Классификация погрешностей измерения
Любое измерение не может быть выполнено абсолютно точно, его результат всегда содержит некоторую ошибку. В задачу измерений входит не только измерение контролируемой величины, но и оценка допущенной при измерении погрешности. Статические погрешности измерения в зависимости от причин проявления принято подразделять на случайные, систематические и грубые [1].
1.6.1. случайная погрешность
Случайныминазываются погрешности, не подчиняющиеся какой-либо известной закономерности. Они возникают в результате влияния на процесс измерения случайных факторов (вибрация прибора, влияние посторонних электромагнитных полей, физиологические изменения органов чувств наблюдателя и т.п.). Случайные погрешности всегда присутствуют в эксперименте; они в равной степени могут быть как положительными, так и отрицательными. Случайные погрешности не могут быть исключены опытным или расчетным путем. Для учета влияния случайных погрешностей на результат измерения одну и ту же величину измеряют многократно. К ряду значений применяют законы теории вероятностей и методы статистики, на основании которых учитывают влияние случайных погрешностей на результат измерения [1-2].
1.6.2. систематическая погрешность
Систематическая погрешностьэто составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.
Выявление и оценка систематических погрешностей являются наиболее трудным моментом любого измерения и часто связаны с необходимостью проведения исследований. Обнаруженная и оцененная систематическая погрешность исключается из результата введением поправки. В зависимости от причины возникновения различают следующие погрешности:
· Погрешность метода (теоретическая погрешность) измерений – составляющая погрешности измерения, обусловленная несовершенством метода измерений. Здесь необходимо учитывать тот факт, что метод измерения, по определению, включает в себя и принцип измерения. Рассматриваемая погрешность определяется в основном не совершенством принципа измерения и, в частности, недостаточной изученностью явления, положенного в основу измерения.
· Инструментальная погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешности применяемых средств измерений. Данная погрешность имеет несколько составляющих, наиболее важные из которых определяются несовершенством конструкции (или схемы), технологии изготовления средств измерений, постепенным их износом и старением материалов, из которых эти средства измерения изготовлены.
· Погрешность установки является следствием неправильности установки средств измерений.
· Погрешность от влияющих величин является следствием воздействия на объект и средством измерения внешних факторов (тепловых и воздушных потоков, магнитных, электрических, гравитационных, и других полей, атмосферного давления, влажности воздуха, ионизирующего излучения). [8]
· Субъективная погрешность обусловлена индивидуальными свойствами человека, выполняющего измерения. Причиной ее являются укоренившиеся неправильные навыки выполнения измерений. К этой систематической погрешности относятся, например, погрешность из-за неправильного отсчитывания десятых долей делений шкалы прибора, погрешности из-за различной скорости реакции людей и т.п.
1.6.3.грубая погрешность
Грубыми (промахами)называются погрешности, которые явно искажают результат измерения. Эти погрешности получаются, например, из-за неправильной записи результатов измерения, неверной схемы включения прибора и т. п. Измерения, содержащие грубые погрешности, исключаются из ряда измерений по соответствующему критерию.
Погрешности, приведенные в п.1.6., имеют место, как при статических, так и при динамических измерениях. Погрешности, возникающие при этих измерениях принято называть соответственно статическими или динамическими.
1.7. Абсолютная, относительная, приведённая погрешности измерительного прибора. Вариация показаний прибора
Абсолютной погрешностью измерительного прибора называется разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины установить невозможно, в измерительной технике используется так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора [1-2].
Абсолютная погрешность: Δ = Хп — Q0 ,
где Хп — значение, полученное при измерении величины рабочим измерительным прибором; Q0 — действительное значение измеряемой величины.
Относительная погрешность измерительного прибора - это отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в %:
.
При вычислении относительной погрешности абсолютную погрешность можно также относить к показанию рабочего прибора Xп.
Если прибор работает в условиях, отличных от условий, оговоренных в паспорте, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная погрешность, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной; инструментальная погрешность, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения и т.п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20° С, а за нормальное атмосферное давление - 101325 Н/м2 (760 мм рт. ст.).
Приведённая относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению:
,
где Хнорм - чаще всего диапазон шкалы измеряемого прибора
Вариацией измерительного прибора DNназывается наибольшая экспериментально полученная разность между показаниями измерительного прибора при прямом и обратном ходе, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при одинаковых условиях измерения. Вариации вызываются трением в механизме прибора, зазорами (люфтами) в кинематических парах, гистерезисом и упругим последействием чувствительных элементов прибора. Таким образом, DN - это абсолютная вариация прибора.
Приведенная вариация прибора e:
,
где ΔN – абсолютная вариация прибора; Nmax и Nmin – соответственно верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.
Класс точности приборов
Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерения, влияющими на точность, значение которых устанавливается в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Например, класс точности вольтметра характеризует пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показаний, вызываемых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других влияющих факторов [1-2].
В настоящее время в нашей стране используются два вида классов точности: 1) по абсолютным погрешностям (порядковые номера классов); 2) по относительным приведенным погрешностям (отношение абсолютной погрешности Δ к диапазону шкалы прибора, выраженное в процентах).
Государственными стандартами для разных приборов установлены различные классы точности. Класс точности обозначается на циферблате прибора либо в паспорте прибора.
Согласно ГОСТ 8.401-80 (взамен ГОСТ 13600-68) классы точности выбираются из ряда:
К=(1;1.5;2.0;2.5;3.0;4.0;5.0;6.0)*10n,
где n=1,0,-1,2....
Средства измерений с двумя и более шкалами могут иметь соответственно два и более классов точности.