Классификация погрешностей измерений

Приведенная погрешность γ(измерительного прибора) — отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению х_н:

γ = Δ/х_н.

Нормирующее значение в зависимости от типа измерительного прибора принимается равным диапазону шкалы: верхнему пределу измерений (в случае, если нижний предел — нулевое значение односторонней шкалы прибора); разности между пределами измерения шкалы (в случае, если нижний предел имеет не нулевое значение как для односторонней шкалы прибора, так и для двухсторонней шкалы прибора).

6.4.2. По характеру изменения результатов при повторных измеренияхпогрешности разделяются на систематические и случайные.

Систематическиминазываются погрешности, которые при повторных измерениях остаются постоянными или изменяются закономерно, обычно прогрессируя.

Постоянные систематические погрешности свидетельствуют, прежде всего, о высоких или недостаточных показателях метрологической надежности применяемого средства измерений и могут быть устранены (учтены) предусмотренными аппаратурными методами коррекции или введением поправок в результаты измерений. Одной из распространенных систематических погрешностей является погрешность градуировки (погрешность нанесения делений на шкалу измерительного прибора). Данная погрешность легко выявляется, составляется таблица поправок, которая используется при определении результата измерений.

Систематические погрешности могут вызываться недостаточно точным исполнением принятого принципа и метода измерений, конструктивными недостатками средства измерений (например, инерционностью механизмов средства измерений, «не поспевающего» за изменениями измеряемой величины).

Постоянные систематические погрешности в случае, когда они известны и значения их в виде поправок указаны в нормативно-технической документа­ции на средство измерений, учитываются в каждом из результатов измерений. При этом поправка на систематическую погрешность, вводимая в результат измерений, равна ей по абсо­лютному значению и противоположна по знаку.

Часто, оценивая значение систематической погрешности, говорят: чем она меньше, тем более правильны результаты измерений.

Закономерно изменяющиеся систематические погрешности, возрастающие со временем эксплуатации средства измерений, как правило, квазимонотонно, называются прогрессирующими систематическими погрешностями.Они вызываются процессами старения узлов (комплектующих изделий) средства измерений (микросхем, резисторов, конденсаторов, и др.). Вследствие этого контролируемые и неконтролируемые параметры (характеристики) измерительных приборов изменяются и соответственно возрастают инструментальные погрешности средств измерений, по рассматриваемой классификационной группе относящиеся к систематическим. Старению подвержены и меры, например концевые меры длины, гири. Это происходит из-за постепенного стирания поверхностей, окисления и других процессов.

Случайныминазываются погрешности, изменяющиеся при повторных измерениях непредвиденно, случайным образом. В процессе любого измерения

присутствуют многочисленные влияющие величины (наряду с такими важными, как температура, давление, влажность, напряжение электрической цепи), учесть которые практически невозможно, но их совместное воздействие (случайная комбинация воздействий) сказывается на получении результатов измерений, а следовательно, и на погрешности измерений. В связи с этим до проведения измерений предсказать значение случайной погрешности невозможно.

Случайная погрешность в отличие от систематической не может быть исключена из результата измерения, но ее влияние можно уменьшить с помощью многократных измерений искомой величины с последующим определением характеристик случайной погрешности методами математической статистики. Полученные при многократных измерениях результаты рассматриваются как случайные величины.

Следует отметить, что после исключения (введения поправки) системати­ческой погрешности выделить ее неисключенную составляющую при обычных (рабочих) измерениях весьма затруднительно. Эти составляющие при измерениях часто проявляются вместе со случайными погрешностями, поэтому каждый результат при этом рассматривается как случайная величина. Используя еще более точное средство измерений при выявлении систематической погрешности, можно довести ее неисключенную составляющую до уровня «шума», который если и регистрируется, то как случайная погрешность.

К случайным погрешностям в большинстве случаев относятся и так называемые грубые погрешности(промахи), характерные значительным превышением над ожидаемой (указанной в нормативно-технической документации на средство измерений) погрешностью с учетом данных условий измерений. Источником грубой погрешности чаще всего является неправильный отсчет пока­заний прибора. Иногда они могут возникать при скачкообразном изменении условий измерений (например, внезапное изменение напряжения питающей сети). При статистическом анализе промахи могут быть выявлены и соответствующие им результаты исключены.

Близость к нулю случайных погрешностей измерений называется сходимостью измерений.

Когда проводятся обычные измерения, где не требуется получать резуль­таты измерений с заранее обусловленной точностью по случайным и система­тическим погрешностям, определяется лишь общая погрешность результатов.

6.4.3. По причине возникновенияпогрешности разделяются на инструментальные, методические и субъективные.

Инструментальная (приборная, аппаратурная) погрешность— погрешность средства измерений (составляющая погрешности средства измерений), опреде­ляемая несовершенством средств измерений, неидеальной реализацией прин­ципа действия, конструктивно-технологическими особенностями средства из­мерений и влиянием внешних условий. К инструментальным погрешностям обычно относят также помехи на входе средства измерений, вызываемые его подключением к объекту измерений. Инструментальная погрешность является одной из наиболее ощутимых составляющих погрешности, причем некоторые из инструментальных погрешностей являются систематическими, другие — случайными (например, за счет нестабильности параметров комплектующих изделий, входящих в измерительные цепи прибора).

Методическая погрешность— составляющая погрешности, обусловленная несовершенством, недостатками примененного в средстве измерений метода измерений и упрощений при построении конструкции средства измерений, в том числе математических зависимостей. Например при измерениях парамет ров электрических цепей (сопротивлений, емкостей, индуктивностей) мосто­выми методами возникает методическая погрешность из-за неучета соответ­ствующих параметров (сопротивлений, емкостей, индуктивностей) соедини­тельных проводов.

К методическим погрешностям относится и невозможность идеального воспроизведения модели объекта измерений. В большинстве случаев эти по­грешности «действуют» регулярно, т. е. относятся к систематическим.

В ряде случаев принцип действия, положенный в основу измерений, при его реализации в средстве измерений вносит погрешность, которую не всегда просто определить. Так, при измерении давления газа в замкнутом сосуде с помощью мембранных (сильфонных) преобразователей давления возникает погрешность, вызываемая прогибом мембраны под действием давления: при этом изменяется объем сосуда, а соответственно и давление. При требованиях высокой точности неучет данного эффекта может оказаться недопустимым. Изу­чение методических погрешностей требует проведения специальных исследо­ваний при разработке средства измерений и методик измерения.

Субъективная (личная) погрешность,в узком смысле погрешность отсчи-тывания, возникает вследствие индивидуальных особенностей (степень внима­тельности, сосредоточенности, подготовленности) операторов, производящих измерения. Эти погрешности практически отсутствуют при использовании ав­томатических или автоматизированных средств измерений. В большинстве слу­чаев субъективные погрешности относятся к случайным, но некоторые из них, относящиеся к личности оператора, могут быть систематическими.