4.2.3. Похибки технічних вимірювань

Похибки вимірювань виникають як наслідок недосконалості методів і засобів вимірювання, впливу умов вимірювання, недосконалості органів чуття спостерігача, а також багатьох інших факторів, які формують сумарну похибку вимірювання. Всі ці фактори можна об´єднати у дві основні групи.

Випадкові похибки (в т. ч. грубі похибки і промахи), що змінюються випадковим чином при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини.

Систематичні похибки, що залишаються постійними або закономірно змінюються при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини.

Розглянемо кожну з цих похибок. Випадкова похибка не може бути виключена з результатів вимірювання, але її вплив може бути зменшений за рахунок повторних вимірювань однієї величини й обробки експериментальних даних.

Для оцінки можливих похибок вимірювань треба знати закономірність появи випадкових похибок. При значній кількості вимірювань їхні значення, як правило, розподіляються за законом Гауса: похибки вимірювань можуть набувати неперервного ряду значень; вірогідність (частота) появи похибок, рівних за значенням і обернених за знаком, є однаковою; великі за абсолютним значенням похибки трапляються рідше, ніж малі; середнє арифметичне похибки наближається до нуля при збільшенні кількості вимірювань.

Грубі похибки та промахи виникають унаслідок помилок або неправильних дій виконавця (його психофізіологічного стану, неправильного відліку, помилок запису або обчислень, неправильного включення приладів і т. ін.), а також при короткочасних різних змінах умов проведення вимірювань (вібрації, надходження холодного повітря, поштовху приладу виконавцем і т. ін.).

Якщо у процесі вимірювань виявлено грубі похибки і промахи, то результати вимірювань анулюються, після чого проводиться додаткове вимірювання. Слід, однак, враховувати, що непродумане анулювання результатів, які різко відрізняються від інших, може призвести до значного викривлення характеристик розсіювання ряду вимірювань, тому повторні вимірювання краще проводити не замість сумнівних, а як доповнення до них. Однак найчастіше їх виявляють тільки під час кінцевої обробки результатів вимірювання за допомогою спеціальних критеріїв оцінки грубих похибок.

Щоб запобігти грубим похибкам і промахам, практикують проведення паралельних обчислень, а інколи й аналізів двома виконавцями.

Систематичні похибки є певними функціями невипадкових факторів, склад яких залежить від фізичних, конструктивних та технологічних особливостей засобів вимірювання, умов їхнього використання, а також індивідуальних якостей спостерігача.

Складні детерміновані закономірності, яким підпорядковуються систематичні похибки, визначаються або при створенні засобів вимірювальної техніки та комплектації вимірювальної апаратури, або безпосередньо при підготовці вимірювального експерименту і в процесі його проведення.

4.2.4. Засоби вимірювальної техніки та їх вибір

При контролі якості матеріалів, напівфабрикатів, комплектуючих виробів, технологічного процесу та готових виробів найчастіше використовуються такі засоби вимірювання:

для вимірювання лінійних величин — лінійка вимірювальна металева, мікрометр, штангенрейсмус, штангенциркуль, товщиномір індикаторний, курвіметр, мікроскоп;

для вимірювання кутових величин — кутомір з ноніусом, мікроскоп;

для вимірювання маси — ваги технічні та лабораторні;

для вимірювання сили — розривні машини і динамометри різних конструкцій;

для вимірювання тиску — манометри різних конструкцій;

для вимірювання температури — термометри ртутні скляні лабораторні, термометри біметалеві, потенціометри автоматичні самозаписуючі і показуючі різних конструкцій, термопари, термофарби;

для вимірювання часу — секундоміри різних конструкцій, годинники пісочні, настільні тощо;

для вимірювання вологості повітря — гігрометри, гігрографи, психрометри різних конструкцій;

для вимірювання швидкості переміщення повітря — анемометри різних конструкцій;

для вимірювання електричних величин — амперметри, вольтметри тощо.

Особливу групу засобів вимірювальної техніки становлять еталони.

Державні еталони зберігаються в метрологічних інститутах та інших органах державної метрологічної служби країни. З дозволу Держспоживстандарту допускається їх зберігання і використання в органах відомчої метрологічної служби.

Крім національних еталонів одиниць фізичних величин, існують міжнародні еталони, що зберігаються в Міжнародному бюро мір і ваг. Програмою діяльності Міжнародного бюро передбачено систематичні міжнародні звірення національних еталонів найбільших метрологічних лабораторій різних країн з міжнародними еталонами та між собою.

При виборі засобів вимірювальної техніки враховуються їхні метрологічні параметри, експлуатаційні фактори (організаційна форма контролю, особливості конструкції і розміри виробів, продуктивність устаткування і т. ін.), а також економічні міркування. Важливе значення має правильний вибір допустимих похибок: недостатня точність призводить до зниження якості продукції і підвищення її собівартості, висока точність підвищує трудомісткість і вартість вимірювань, веде до збільшення витрат на виробництво.

Вибір засобів вимірювальної техніки проводиться відповідно до державних стандартів, які встановлюють припустиму похибку вимірювань залежно від граничних відхилень контрольованого параметра.