ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОЧНОСТИ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Как бы тщательно мы ни производили измерение, не представляется возможным получить свободный от искажения результат. Причины этих отличий могут быть различны, например, несовершенство применяемых методов, средств измерения, непостоянство условий измерения и т.д. Отклонения обусловливают погрешность — отличие результата измерения от истинного значения физического параметра.

Отклонение 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 параметра. Используется также относительная погрешности, представляющая собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины.

Поскольку, строго говоря, истинное значение измеряемой величины всегда остается неизвестным, можно найти лишь приближенную оценку погрешности измерения. В качестве истинного, точнее действительного значения обычно применяется величина, определенная теоретически или измеренная более точным прибором

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. числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности. При округлении рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений.

Погрешности измерения в зависимости от характера причин, вызывающих их появление, принято разделять на систематические, грубые ислучайные.

 

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

Поправка. Под поправкой понимают значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении результату с целью исключения систематической погрешности.

Поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению мер; поправку, вводимую в показания измерительного прибора, называют поправкой к показанию прибора, поправка, вводимая в показания прибора, дает возможность получить действительное значение измеряемой величины.

Если П —- поправка, выраженная в единицах измеряемой величины, то согласно определению Хд = Хи + П (действительное=измеренное +поправка),т. е. поправка равна абсолютной погрешности прибора, взятой с обратным знаком.

В некоторых случаях для исключения систематической погрешности пользуются поправочным множителем, представляющим собой число, на которое умножают результат измерения.

При поверке средств измерений поправками снабжаются только образцовые средства измерений, а также рабочие средства измерений повышенной точности. Промышленные (технические) средства измерений при их поверке поправками не снабжаются, так как они предназначены для применения без поправок. Если в результате поверки промышленных средств измерений будет установлено, что их погрешности не выходят за пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей, то они признаются годными к применению.

Систематические погрешности можно разделить на: инструментальные, метода измерений, субъективные, установки, методические.

Под инструментальными понимают погрешности, зависящие от метрологических качеств применяемых средств измерений. При применении приборов повышенной точности инструментальные погрешности, вызываемые несовершенством измерительных средств, могут быть исключены путем введения поправок. Инструментальные погрешности технических средств измерений не могут быть исключены, так как эти приборы при их поверке поправками не снабжаются.

Под погрешностью метода измерений понимают погрешность, происходящую от несовершенства метода. Она возникает сравнительно часто при применении новых методов, или при использовании аппроксимирующих уравнений, представляющих иногда неточное приближение к действительной зависимости величин друг от друга. Погрешность метода измерений должна учитываться при оценке погрешности средства измерений и, в частности, измерительной установки, а иногда и погрешности результата 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. Под погрешностью от параллакса понимают составляющую погрешности отсчитывания, происходящую вследствие визирования стрелки, расположенной на некотором расстоянии от поверхности шкалы, в направлении, не перпендикулярном поверхности шкалы.

Погрешности установки возникают вследствие неправильной установки стрелки измерительного прибора на начальную отметку шкалы или небрежной установки средства измерений, например негоризонтально, невертикально и т. п.

Методические погрешности 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 манометр будет установлен ниже или выше места отбора давления, а при измерении температуры - условиями теплообмена со средой, температура которой измеряется и(динамическая погрешность), или нарушением датчиком температурного поля объекта в процессе измерения.

При выполнении измерений, особенно точных, необходимо помнить, что систематические погрешности могут существенно исказить результаты. Поэтому прежде чем приступить к измерению, следует проанализировать все возможные источники систематических погрешностей и принять меры к их исключению или определению. Однако разнообразие приемов измерения различных величин не позволяет выработать общие методы определения систематических погрешностей. Кроме того, при неавтоматических измерениях многое зависит от знаний и опыта экспериментатора.

В качестве частных рекомендаций можно назвать следующие меры:

· устранение инструментальных погрешностей в значительной мере обеспечивается регулярной поверкой;

· для исключения погрешностей установки следует обращать внимание на визирование нуля и установку средств измерений в соответствие с инструкцией.

· влияние внешних возмущений (температура, движение воздуха, вибрация и т. п.) должно быть устранено или учтено.

Т.о. в случае систематической погрешности её следует выявить и устранить поправкой или коррекцией прибора, схемы измерения и т.д.

Под грубой погрешностью измерения понимается ошибка, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях.

Выделение грубых погрешностей требует достаточно глубокого понимания особенностей измеряемой величины. Наблюдения, содержащие грубые погрешности, должны быть отброшены как не заслуживающие доверия. Поэтому необходимо уточнить, в каких же случаях сильно отклоняющиеся результаты измерения должны быть отброшены. Наиболее часто для обнаружения промаха используют так называемый критерий Райта, согласно которому, если случайное отклонение какого-либо измерения от среднего арифметического значения превышает Зσ_n, то данное измерение содержит промах. Эта оценка применяется при числе измерений 0 < n < 20. Если число измерений 20 < n < 100, то для оценки допустимого коридора следует применять значение 4σ_n. Однако этот прием нельзя считать достаточно строгим, так как погрешности являются случайными и потому появление большой погрешности само по себе не зависит от числа наблюдений.

Т.о. грубую погрешность следует выявить и измерение «отбросить».