Определение погрешности измерений. Основные источники погрешности результата измерений

Здесь R происходит от слова reading (показание), FS — от слов full scale (полная шкала). Таким образом, в данном случае гарантированная погрешность будет определяться пределами погрешности, равной сумме 0,01 % от показания средства измерения и 0,02 % от диапазона шкалы.

б) Дополнительной погрешностью средства измерения называется  погрешность, возникающая вследствие отклонений одной из влияющих величин от нормального значения (или «выхода» значений влияющей величины за пределы нормальной области значений). Принято различать дополнительные погрешности по отдельным влияющим величинам (дополнительная температурная погрешность, дополнительная погрешность за счет изменения атмосферного давления и т. д.). Как правило, наиболее значимой влияющей  величиной является температура  окружающей среды.

Дополнительные погрешности  учитываются с помощью функций влияния,  называемых    иногда также коэффициентами    влияния. Функция влияния представляет собой зависимость числовых значений  (обычно в процентах),    на которые необходимо увеличить значение основной погрешности, от значения отклонения    влияющей величины от нормальных условий.   Например, функция влияния температуры часто указывается в виде = n %10°С, по   питающему электрическому напряжению ,где числа п % и m% означают,   на сколько процентов следует увеличить значение основной погрешности измерений при   указанном отклонении от нормальных условий температуры окружающей среды и . электрического напряжения питания, соответственно. Если зависимость функции влияния от изменения влияющей величины нелинейна,   то ее представляют в виде графика, формулы или таблицы.

5) По характеру  поведения измеряемой физической  величины в процессе измерений различают статические и динамические погрешности.

а) Статическая погрешность — это погрешность средства измерения в случае, когда измеряемая величина за время измерений не изменяется (рис.3, а). Предполагается, что не изменяется и действительное значение измеряемой величины. Абсолютная погрешность в этом случае также остается постоянной.

б) Динамическая   погрешность представляется    разностью между погрешностью средства измерения в динамическом режиме  и его статической погрешностью , соответствующей значению  величины в данный момент времени (рис. 3,б). 

     На рисунке показан случай, когда действительное значение величины в течение времени не изменяется. Но это условие не обязательное.

              

Рис.3. К определению статической и динамической погрешностей

 

Эта погрешность имеет место при динамических измерениях, когда измеряемая величина изменяется во времени и требуется установить закон ее изменения. Причина появления динамических погрешностей состоит в несоответствии скоростных (временных) характеристик прибора и скорости изменения измеряемой величины.

Если статические погрешности  зависят только от значений   измеряемой и действительной величин,   то при измерении изменяющейся во времени физической величины взаимосвязь между сигналами на входе и выходе средства измерения зависит не только  от значений измеряемой величины,    но также от характера изменения ее во времени.    Простейший пример:  постоянная температура тела измеряется термометром с некоторой, скажем, небольшой погрешностью. Если при измерении температура тела возрастает за короткий промежуток времени, то погрешность также возрастает из-за запаздывания реакции термометра. Очевидно,    в зависимости от скорости изменения измеряемой величины во времени и динамических характеристик средства измерения динамическая погрешность изменяется во времени.    При анализе погрешностей статистические и динамические погрешности рассматриваются отдельно.   Вначале определяются статические.

Приведенная классификация погрешностей измерений  не является формальностью, она широко используется при изучении погрешностей,    в том    числе с помощью    воспроизведения    (имитации) условий, при которых в процессе производства измерений проявляются    соответствующие погрешности. Кроме   этого,      в большинстве случаев проведения экспериментов, когда результат измерений необходимо знать с погрешностью, не превышающей заданную, приходится учитывать общую погрешность измерений путем суммирования отдельных ее составляющих различающихся по содержательным и количественным признакам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

1) В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями, поскольку они являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая  действующие в природе закономерности. Практически ни одна наука немыслима без измерений. Особенно большое значение измерения имеют в современном обществе, так как научно-технический прогресс во всех областях науки, техники, производства приводит к повышению требований к качеству и надежности функционирования технических. Общеизвестно, что обеспечить эти показатели невозможно без проведения измерений десятков, сотен, в ряде случаев тысяч параметров и характеристик    технических устройств.

 Любые   измерения лишь тогда приобретают какую-то    значимость,   когда их результатам можно доверять. Измерения проводятся с различными целями. Но какую бы цель не преследовали измерения, главным всегда остается оценка по их результатам истинного значения величины, которое рассматривается как идеальная в качественном и количественном отношениях ее характеристика. Мы в состоянии наблюдать истинную величину,   но определить ее точное значение с помощью измерений не можем.

Поэтому для практического  применения «неизвестному» истинному значению величины сопоставляется действительное значение величины. Это значение определяется экспериментально, приписывается измеряемой величине и рассматривается как величина, значение которой наиболее точно отображает в данной измерительной задаче истинное значение величины.

Очевидно, истинное значение величины, несмотря на недостаточную известность, по своей природе является единственным (во всяком случае, в момент измерений). Действительное значение величины, в зависимости от методов и средств, используемых для его определения, может иметь множество значений,    сопоставляемых этому единственному.

Несоответствие действительного  значения физической величины, найденного путем измерения, истинному - называют погрешностью результата измерения.

2) Результат измерений зависит от многих факторов: примененного метода измерений; примененного средства измерения; условий проведения измерений (прежде всего температуры, давления, влажности окружающей среды, качества источника электрической энергии – для электрических средств измерений); квалификация 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 ее отображением в виде действительного значения.

 Другим источником погрешностей измерений, непосредственно не связанных с погрешностью средства измерения, являются особенности примененного метода измерений. Обычно любой примененный метод измерений вносит ту или иную составляющую погрешности в результат измерений, если методикой измерений этот источник погрешности не учтен.

Во многих измерительных  процедурах основным источником погрешности  является применяемое средство измерения, 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. Средство измерений, в зависимости от точности принятых при его конструкции, является источником инструментальных погрешностей, часто наиболее существенных среди всех источников погрешностей.

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

3) Погрешности измерения классифицируются по следующим признакам:

По способу  количественного выражения погрешности измерения делятся на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютной  погрешностью выражаемой в единицах измеряемой величины, называется отклонение результата измерения от истинного значения.

Относительной погрешностью  называется отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, выраженное в %.

Приведенной погрешностью выражающей точность измерений в процентах, называется отношение абсолютной погрешности  к некоторому нормирующему значению   (например,  к конечному значению шкалы прибора или сумме конечных значений шкалы при двусторонней шкале).

По характеру (закономерности) изменения погрешности измерений подразделяются на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематические погрешности – составляющие погрешности измерений, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при многократных (повторных) измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Такие погрешности могут быть выявлены путём детального анализа возможных их источников и уменьшены  (применением более точных приборов, калибровкой приборов с помощью рабочих мер и прочее). Однако полностью их устранить нельзя. Известны некоторые методы значительного уменьшения таких погрешностей.

Случайные погрешности – составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом при повторных (многократных) измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Они проявляются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Практически случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда имеют место в результате измерения.

Таким образом, абсолютная погрешность в общем случае представляет сумму систематической и случайной  погрешностей. Это означает, что  абсолютная погрешность, как и результат  измерения, является случайной величиной.

По причинам возникновения погрешности  измерения подразделяются на методические, инструментальные, внешние и субъективные.

Методические  погрешности возникают обычно из-за несовершенства методов измерений, использования неверных теоретических предпосылок (допущений) при измерениях, а также из-за влияния выбранного средства измерения на параметры сигналов.

Инструментальные (аппаратные, приборные) погрешности возникают из-за несовершенства средств измерения, т.е. зависят от погрешностей средств измерений.

Внешняя погрешность  – составляющая погрешности измерения, связанная с отклонением одной или нескольких внешних влияющих величин от нормальных значений (например, влияние влажности, температуры, внешних электрических и магнитных полей, нестабильности источников питания, механических воздействий, пространственного положения прибора и т. д.). В большинстве случаев внешние погрешности являются систематическими и определяются дополнительными погрешностями применяемых средств измерений.

Субъективные  погрешности вызываются ошибками оператора при отсчете показаний средств измерения (погрешности от небрежности оператора,  от неправильного направления взгляда при отсчете показаний стрелочного прибора и прочее).

По характеру  поведения измеряемой физической величины в процессе измерений различают статические и динамические погрешности.

Статические погрешности возникают при измерении установившегося значения измеряемой величины, т.е. когда эта величина не изменяется  во времени.

Динамические  погрешности имеют место при динамических измерениях, когда измеряемая величина изменяется во времени и требуется установить закон ее изменения. Причина появления динамических погрешностей состоит в несоответствии скоростных (временных) характеристик прибора и скорости изменения измеряемой величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Радкевич Я.М., Лактионов Б.И. Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость. – М.: Изд-во Московского Государственного горного университета, 1996 – 212с.
2. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. – М.: Изд-во стандартов, 1995 – 279с.
3. Проненко В.И., Якирин Р.В. Метрология в промышленности. – Киев: Изд-во Технiка, 1979  - 221с.
4. Шабалин С.А. Прикладная метрология в вопросах и ответах. 2-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Изд-во стандартов, 1990 – 189с.
5. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. Учебное пособие. – М.: Изд-во Логос, 2001 – 376с.