17.4 Погрешность измерения

В настоящее время наименование основной единицы термодинамической температуры изменено: вместо «градус Кельвина» - кельвин. Под погрешностью измерения понимается алгебраическая разность между полученным при измерении значением измеряемой величины и значением, выражающим истинный размер этой величины. Практически мы всегда заменяем значение, соответствующее истинному размеру измеряемой величины (сокращенно истин­ное значение измеряемой величины), значением, наиболее близким к истинному. Это значение, более близкое к истинному, мы называем «действительным» значением измеряемой величины. Способы получения действительного значе­ния будут разобраны в соответствующем разделе книги, в данном же случае важно установить, что действительное значение измеряемой величины - это значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Оно необходимо нам для оценки погрешности измерения, определение которой приобретает теперь несколько другой характер. Погреш­ность результата измерения - это алгебраическая разность между полученным при измерении и действительным значением измеряемой величины. Это уже реальная величина, доступная для определения. Погрешность результата измерения может быть выражена в единицах измеряемой величины или в долях (или в процентах) ее значения. Погрешности измерения, выраженные в долях или в процентах от значения измеряемой величины, называют относительными. В отличие от них погрешности, выраженные в единицах измеряемой величины, называют абсолютными

17.4.1 Погрешности средств измерений

В результате воздействия большого числа различных факторов, возникающих в процессе изготовления и эксплуатации средств из­мерений, номинальные значения мер и показания приборов отли­чаются от истинных значений измеряемых ими величин. Эти отклонения характеризуют погрешности средств измерении.

Погрешности средств измерений - одна из важнейших метрологических характеристик. Они отражают несовершенство средства измерения и возникают вследствие несовершенства конструк­ции, материалов и технологии изготовления, неудовлетворительного качества сборки, погрешности градуировки и других причин.

Под абсолютной погрешностью измерительного прибора ∆Х понимается разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины: ∆Х =Х_п - Х_л, где Х_п - показание прибора; Х_д - действительное значение измеряемой величи­ны.

Под абсолютной погрешностью меры ∆Х понимается разность между номинальным значением меры Х_н и действительным значением воспроизводимой ею величины Хд : ∆Х =Х_Н - Х_д. Например, абсолютная погрешность концевой меры длины с номинальным значением 100 мм и действительным значением 100, 0006 мм равна 0,0006 мм.

Однако в большей степени точность средств измерений характеризует относительная погрешность и, т. е. отношение абсолютной погрешности меры (прибора) к номинальному значению меры (по показанию прибора): δ= ∆Х/Х_Н или в процентах δ= ∆Х/Х_Н ·100%. Если диапазон измерения прибора охватывает и нулевое значение измеряемой величины, то относительная погрешность обращается в бесконечность в соответствующей ему точке шкалы. В этом слу­чае пользуются понятием приведенной погрешности, равной отношению абсолютной погрешности измерительного прибора к некоторому нормирующему значению ХN

Приведенную погрешность обычно выражают в процентах: γ = ∆Х/Х_Н  100 %.

За нормирующее значение принимается значение, характерное для данного вида измерительного прибора. Это может быть, например, верхний предел измерений, длина шкалы и т. д. Например, приведенная погрешность вольтметра с верхним пределом измерения 150 В при показании его 100,0В и действительном значении измеряемого напряжения 100,6 В равна 0,4 % (нормирующее значение в данном случае равно 150 В). Точность ряда средств измерений с различными диапазонами измерений может сопоставляться только по их приведенным погрешностям. Погрешность средства измерения, используемой в нормальных условиях, называется основной.

Если условия отличаются от нормальных, вследствие отклонения одной из влияющих величин от нормального значения или выходом ее за пределы нормальной области значений и вызывают изменение основной погрешности, то это изменение погрешности называют дополнительной погрешностью. Эта погрешность указывается отдельно от основной погрешности в МХ.

С учетом понятия основная погрешность все вышерассмотренные погрешности будут называться:

- абсолютная основная погрешность;

- относительная основная погрешность;

- приведенная основная погрешность.

Эти погрешности являются суммарными и состоят из двух составляющих: систематической и случайной погрешностей.

Систематическая погрешность измерения - это такая составляющая погрешности, которая остается постоянной или закономерно изменяется. Близость к нулю систематических погрешностей характеризует качество средства измерения, которое называют правильностью средства измерения. Систематические погрешности являются в общем случае функцией измеряемой величины, влияю­щих величин (температуры, давления и других) и времени.

В функции измеряемой величины систематическую погрешность находят при поверке и аттестации образцовых приборов, например, изменением наперед заданных значений измеряемой величины в нескольких точках шкалы. В результате строится кривая или создается таблица погрешностей, которая и используется для определения поправок.

Выделение систематических погрешностей в отдельную группу обусловливается лишь тем, что при поверке измерительных средств они могут быть определены для каждой точки шкалы и исключены из результатов последующих измерений.

Случайная погрешность средства измерений - это составляющая погрешности, которая изменяется случайным образом. Она возникает вследствие случайных изменений параметров элементов измерительной цепи и случайных погрешностей отсчета (параллакс, погрешность интерполяции положения указателя между штрихами шкалы). Близость к нулю случайных погрешностей характеризует такой показатель как сходимость показаний средств измерения. Понятие «точность средства измерения» также характеризует качество средства измерения, отражающее близость к нулю всех его погрешностей.

В тех случаях, когда средство измерения используется для измерения постоянной или переменной во времени величины для его характеристики используют понятия статической и динамической погрешностей.

Статическая погрешность - это погрешность средства измерения, используемого для измерения постоянной величины.

Динамическая погрешность средства измерения - это разность между погрешностью средства измерений в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени Динамические погрешности.

- возникают вследствие инерционных свойств средств измерения.