ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.

В настоящее время измерение является неотъемлемой частью практически любой деятельности человека. Фактически измерения – это процесс, завершающим этапом которого является «результат измерения». Любой результат измерения содержит погрешность, которая складывается из ряда факторов. Это может быть несовершенство средств измерений, выбранного метода измерений, методики измерений, недостаточная тщательность выполнения измерений или обработки результатов, влияние вне них условий (температура, давление, влажность и др.)

Погрешность результатов измерения является важной характеристикой измерения, она вычисляется или оценивается приписывается полученному результату.

Погрешность результата измерения – это отклонение результата измерений (X_изм) от истинного (действительного) значения (X_ист) измеряемой величины. Чаще всего она указывает границы неопределенности значения измеряемой величины. Погрешность средства измерения – это разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Она характеризует. точность результатов измерений, проводимых данным средством. Эти два понятия во многом близки друг другу и классифицируются по одинаковым признакам.

По форме представленияпогрешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Погрешность измерений, как правило, представляют ввиде абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины:

илив виде относительной погрешности – отношения абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины или принятому опорному значению

(9)

Или в процентах

*100%

(10)

Погрешность средств измерений вычисляется по формуле:

Где X_N – показания прибора; Х_ист –истинное значение измеряемой величины.

Для указания и нормирования погрешности средств измерений используется еще одна разновидность погрешности – приведенная. Приведенная погрешность средства измерений – это относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона

*100%

(12)

Условно принятое значение величины Х_н называют нормирующим значением. Нормирующее значение прибора чаще всего принимается равным верхнему пределу измерений для данного средства измерений (в случае, если нижний предел – нулевое значение односторонней шкалы прибора). В случае двузначного отсчетного устройства (шкалы) прибора нормирующее значение отнесено к диапазону измерений (рис. 4).

Рисунок 4.Двухзначное отчетное устройство.

В качестве истинного значения при многократных измерениях одного и того же параметра используют среднее арифметическое значение

(13)

где Х_i результат i-го единичного определения; n – число единичных измерений в ряду.

Величина X полученная в одной серии измерений, является случайным приближением к X_ист. Для оценки ее возможных отклонений от X_ист, определяют среднюю квадратичную погрешность (СКП)

(14)

По характеру проявления погрешности делятся на систематические и случайные.

Систематическая погрешность - одна из составляющих погрешности результата измерений, остающаяся постоянной, или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Чем меньше систематическая погрешность, тем ближе результат измерения к истинному значению измеряемой величины, тем выше качество и правильность измерений.

Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, отличается от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений этого же типа.

В зависимости от характера измерения систематические погрешности подразделяют на постоянные, прогрессивные,

Наиболее часто встречаются постоянные погрешности, которые сохраняют свое значение в течение всего периода выполнения измерений. Эти погрешности, как правило, легко могут быть выявлены и учтены путем введения соответствующих поправок в результат измерения.

Прогрессивные погрешности – это непрерывно возрастающие или убывающие погрешности.. Они вызываются процессами износа или старения узлов и деталей средств измерения. К ним могут относиться погрешности от износа контактирующих деталей средств измерения, старение отдельных элементов (конденсаторов, резисторов и т.д.) средств измерения. Вследствие этого, определенные характеристики измерительных приборов изменяются, приводя, как правило, к возрастанию погрешности средств измерений. Старению подвержены имеры.

В ряде случаев погрешности могут меняться периодически во времени или при перемещении указателя измерительного прибора. Такие погрешности называются периодическими. Обычно такие погрешности встречаются в угломерных приборах с круговой шкалой.

В настоящее время существует много способов определения систематической погрешности средств измерений. Один из них – это сравнение результатов измерения физической величины, полученных с помощью изучаемого и эталонного средства измерения (рис.5)

Рисунок 5. Определение систематической погрешности.

По результатам измерений, проведенных по схеме (рис.5) систематическая погрешность Δс определяется как

где Y_И– результат измерения изучаемого прибора; Y_Э – результат измерения эталонного прибора.

Случайными называются погрешности, изменяющиеся случайным образом (по знаку и значению) при одинаковых повторных измерениях одной и той же величины. Эти погрешности возникают в результате влияния на процесс измерения многочисленных случайных факторов, учесть которые практически невозможно.

Случайные погрешности поэтому не могут быть исключены из результата измерения в отличие от систематических. Однако проведение ряда повторных измерений дает возможность, используя методы математической статистики, оценить величину случайной погрешности и тем самым уменьшить ее влияние на результат измерения.

К случайной погрешности, как правило, относится и промах (грубая погрешность измерений), характеризующийся тем, что погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Причинами этого вида погрешностей являются ошибки оператора, неисправность измерительных приборов, резкое изменение условий наблюдения, ошибки в записях и вычислениях и др. Результаты измерений, содержащие промахи, не принимают во внимание (отбрасывают). Обнаружить промах бывает не всегда легко, особенно при единичном измерении.

По условиям проведения измерений погрешности средств измерений делятся на основные и дополнительные.

Основной называется погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях. Эти условия устанавливаются в нормативно-технических документах на данный вид или тип средств измерений (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение питающей электрической сети и др.) и при них нормируется его погрешность. Значения погрешностей средств измерений, эксплуатируемых в условиях, отличающихся от нормальных, будут различными и плохо контролируемыми. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального его значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений, называется дополнительной погрешностью.