воз­можность непосредственного наблюдения за изменениями измеряемой ве­личины. Однако его точностные, возможности ограничены погрешностями градуировки средств измерений.

Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей, отличающихся приемами и способами сравнения.

Нулевой метод – метод сравнения, в котором эффект воздействия на прибор сравнения измеряемой величины полностью компенсируется воз­действием величины, воспроизводимой мерой. Нулевой метод широко используют при измерении массы на равноплечих весах; при измерении сопротивлений, индуктивностей, емкостей с помощью мостов. Точностные возможности данного метода определяются погрешностью калибровки мер и собственными погрешностями прибора сравнения.

Дифференциальный или разностный метод характеризуется измерением разности между значениями измеряемой величины и величины, воспроизво­димой мерой. Дифференциальные методы измерений полу­чают преимущественное распространение там, где необходима высокая точность измерений (например, в поверочной практике).

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, из­меряют по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. Метод совпадений используют при сравнении хода часов с радиосигналами точно­го времени, стробоскопических измерениях скорости вращения и т.п.

Точность данного метода ограничена погрешностями фиксации мо­мента (или факта) совпадения сигналов.

Выбор того или иного метода измерений определяется назначением их результатов, требованиями к их быстроте и точности.

Для проведения измерений необходимы объект измерения (изме­ряемая величина), средства и метод измерения и оператор. Принято (как уже отмечалось выше) объект измерений считать неизмен­ным, т.е. всегда предполагается, что существует истинное (действительное) постоянное значение измеряемой величины. Все остальные составляющие процесса измерений – и средства, и условия, и даже оператор – все время меняются. Эти изменения могут быть случайными, их мы не в состоянии предвидеть.

Вследствие этого даже очень точное измерение будет содержать погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической ве­личины.

По способу выражения различают абсолютные и относительные погреш­ности измерения.

Абсолютная погрешность измерения представляет собой алгебраи­ческую разность между результатом измерения величины Х и действительным ее значением Х_д.

Под действительным понимают значение измеряемой величины, най­денное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истин­ному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Частное от деления абсолютной погрешности на действительное (или измеренное) значение измеряемой величины называют относительной погрешностью.

По источникам их возникновения погрешности подразделяют на ин­струментальные, методические и субъективные (личные).

Инструментальные погрешности обусловливаются свойствами средств измерений измерений (стабильностью, чувствительностью к внешним воздействиям и.т.п.), технологией, и качеством их изготовления (например, неточностью градуировки или нанесения шкалы).

Методические погрешности возникают вследствие несовершенства, не­полноты теоретических обоснований принятого метода измерений, непо­стоянства теоретических или эмпирических коэффициентов рабочих урав­нений, используемых для оценки результата измерений, при изменении свойств измеряемых объектов, режимов и условий измерений и, нако­нец, из-за неправильного выбора измеряемых величин (неадекватно описы­вающих модели интересующих свойств объекта).

Выявить Источники и исключить методические погрешности – это главное в технике эксперимента. В большинстве случаев методические погрешности носят системати­ческий характер

Субъективные погрешности вызываются состоянием оператора, про­водящего измерения, его положением во время работы, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами средств измерений. Все это, как правило, сказывается на точности визирования и отсчета.

По характеру проявления погреш­ности измерений подразделяют на систематические и случайные.

Систематической погрешностью называют составляющую погреш­ности измерения, остающуюся постоянной или изменяющуюся по опре­деленному закону при повторных измерениях одной и той же величины. Это вызвано тем, что остаются постоянными или изменяются определен­ным образом причины, вызывающие систематическую погрешность, и имеется строгая функциональная зависимость, связывающая эти причины с погрешностью.

Случайная погрешность – составляющая погрешности измерений, изме­няющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Случайные погрешности обусловливаются как случайным характером проявления физических процессов, происходящих в работающем приборе (трением, случайным дрейфом характеристик элементов, шумами), так и случайными изменениями условий измерений, учет которых практически неосуществим.

В отличие от систематических погрешностей случайные нельзя исклю­чить из результатов измерений путем введения поправок, даже если извест­ны причины и источники, их вызывающие. Однако их влияние на результа­ты измерений может быть уменьшено увеличением числа измерений.

В ряде случаев измерения могут содержать грубые погрешности.

Грубой считается погрешность, существенно превышающая по модулю допускаемое для данных измерений числовое значение. Грубые погреш­ности возникают при пользовании неисправным прибором, при резком на­рушении внешних условий измерений или из-за невнимательности операто­ра, они могут быть допущены и в вычислениях. Во всех случаях они сущест­венно искажают результат измерения и должны быть полностью исклю­чены.

Общая задача повышения точности измерений заключается в устране­нии грубых погрешностей, максимально возможном исключении система­тических погрешностей и уменьшении влияния случайных.

Дата добавления: 2014-01-06