Погрешность, виды и точность измерений.

Погрешность измерений При измерении любой величины, как бы тщательно мы ни произ­водили измерение, не представляется возможным получить свобод­ный от искажения результат. Причины этих искажений могут быть различны. Искажения могут быть вызваны несовершенством приме­няемых методов измерения, средств измерений, непостоянством условий измерения и рядом других причин. Искажения, которые получаются при всяком измерении, обусловливают погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность измерения может быть выражена в единицах изме­ряемой величины, т. е. в виде абсолютной погрешности, которая представляет собой разность между значением, полученным при измерении, и истинным значением измеряемой величины. Погреш­ность измерения может быть выражена также в виде относительной погрешности измерения, представляющей собой отношение к истин­ному значению измеряемой величины. Строго говоря, истинное значение измеряемой величины всегда остается неизвестным, можно найти лишь приближенную оценку погрешности измерения.

Погрешность результата измерения дает представление о том, какие цифры в числовом значении величины, полученном в резуль­тате измерения, являются сомнительными. Округлять числовое значение результата измерения необходимо в соответствии с число­вым разрядом значащей цифры погрешности, т. е. числовоезначение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же раз­ряда, что и значение погрешности. При округлении рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений.

Виды погрешности измерений Погрешности измерения в зависимости от характера причин, вызывающих их появление, принято разделять на случайные, систематические и грубые.

Под случайной погрешностью понимают погрешность измере­ния, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Они вызываются причинами, кото­рые не могут быть определены при измерении и на которые нельзя оказать влияния. Присутствие случайных погрешностей можно обна­ружить лишь при повторении измерений одной и той же величины с одинаковой тщательностью.

Случайные погрешности измерений непостоянны по значению и по знаку. Они не могут быть определены в отдельности и вызывают неточность результата измерения. Однако с помощью теории вероят­ностей и методов статистики случайные погрешности измерений могут быть количественно определены и охарактеризованы в их совокупности, причем тем надежнее, чем больше число проведенных наблюдений.

Под систематической погрешностью понимают погрешность измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Если система­тические погрешности известны, т. е. имеют определенное значение и определенный знак, они могут быть исключены путем внесения поправок.

Обычно различают следующие разновидности систематиче­ских погрешностей: инструментальные, метода измерений, субъек­тивные, установки, методические.

Под инструментальными погрешностями понимают погрешности измерения, зависящие от погрешностей применяемых средств изме­рений.

Под погрешностью метода измерений понимают погрешность, происходящую от несовершенства метода измерений.

Субъективные погрешности (имеющие место при неавтоматиче­ских измерениях) вызываются индивидуальными особенностями наблюдателя, например запаздывание или опережение в регистра­ции момента какого-либо сигнала, неправильная интерполяция при отсчитывании показаний в пределах одного деления шкалы, от параллакса и т. п.

Погрешности установки возникают вследствие неправильной установки стрелки измерительного прибора на начальную отметку шкалы или небрежной установки средства измерений, например не по отвесу или уровню и т. п.

Методические погрешности измерений представляют собой такие погрешности, которые определяются условиями (или методикой) измерения величины (давления, температуры и т. д. данного объекта) и не зависят от точности применяемых средств измерений. Методическая погрешность может быть вызвана, например, добавочным давлением столба жидкости в соединительной линии, если прибор, измеряющий давление, будет установлен ниже или выше места отбора давления. При выполнении измерений, особенно точных, необходимо иметь в виду, что систематические погрешности могут значительно исказить результаты измерения. Поэтому прежде чем приступить к измерению, необходимо выяснить все возможные источники системати­ческих погрешностей и принять меры к их исключению или опреде­лению. При неавтоматических измерениях многое зависит от знаний и опыта экспериментатора.

Для исключения погрешностей установки как при точных, так и при технических измерениях необходима тщательная и пра­вильная установка средств измерений.

При измерении переменной во времени величины результат измерения может оказаться искаженным помимо погрешностей, рассмотренных выше, погрешностью еще одного вида, возникающей только в динамическом режиме и получившей вследствие этого наиме­нование динамической погрешности средства измерений. При изме­рении переменной во времени величины динамическая погрешность может возникнуть вследствие неправильного выбора средства измерений или несоответствия измерительного прибора условиям изме­рения. При выборе средства измерений необходимо знать динамиче­ские свойства его, а также закон изменения измеряемой величины.

Точность измерений В зависимости от назначения и требований, предъявляемых к точности измерений, измерения делятся на точные (лабораторные) и технические. Измерения точные, как пра­вило, выполняются многократно повторяемыми и с помощью средств измерений повышенной точности. Путем повторения измерений влияние на их итог случайных погрешностей можно ослабить, а сле­довательно, повысить точность измерения. При этом необходимо иметь в виду, что даже при благоприятных условиях точность изме­рения не может быть выше точности поверки применяемых средств измерений.

При выполнении технических измерений, широко применяемых в промышленности, а иногда и в лабораторных условиях, используют рабочие средства измерений, которые поправками при их по­верке не снабжаются.

При выполнении точных измерений пользуются средствами измерений повышенной точности, а вместе с тем применяют и более со­вершенные методы измерения. Однако, несмотря на это, вследствие неизбежного наличия во всяком измерении случайных погрешностей истинное значение измеряемой величины остается неизвестным и вместо него мы принимаем некоторое среднее арифметическое зна­чение, относительно которого при большом числе измерений, как показывает теория вероятностей и математическая статистика, у нас есть обоснованная уверенность считать, что оно является наи­лучшим приближением к истинному значению . Под техническими измерениями практически постоянных вели­чин, широко применяемыми в промышленности и в лабораторных условиях, понимаются измерения, выполняемые однократно с по­мощью рабочих (технических или повышенной точности) средств измерений, градуированных в соответствующих единицах. При выполнении прямых технических измерений однократный отсчет показаний по шкале или диаграмме измерительного прибора прини­мается за окончательный результат измерения данной величины. Точность результата прямого измерения при применении измери­тельного показывающего прибора прямого действия может быть оце­нена приближенной максимальной (или предельной) погрешностью,

При выполнении технических измерений случайные погрешности в большинстве случаев не являются определяющими точность изме­рения и поэтому отпадает необходимость многократных измерений и вычисления среднего арифметического значения измеряемой величины, так как в пределах допускаемых погрешностей рабо­чих средств измерений результаты отдельных измерений будут сов­падать. Следует также отметить, что технические измерения позволяют выполнять измерения различных величин с наименьшей затратой средств и сил, в наиболее короткий срок и с достаточной точностью.