9. Основные этапы становления эталонной базы.

10. Погрешности си.

Фотографии 16

Погрешность - отклонение результатов изме­рения от истинного значения измеряемой величины. По­грешность возникает из-за несовершенства процесса изме­рений.

Конкретные причины и характер проявления погрешно­стей весьма разнообразны. Соответственно их классифици­руют по многим критериям.

По способу выражения - абсолютные и от­носительные погрешности.

Абсолютная погрешность измерения - погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины.

По характеру проявления - систематиче­ские и случайные погрешности.

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или зако­номерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. В зависимости от характера изменения систематические погрешности подразделяют на постоянные, пропорциональные и погрешности, изменяю­щиеся по сложному закону.

Постоянные погрешности длительное время сохраняют свое значение, в частности, в течение всего периода выполнения измерений. Они встречаются наиболее часто. Хорошим при­мером такого вида систематической погрешности является постоянное, отличное от нуля значение холостого опыта.

Пропорциональные погрешности изменяются пропорциональ­но значению измеряемой величины.

В зависимости от причин возникновения систематические погрешности подразделяют на инструментальные, погрешно­сти метода измерений, субъективные, погрешности вследст­вие несоблюдения установленных условий измерений.

Инструментальные (аппаратурные) погрешности измерений обусловлены погрешностями применяемого средства измере­ния. Они возникают из-за износа деталей и прибора в целом, излишнего трения в механизме прибора, неточного нанесения штрихов при калибровке.

Погрешности метода измерений (теоретические) обусловле­ны несовершенством принятого метода измерений. Они яв­ляются следствием упрощенных представлений о явлениях и эффектах, лежащих в основе измерений.

Случайная погрешность измерения - составляющая по­грешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности неизбежны и неустра­нимы и всегда присутствуют в результатах измерений. Они вызывают рассеяние числовых значений измеряемой величи­ны (различие их в последних значащих цифрах) при много­кратном и достаточно точном ее измерении при неизменных условиях.

Кроме того, выделяют грубую погрешность измерения - погрешность, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях проведения измерений.

11. Метрологические характеристики си и их нормирование.

Фотографии 11

Несмотря на разнообразие средства измерений имеют некоторые общие свойства. Это позволяет сопоставлять их между собой. Свойства средств измерений описывают комплексом метрологических характеристик. К ним относятся: Функция преобразования (статическая характеристика прибора). Она устанавливает функциональную зависимость между информативными параметрами входного и выходного сигнала средства измерений. Чувствительность средства измерений – отношение приращения выходного сигнала Δ_x к приращению входного сигнала Δ_y . S=lim Δ_x/Δ_y=dx/dy.(7.1) При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от х, при линейной она постоянна. У измерительных приборов с постоянной чувствительностью шкала равномерная, т.е. длина всех делений шкалы одинакова. Величина, обратная чувствительности, называется постоянной прибора – С. C=1/S (7.2) Порог чувствительности – наименьшее изменение входной величины, обнаруживаемое данным средством измерений. Диапазон измерений – область значений измеренной величины, для которой погрешность измерений не превышает установленных норм. Диапазон может быть разбит на поддиапазоны. Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным. Цена деления шкалы – величина, определяемая разностью значений двух соседних отметок шкалы. Для цифровых приборов указывают цену единицы младшего разряда. Входное полное сопротивление Z_вх – определяет мощность, потребляемую средством измерения от объекта. Выходное полное сопротивление Z_вых средства измерения. Характеризует допустимую нагрузку на измерительный прибор. Погрешности средств измерений разделяют на приведенные и абсолютные; основные и дополнительные; систематические и случайные; аддивные и мультипликативные; типа и экземпляра измерительного средства. Динамическая характеристика – определяет инерционные свойства прибора. Сведения о метрологических характеристиках приводятся в нормативно-технической документации на средства измерений. Наиболее важные указывают на самих приборах. Установление номинальных значений и границ допускаемых отклонений реальных метрологических характеристик средств от их номинальных значений называется нормированием метрологических характеристик.

Метрологические свойства средств измерений – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.

Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ 8.009-84 "ГСИ. Нормируемые метрологические харак­теристики средств измерений". Комплекс нормируемых метрологических ха­рактеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было установить погрешность средств измерений в известных рабочих условиях экс­плуатации.

Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две группы:

1. свойства, определяющие область применения средств измерений;

2. свойства, определяющие качество измерения.

К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева или справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается малом изменении массы, как 10 мг.

К метрологическим свойствам второй группы относятся три главных свойствах, определяющих качество измерений: точность, сходимость измерений и воспроизводимость.

Наиболее широко в метрологической практике используется первое свойство – точность измерений. Рассмотрим его более подробно. Точность измерений средств измерений определяется их погрешностью.

Погрешность – это разность между показаниями средств измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Поскольку истинное значение физической величины не известно, то на практике пользуется ее действительным значением. Для рабочего средства измерения за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, - значение физической величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значения средств измерений, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному средству измерения, подлежащему поверке:

X_п = X_п – X_о, (4)

где ΔX_п – погрешность поверяемого средства измерения; X_п – значение той же самой величины, найденное с помощью поверяемого средства измерения; X_о – значение средства измерения, принятое за базу для сравнения, т.е. действительное значение.

Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с абсолютными и относительными погрешностями.

Точность измерений средств измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и относительной погрешности.

Определяемая по формуле (3) X_п является абсолютной погрешностью. Однако, в большей степени точность средств измерений характеризует относительная погрешность (δ), т.е. выраженные в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным средством измерения:

δ =100^.х_п/х_о (5)

Точность может быть выражена обратной величиной погрешности – 1/8. если погрешность δ = 0,1% или 0,001 = 10^-3, то точность равна 10³.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок.

При нормировании систематической составляющей погрешности средства измерения устанавливают пределы допускаемой систематической погрешности средства измерения –Δ. Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений средств измерений.

Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного итого же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средне арифметическая погрешность, дисперсия, размах результатов измерения. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.