
- •Второй раздел метрология
- •2.1. Предмет и задачи метрологии.
- •2.2. Общие сведения об измерениях.
- •2.3. Классификация измерений.
- •2.4. Основные характеристики измерений
- •2.5. Физические величины и их единицы.
- •Основные единицы международной системы си
- •2.6. Передача размера единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений.
- •2.7. Государственная и ведомственная метрологические службы. Метрологическое обеспечение производства.
- •2.8. Погрешности эксперимента и их анализ Классификация погрешностей измерений
- •Общие соображения о вычислении погрешностей
- •Случайные погрешности
- •Промахи
- •Систематические погрешности
- •Общий метод выявления систематических погрешностей
- •Средства измерений
2.7. Государственная и ведомственная метрологические службы. Метрологическое обеспечение производства.
В РФ существует метрологическая служба, т.е. сеть государственных и ведомственных органов, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений в стране с целью достижения высокого качества измерений.
Основные задачи этой службы:
стандартизация единиц физических величин, применяемых в РФ:
создание и непрерывное совершенствование государственной системы эталонов единиц физических величин;
передача размеров единиц физических величин всем средствам измерений на предприятиях и в народном хозяйстве страны;
государственный надзор за состоянием и правильностью применения средств измерений на предприятиях;
обеспечение непрерывного совершенствования средств измерений;
их государственные испытания;
стандартизация методик измерения;
метрологическая экспертиза технических заданий.
2.8. Погрешности эксперимента и их анализ Классификация погрешностей измерений
При анализе измерений следует различать два понятия: истинное значение физической величины и её эмпирическое проявление – результат измерения.
Истинное значение идеальным образом отражает свойства данного объекта в количественных и качественных отношениях. Оно не зависит от средств измерений и является той абсолютной (хотя и недостижимой) истиной, к которой стремится исследователь.
Результат измерений является продуктом человеческого познания и представляет собой приближенную оценку x истинного значения величины х . По определению, абсолютная погрешность измерения есть разность х и х.
= х – х,
где х – истинное значение величины;
х – приближенная оценка этой величины;
- погрешность.
Поскольку истинное значение измеренной величины неизвестно, то вместо него на практике используют при нахождении погрешности действительное значение хд.
Под действительным значением физической величины понимают её значение, найденное экспериментально путем применения достаточно точных методов и средств измерений и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него. При поверке за действительное значение обычно принимают показания образцовых средств измерений. Поэтому на практике абсолютную погрешность находят по формуле:
х - хд
Погрешности измерений по причинам возникновения делятся на методические, инструментальные и личные, а по свойствам – на систематические и случайные.
Рассмотрим эту классификацию более подробно.
Обязательным компонентом всякого измерения является метод измерения и средства измерения. Часто измерения выполняются при непосредственном участии человека.
Несовершенство методов, средств, условий проведения измерений, а также субъективные особенности органов чувств наблюдателя как раз и обуславливают появление погрешности измерения. Последняя в общем случае представляется в виде
= М + И + У + В + Л,
где М – методическая; И – инструментальная;
У – установочная; В – вычислительная;
Л – личная составляющие погрешности измерения.
Каждая из составляющих может в свою очередь вызываться рядом причин.
Методическая погрешность может возникать, в частности, вследствие недостаточной разработанности физической теории или использования приближенного математического описания метода измерения. Пример – измерение крупности гранулометром «Микрон». Иногда такая погрешность возникает по причине несоответствия модели исследуемого объекта самому объекту. Например, при измерении термопарой; установка термопары на объекте приводит к искажению температурного поля объекта).
Инструментальная погрешность вызвана несовершенством средств измерений. Это несовершенство обусловлено погрешностями схемы прибора (например, его кинематической схемой -–параметр изменяется быстрее или медленее, чем движется каретка прибора) и технологическими погрешностями, возникающими из-за неточности изготовления элементов. Обычно различают основную погрешность средств измерений – погрешность в условиях, принятых за нормальные (напрмер, температура помещения 20 50С, атмосферное давление 100 4 Па, относительная влажность 65 15%) и дополнительные погрешности, обусловленные отклонением влияющих величин от их нормальных значений.
Установочные погрешности возникают из-за внешнего влияния используемых средств измерений, неправильной установки средств измерений, несогласованных их характеристик, нестабильности источников питания (например, весы установлены не по уровню, несоблюдение входных и выходных параметров электрических цепей и т.д.).
Вычислительные погрешности связаны с погрешностями определений при вычислениях, погрешностями интерполяции и экстраполяции при обработке результатов наблюдений.
Теперь рассмотрим поподробнее систематические и случайные погрешности.
= сист. + случ.
Систематической погрешностью измерения называется составляющая погрешности измерения, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.
Из систематических погрешностей закономерно изменяющихся в течение ряда наблюдений следует выделить прогрессирующие – монотонно возрастающие или убывающие в процессе измерения и периодические. Например, прогрессирующая погрешность – термопара, один из зажимов которой подвергается нагреву настольной лампы и в измерительной цепи развивается паразитная ЭДС; периодическая – приборы со шкалой, если ось вращения не совпадает с осью шкалы.
Обнаруженная и оценённая систематическая погрешность исключается из результатов измерений путем введения поправки. Однако, полностью устранить систематическую погрешность не удается, какая-то её часть останется неустраненной.
Случайной погрешностью называется составляющая погрешности, которая при повторных измерениях одной и той же величины изменяется случайным образом, и поэтому не может быть вычислена перед проведением измерительного эксперимента.
Случайная погрешность обнаруживается путем повторения измерения одной и той же величины в одних и тех же условиях и оценивается в ходе последующей обработки результатов наблюдений.
Говоря о свойствах погрешностей, различают также грубые погрешности и промахи.
Грубой погрешностью называют погрешность, оправданную условиями измерения, свойствами применяемых средств измерений, методом измерения, квалификацией экспериментатора. Такие погрешности могут возникать, например, вследствие резкого кратковременного вмешательства – изменения напряжения в сети питания и т.п.).
Промахи – следствие неправильных действий экспериментатора, таких например, как описка при записи результатов измерений, неправильное снятие показаний прибора и т.п.
Грубые погрешности обнаруживают статистическими методами и обычно исключают из рассмотрения. Промахи обнаруживают нестатистическими методами, их следует всегда исключать из рассмотрения.
Погрешности измерений делят ещё на статические и динамические. Как инструментальные, так и методические погрешности обычно различны при измерениях неизменных (стационарных) и изменяющихся во времени (нестационарных) физических величин. В первом случае это – статические, во-втором – динамические погрешности.
Следует подчеркнуть, что если статические погрешности могут быть при поверке приборов выделены, то при проведении «динамических» измерений одновременно проявляются и статические и динамические погрешности. Обычно динамическую погрешность определяют как разность между погрешностями измерений в динамическом и статическом режимах.
Инструментальная и методическая погрешности как в статическом, так и в динамическом режимах имеют систематические и случайные проявления.
По форме представления различают погрешности абсолютные и относительные.
Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины.
Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины. Она обычно выражается в процентах.
= /х = /хд100%