Погрешность измерений
Погрешностью измерительного прибора называется разность между измеренными показаниями прибора и истинными значениями. Истинные значения представляют собой идеальные измерения без погрешностей – на практике недостижимые. Отклонения от истинных значений средств измерения зависит от условий измерения, точности средств измерения, опыта человека, фиксирующего показания приборов. Погрешностью измерительного прибора является величина, на которую отличается измеренное и истинное значение измеряемого параметра.
Поскольку истинные значения параметров неизвестны, на практике используют действительные значения параметров. Для каждого средства измерения в качестве действительного значения используют данные рабочего эталона меньшего разряда. Например, для измерительного эталона 4 разряда сравнительной базой является значения величины для эталона 3 разряда.
Погрешности измерительных приборов по различным признакам классифицируются следующим образом:
- по способу представления результатов – абсолютные и относительные;
- по типу проявления – систематические и случайные;
- по отношению к условиям использования – главные и вспомогательные.
Систематическими называются погрешности, постоянные по величине или изменяющиеся по известным законам и воспроизводимые при повторном измерении того же параметра. Причинами, вызывающими систематические ошибки, являются отклонения от указанных в технической документации условий работы прибора или связанные с недостатками способа измерения. В принципе систематические погрешности устранимы при анализе возможных причин их возникновения и приведения условий проведения измерений в соответствии с технической документацией.
Примером систематической ошибки может быть сдвиг оси стрелки относительно центра шкалы в приборе с круговой шкалой и указательной стрелкой, например, манометре. Значения погрешностей данного типа исключаются из результатов и корректируются с использованием поправочного коэффициента. Систематическая ошибка характеризует степень соответствия измеряемых значений реальным и выражает адекватность измерительного прибора.
Случайная составляющая ошибки измерения варьируется при повторном измерении одной и той же величины и характеризуется тем, что ее изменение носит случайный характер. Случайная погрешность измерения может накапливаться за счет ряда некорректных измерений и искажать окончательный результат. Одной из возможностей исключения ошибки данного типа является проведение повторного измерения. Данные ошибки являются неизбежными и неустранимыми, однако при проведении многогранных и достоверных повторных измерений можно получить поле разброса результатов измерения, полностью характеризующих измеряемый параметр.
Характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты измерений и их точность, называются метрологическими характеристиками средств измерений.
Они бывают двух видов:
1. Метрологические характеристики, в которых используется информация о размере единицы измерения. К этому виду относятся следующие группы метрологических характеристик:
1.1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (до внесения поправок): функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц входной величины; значение однозначной или значения многозначной меры; цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.
1.2. Характеристики качества показаний — точности и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением или его аналогом. Правильность обеспечивается внесением поправки, устанавливаемой при испытаниях средства измерений в целях утверждения типа. Эта поправка является одной из составляющих суммарной поправки, которая вносится в показание средства измерений.
1.3. Динамические характеристики средств измерений (полные и частные), учитывающие их инерционные свойства в особых условиях, когда измеряемая величина меняется во времени.
2. Метрологические характеристики, в которых не используется информация о размере единицы измерения. К этому виду относятся следующие группы метрологических характеристик:
2.1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (до внесения поправок). К ним относятся: вид выходного кода, число разрядов кода, если средство измерений предназначено для выдачи результатов в цифровом коде.
2.2. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. К ним относятся функции плияния и учета изменений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах.
2.3. Характеристики взаимодействия с объектами или устройствами на входе и выходе средств измерений. Примерами характеристик этой группы являются входной и выходной импедансы линейного измерительного преобразователя.
2.4. Неинформативные параметры выходного сигнала, обеспечивающие нормальную работу устройств, подключенных к средству измерений. Например, выходным сигналом преобразователя напряжения в среднюю частоту следования импулыов является последовательность импульсов. Для определения значения измеряемого напряжения к выходу преобразователя подключается частотомер. Он будет нормально работать только в случае, если амплитуда и форма импульсов прео6разователя, хотя они и не несут информации о значении измеряемого напряжения, удовлетворяют определенным требованиям. В противном случае частотомер будет измерять частоту следования этих импульсов неточно либо вообще не будет работать.
Метрологические характеристики являются показателями качества и технического уровня всех без исключения средств измерений. Они относятся к априорной информации, используемой:
— для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности или неопределенности измерений;
— для расчета метрологических характеристик каналов измерительных систем, состоящих из средств измерений с нормированными метрологическими характеристиками;
— для оптимального выбора средств измерений.
Сведения о них, полученные при испытаниях средств измерений в целях утверждения типа, содержатся в нормативно-технических документах на средства измерений. В этих же документах приводятся требования (нормы), которым должны удовлетворять металогические характеристики всех серийно выпускаемых средств измерений данного типа. Соответствие этим требованиям метрологических характеристик каждого отдельного экземпляра средств измерений должно проверяться.
Проверка соответствия метрологических характеристик нормам и установление на этой основе пригодности средств измерений к применению производится при их поверке.
Среднеарифметическая ошибка
Характеристиками разброса значений являются среднеарифметическая ошибка, среднеквадратическое отклонение и разброс результатов измерений относительно средних значений. Учитывая, что характер разброса результатов носит вероятностный характер, то при указании случайной ошибки указывают ее вероятность.
Оценка погрешностей показаний измерительных средств, которые используются для проверки показателей качества продукции, определяются характерными особенностями сферы применения продукции. Например, ошибка оценки цветовой гаммы плитки из керамики для внутренней отделки помещений используется на порядок ниже, чем для образцов, получаемых в серийном производстве. Разница в цветовой гамме, закрепленной на стене кафельной плитки, будет броской, чего не будет наблюдаться в случае разрозненного применения отдельных фрагментов общей картины, полученной серийным способом.
