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 х_д.

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 - х_д

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 = /х_д100%