5.1 Причины погрешностей
Причины конструктивного несовершенства включают в себя:
несовершенство используемого принципа измерения и метода преобразования измерительной информации;
несовершенство технической реализации первичного преобразователя, измерительного механизма и других составных частей измерительной схемы;
неудовлетворительную защиту измерительной цепи от воздействия внешних факторов, искажающих полезную информацию, например от электромагнитных помех;
нелинейность преобразования величины измеряемого параметра;
несовершенство метода считывания информации на отсчетно-регистрирующем устройстве.
К основным производственным причинам относятся:
несовершенство применяемых технологических процессов, не обеспечивающих формирование заданных характеристик;
нестабильность технологических процессов;
неправильный выбор средств производства и неудовлетворительная их работа;
неудовлетворительная система технического контроля, пропускающего на выход некачественную продукцию.
Основными эксплуатационными причинами являются:
нарушение условий эксплуатации и требований технических условий на средства измерения;
неудовлетворительная защита от вредных факторов условий эксплуатации: вибраций, влаги, температуры и т.д.;
изменение параметров технических средств при воздействии внешних факторов.
В зависимости от конструктивного исполнения и качества изготовления могут преобладать те или другие причины погрешности.
5.2 Обозначение погрешности
Погрешности обозначаются в зависимости от способа выражения величины погрешности независимо от причины возникновения.
Абсолютная погрешность – погрешность, выражаемая в единицах измеряемой величины. В случае аддитивного характера погрешности абсолютная погрешность не зависит от величины измеряемого параметра и определяется постоянным пределом а:
Такая погрешность представляет собой разность между результатом измерения и действительным значением измеряемой величины.
В случае мультипликативного характера погрешности предел ее значения можно записать в виде:
где х – измеряемый параметр.
Относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемого параметра, выраженное обычно в процентах:
Если абсолютная ошибка имеет мультипликативный характер, то пределы относительной погрешности можно представить выражением:
Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормированному значению измеряемого параметра. Она также обычно выражается в процентах:
В качестве нормированного значения xN принимают значение предела измерения; суммы конечных значений рабочей части шкалы, когда нуль находится внутри шкалы; длины шкалы и т.п.
5.3 Классификация погрешностей
Несмотря на большое количество причин возникновения погрешностей, все погрешности в зависимости от причины появления можно классифицировать следующим образом: методические, инструментальные и субъективные.
Методические погрешности являются следствием несовершенства метода измерения или расчетной формулы, положенных в основу создания прибора.
В качестве примера можно привести попытки создания влагомера металлургической шихты по изменению диэлектрической проницаемости. Действительно, диэлектрическая проницаемость воды существенно отличается от проницаемости других компонентов. Однако, диэлектрическая проницаемость железорудного концентрата, кокса, известняка не равна нулю и в какой-то степени зависит от качества данного компонента, температуры среды, частоты электрического поля. Поэтому результаты измерения количества воды в шихте, не учитывающие отмеченные факторы, содержат методическую погрешность.
Инструментальные погрешности являются следствием недостатка конструкции прибора и его износа. Их в свою очередь делят на следующие группы: шкаловые погрешности, погрешности трения, погрешности от наличия зазоров и погрешности остаточной деформации упругих элементов (погрешности гистерезиса).
Инструментальные погрешности определяются экспериментально и в виде класса точности фиксируются в паспорте прибора. Из-за воздействия условий эксплуатации они могут возрасти, поэтому приборы периодически необходимо поверять, т.е. сравнивать показание рабочих приборов с образцовыми.
Субъективные погрешности связаны с индивидуальными качествами оператора. Эти погрешности зависят от индивидуальной оценки показаний прибора наблюдателем, его опытности, от положения наблюдателя относительно прибора.
В зависимости от характера проявления погрешности можно разделить на систематические, случайные и грубые (промахи).
Систематические погрешности – это погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющимися при повторных измерениях одной и той же величины. К систематическим погрешностям относятся большинство инструментальных. Систематические погрешности можно изучить и точно определить их возможные пределы.
Случайные погрешности меняются случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Они обнаруживаются при повторных измерениях, выполненных с той же тщательностью. Эти погрешности подчиняются законам теории вероятности. Случайная погрешность зависит от точности измерительных приборов и тщательности выполнения измерений. Чем выше точность измерения, чем больше учитываются и исключаются вредные факторы; чем тщательнее проводится измерение, тем меньше величина случайной погрешности. Но полностью избежать случайных погрешностей невозможно, хотя их можно оценить с помощью методов теории вероятности.
Грубыми погрешностями называются погрешности, явно превышающие по своему значению погрешности, оправданные условиями эксперимента. Причинами грубых погрешностей являются непредусмотренные изменения условий измерения, например внезапное снижение напряжения в сети электропитания. Грубые погрешности определяются математической обработкой результатов измерения и в дальнейшем исключаются из рассмотрения.
Статические погрешности проявляются при измерении постоянных или медленно изменяющихся величин. Передаточной характеристикой линейного измерительного прибора, используемого для измерения не изменяющихся во времени величин, является константа. В приборах с наличием нелинейностей передаточная характеристика описывается алгебраическим или трансцендентным уравнением. В этих случаях погрешности не являются функциями времени.
Динамическая погрешность возникает при измерении изменяющейся во времени величины. В этом случае связь между входной и выходной величинами описывается дифференциальными уравнениями. Возникающие при этом ошибки зависят не только от размера измеряемой величины, но и от характера ее изменения во времени. На динамическую погрешность влияет инерционность измерительной цепи.