Основные источники погрешности результата измерений

Результат изме­рений зависит от многих факторов: примененного метода измерений; приме­ненного средства измерений; условий проведения измерений (прежде всего, температуры, давления, влажности окружающей среды); качества источника электрической энергии — для электрических средств измерений; способа об­работки результатов измерений; квалификации операторов, организующих и проводящих измерения, и др.

Указанные факторы по-разному сказываются на отличии результата изме­рений от истинного значения измеряемой величины. Прежде всего, всегда су­ществует погрешность за счет замены истинного значения величины его ото­бражением (лучшим или худшим) в виде действительного значения. Этот ис­точник погрешности в случае, когда экспериментатору, проводящему измере­ния, задано действительное значение измеряемой величины, естественно, не рассматривается. Большинство измерений, проводимых с помощью рабочих средств измерений, относятся к указанному случаю. Так, измерения, результа­ты которых определяются по шкале измерительного прибора, не требуют оцен­ки как истинного значения, так и действительного значения измеряемой вели­чины. Определенный по шкале результат измерения отличается от действитель­ного значения на известную величину, примерно равную погрешности сред­ства измерений, указанную в его паспорте (техническом описании).

Другим источником погрешностей измерений, непосредственно не свя­занных с погрешностью средства измерений, являются особенности приме­ненного метода измерений. Например, при измерении массы жидкости в ре­зервуаре по ее уровню (даже при достаточно точно известных параметрах резер­вуара и «идеальном» преобразовании положения датчика уровня — поплавка в показания измерительного прибора) на результат измерения будет сказываться отличие значения плотности жидкости от «номинальной» плотности за счет неуточненного изменения атмосферного давления или температуры. Обычно любой примененный метод измерений вносит ту или иную составляющую по­грешности в результат измерений, если методикой измерений этот источник погрешности не учтен.

Источником погрешности метода измерений часто являются приближе­ния, принятые для воспроизведения величины в случае косвенных, совокуп­ных и совместных измерений. Это приводит к отличию функционала (матема­тической зависимости), связывающего искомую величину с измеряемыми ве­личинами, от функционала, реализуемого принятым методом измерений

Во многих измерительных процедурах основным источником погрешности является применяемое средство измерений, его несовершенство: искажение характерных признаков измеряемой величины (входного сигнала), поступаю­щей на вход средства измерений, в процессе выполняемых им измерительных преобразований. При этом выходная величина (выходной сигнал) содержит погрешности измерительных преобразований. Кроме того, принцип действия, положенный в основу средства измерений, может быть неадекватен требова­нию воспроизведения измеряемой величины. Например, в цифровых средствах измерений непрерывный (аналоговый) входной сигнал преобразуется в диск­ретный (цифровой) сигнал, в результате чего исходная функция, описываю­щая измеряемую величину, заменяется некоторой совокупностью мгновенных ее значений. Восстановление исходной функции осуществляется с помощью линейной интерполяции между дискретными мгновенными значениями. Оче­видно, точное восстановление исходной функции при этом практически не­возможно, появляется погрешность метода, свойственного самому средству измерений. Таким образом, методические погрешности могут быть независи­мыми от средства измерений и могут определяться самим средством измере­ний.

Средство измерений, в зависимости от точности принятых при его конст­руктивной реализации решений, адекватных принципу измерений физической величины, является источником инструментальных погрешностей, часто наи­более существенных среди всех источников погрешностей. Например, в случае неравенства плеч коромысла весов измеряемая масса будет уравновешиваться набором гирь (пусть самых точных) с погрешностью, вызываемой неравен­ством плеч. Это будет представлять источник инструментальной (одинаково присутствующей при всех измерениях) погрешности.

И, наконец, источником погрешности измерений, иногда достаточно гру­бой, может явиться недостаточная квалификация оператора, его неподготов­ленность к выполнению измерений, а иногда и невнимательность.