20. Порядок уменьшения погрешности измерений.
Уменьшение погрешности измерений, а следовательно и повышение точности измерений, сводится к исключению грубых и систематическихпогрешностей и снижению влияния случайных погрешностей и неисключенных остатков систематических погрешностей.
Сначала, при обработке экспериментальных данных, стремятся исключить грубые погрешности.
При выполнении многократних наблюдений трудно сделать вывод, обусловленные полученные экстремальные значения измеряемой величины (наибольшие и наименьшие) являються грубыми ошибками, или они являются результатом случайного разброса измеряемого значения.В этом случае используют метод математической статистики, основанный на втором свойству случайных погрешностей. Вычисляют интервал, в котором все значения наблюдений должны находиться с высокой степенью вероятности, и если некоторые из экспериментальных данных выходят за него, то они считаются грубыми ошибками, которые не учитываются при получении результата измерений.
Выявление, оценка и устранение известных систематических погрешностей из результата измерений является важной задачей. Систематическую погрешность выявляют путем анализа условий и методов измерений,а устраняют следующим образом:
Прежде всего пытаются исключить источники погрешностей до начала измерений путем выявления и устранения причин их возникновения. Например, систематическую составляющую дополнительной погрешности ЗО уменьшают ужесточением требований к условиям измерений (ограничением диапазона температур, давлений и т.п.).
Повышают точность ЗО путем индивидуальной градуировки ЗО - так уменьшают систематическую составляющую основной погрешности ЗО. Поправка к результату определяется при выполнении проверки ЗО. Поправки распределяются на аддитивные, прилагаемые к результату, и мультипликативные, на которые умножается результат. Внесение поправки на дополнительную погрешность предполагает проведение метрологической аттестации конкретного экземпляра ЗО. Методика выполнения измерений в этом случае должна предусматривать вспомогательные измерения влияющей величины и расчет поправки по номинальной функции влияния.
Результаты, в которых исключены систематические погрешности, называются исправленными. Обычно стараются исключить систематические погрешности из результата наблюдений, но если они имеют постоянное значение, их нельзя исключать из результата измерений.
Если обозначенными способами исключить систематическую погрешность не удается, ее пытаются исключить экспериментально, то есть путем надлежащей организации и проведения измерений, что обычно приводит к значительному повышению трудоемкости выполнения измерений.Для этого используются методы:
Метод замещения является наиболее универсальным методом. Измерения выполняются в два этапа. Сначала с прибором делают отсчет измеряемой величины, после этого вместо измеряемой величины на вход прибора подают известную величину, значение которой с помощью регулируемой меры устанавливают таким образом, чтобы показания прибора были как и при включении измеряемой величины.За результат измерения принимают значение меры.
Метод компенсации погрешностей по знаку: два измерения выполняются так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результаты измерений с разными знаками. После этого берется среднее арифметическое двух измерений.
Метод рандомизации - перевода систематической погрешности в случайную. Для этого меняют условия и процедуру измерений так, чтобы факторы, влияющие на его результат в каждом из наблюдений, действовали неодинаково, причем результат их действий носил случайный характер. При этом погрешность уменьшается, как и при многократных наблюдениях в
раз, где n - число наблюдений.Метод симметричных наблюдений: заключается в проведении многократных наблюдений через равные промежутки времени и усреднении результатов наблюдений, симметрично расположенных относительно среднего наблюдения. Этот метод используют для устранения погрешностей через влияющие величины, которые изменяются по периодическому закону.
Случайные погрешности полностью исключить невозможно. Поэтому на практике стараются снизить их влияние на результат измерения: увеличивают количество наблюдений n, поскольку случайная погрешность обратно пропорціональна , и за результат измерений принимают среднее арифметическое полученных результатов наблюдений.
Если случайная погрешность оказывается значительно меньше погрешности прибора (точнее, неисключенной систематической погрешности измерения), то нет смысла пытаться уменьшить величину случайной погрешности - все равно точность результата будет определяться погрешностью прибора. Если при увеличении числа наблюдений среднее значение случайной погрешности остается примерно постоянным, это указывает на наличие систематической погрешности, равной этому среднему.