Погрешности измерений.Классификация и методы измерений

Измерение, как и любой экспериментальный процесс, всегда выполняется с некоторой ошибкой. Отклонение полученного результата от истинного значения называется погрешностью и является одним из основных понятий метрологии. Источниками погрешности могут быть изменения характеристик приборов, влияние на прибор внешних факторов, неправильные действия оператора и многое другие. В некоторых случаях погрешности могут во много раз превышать саму измеряемую величину.

Различают погрешности результата измерений и погрешности средств измерений.

Погрешность результата измерений –разность между результатом измерений и истинным значением измеряемой величины.

Погрешность средства измерений – разность между показанием СИ и истинным значением.

Эти понятия близки и поэтому классифицируются по одинаковым признакам и часто одинаково выражаются.

По способу выражения погрешности измерений делят на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность выражается формулой:

D = Х _изм – Х _и,

где Х _изм и Х _и – результат измерения и истинное значение физической величины соответственно.

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины и не всегда характеризует точность измерений. Например, погрешность 1мм при измерении 10 мм это много, а при измерении 1м – это мало. Поэтому используют понятие относительной погрешности:

100%

Так как истинное значение Х_и неизвестно, то при вычислениях его заменяют действительным значением. Таким образом, погрешность определяется также с некоторой неточностью, и говорят об оценке погрешности, а не ее вычислении.

Систематические погрешности

Это погрешность, которая остается постоянной или изменяется по известному закону при проведении повторных измерений. В настоящее время систематическая погрешность считается специфической случайной величиной, обладающей некоторыми, но не всеми свойствами случайной величины:

1) СКО неисключенной систематической составляющей ,2) границами, в которых эта составляющая находится с заданной вероятностью.

По характеру изменения во времени они делятся на постоянные и переменные.

Постоянными называются такие погрешности измерения, которые остаются неизменными в течение всей серии измерений. Например, погрешность от того, что неправильно установлен ноль стрелочного электроизмерительного прибора, погрешность от постоянного дополнительного веса на чашке весов и т.д. Эта погрешность не может быть определена при проведении повторных наблюдений и поэтому наиболее опасна. Постоянные систематические погрешности могут быть обнаружены лишь путем сравнения результатов измерений с другими, полученными с помощью более высокоточных методов и средств.

Переменными называются погрешности, изменяющиеся в процессе измерения. Они делятся на прогрессивные (монотонно изменяющиеся, например, вследствие износа СИ), периодические и изменяющиеся по сложному закону.

По причинам возникновения погрешности делятся на методические, инструментальные, от внешних влияний, погрешность установки и личные (субъективные).

Методическая погрешность обусловлена:

1)отличием принятой модели объекта измерений от модели, адекватно описывающей свойство, определяемое путем измерения (недостаточно изучено физическое явление, лежащее в основе измерения; принятые допущения и т.д.), 2) влиянием СИ на объект измерений (вольтметр с конечным внутренним сопротивлением), 3) неточностью применяемых алгоритмов расчета, допущениями или упрощениями модели измерений.

Инструментальная погрешность обусловлена:

1) несовершенством конструкции СИ и технологии его изготовления, 2) постепенным износом и старением элементов.

Погрешность установки – следствие неправильной установки СИ. Наиболее существенна для СИ, принцип действия которых основан на механическом равновесии, силах гравитации.

Погрешность от внешних влияний – следствие воздействия неизвестных или неучтенных источников влияющей величины: температуры, электрических и магнитных полей, давления и влажности воздуха, динамических воздействий измеряемой среды.

Субъективная погрешность – следствие неправильных действий человека, выполняющего измерения. (Пример: молодой и опытный слесари).