2.8. Погрешности измерений

Погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Абсолютная погрешность измерения — погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

Замечание

Необходимо различать термины «абсолютная погрешность» и «абсолютное значение погрешности». Абсолютное значение погрешности — значение погрешности без учета ее знака (модуль погрешности).

Если истинное значение измеряемой величины неизвестно, вместо него используют действительное значение измеряемой величины :

Абсолютная погрешность СИ выражается в единицах измеряемой физической величины и имеет знак.

Абсолютная погрешность средства измерений — разность между показаниями средства измерений А и истинным значением измеряемой физической величины :

Рис. 6. Статические характеристики измерительного преобразователя: действительная и номинальная

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя может быть выражена в единицах входной и выходной величины и характеризует отличие действительной характеристики преобразования от номинальной

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя в единицах входной величины (по входу) определяется как разность между значением входной величины , найденным по действительному значению выходной величины и номинальной статической характеристике, и действительным значением входной величины (рис. 5.6):

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя в единицах выходной величины (по выходу) представляет собой разность между значением выходной величины , определяемой по действительному значению входной величины при помощи номинальной характеристики, и действительным значением величины на выходе преобразователя у. (см. рис. 5.6):

Относительная погрешность измерения выражается отношением абсолютной погрешности к результату измерений или к действительному значению измеренной физической величины:

Аналогично выражается относительная погрешность средств измерений и измерительных преобразователей.

Приведенная погрешность средства измерений — относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности СИ к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона:

Приведенную погрешность обычно выражают в процентах.

Класс точности средств измерений — обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами СИ, влияющими на их точность.

Правила обозначения классов точности устанавливаются стандартами. Одним из распространенных вариантов является обозначение класса точности числом, совпадающим со значением допускаемой основной приведенной погрешности:

где КТ — число, обозначающее класс точности; — допускаемая основная абсолютная погрешность.

Замечание

Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Это очень важно при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений. Класс точности СИ конкретного типа устанавливают в стандартах или других нормативных документах.

Классификация погрешностей измерений может быть осуществлена по разным признакам.

Причинами возникновения погрешностей являются несовершенство методов измерения, средств измерения и органов чувств наблюдателя (оператора).

Инструментальная погрешность измерения — составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений.

Замечание

Появление погрешностей СИ объясняется рядом причин: отличием параметров элементов и узлов от требуемых расчетных значений, старением элементов и узлов, внутренними шумами, изменениями влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала (например, при измерении амплитуды напряжения переменного электрического тока информативным параметром является амплитуда сигнала, неинформативным — его частота) и др.

Шумы. Любой сигнал, не несущий полезной информации, называется шумом и является источником ошибок. Шумы могут быть механическими, электрическими, магнитными. Их уменьшают, защищая СИ от вибрации, электростатических, магнитных полей. Внутренние шумы — шумы, возникающие в самом СИ. Уровень внутренних шумов уменьшают, тщательно конструируя СИ.

Погрешность метода измерения — составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Субъективная погрешность измерения — составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.

По статистическим характеристикам погрешности подразделяются на случайные, систематические и грубые.

Систематическая погрешность измерения — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Случайная погрешность измерения — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях одной и той же величины, проведенных с одинаковой тщательностью.

Одной из составляющих случайной погрешности измерения является погрешность средства измерительной техники от гистерезиса, приводящая к вариации.

Промах — погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.

Примечание

Иногда вместо термина «промах» применяют термин «грубая погрешность измерений».

В зависимости от характера изменения измеряемой величины во времени погрешности подразделяются на статические и динамические.

Статическая погрешность измерений — погрешность результата измерений физической величины, принимаемой за неизменную на протяжении времени измерения. При этом предполагается, что все переходные процессы в СИ завершены.

Динамическая погрешность измерений — погрешность, возникающая при измерении изменяющейся физической величины.

В зависимости от условий измерения погрешности подразделяются на основные и дополнительные.

Основная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или из-за ее выхода за пределы нормальной области значений.