4.1. Способи досягнення потрібної точності

У процесі вимірювань неминуче виникають похибки, які впливають на точність. Похибки вимірювань мають різне походження, тому їх поділяють на систематичні, випадкові та грубі.

Залежно від причин виникнення систематичні похибки розділяють на інструментальні, методичні, суб'єктивні та похибки відхилення умов вимірювань від установлених.

Інструментальні похибки відображають конструктивні особливості засобу вимірювання, вони включають також похибки його повірки або градуювання. Така похибка може виникнути через зношення деталей приладу, збільшення тертя в його механізмі, неточного нанесення позначок на шкалу, внаслідок невідповідності дійсного та номінального значення міри або неправильно визначеної чутливості, відмінності в характеристиках градуювання при прямому і зворотному ході вимірювання тощо. Їх загальною ознакою вважають принципову можливість вивчення і вилучення з результатів вимірювань.

Методична похибка виникає від того, що засіб вимірювання спотворює або неправильно сприймає фізичну величину внаслідок спрощень, прийнятих у рівняннях для вимірювань. Для компенсації значних методичних похибок необхідно вводити поправки.

Суб'єктивна складова систематичної похибки зумовлена індивідуальними особливостями оператора, його станом і розташуванням під час роботи, недосконалістю органів відчуття і зміною їх властивостей, особливостями організму та його звичками. Бувають оператори, які систематично запізнюються або поспішають знімати відліки показань засобів вимірювань.

Похибки відхилення умов вимірювань від установлених, проявляються у випадках неврахування або недостатньо врахованої дії впливаючої величини (температури, атмосферного тиску, вологості повітря, магнітного поля, вібрації тощо), неправильної установки засобів вимірювальної техніки, порушення правил їх взаємного розташування.

У метрології розроблені спеціальні методи, які дозволяють зменшити або виключити з результату вимірювання ряд систематичних похибок. До них належать: вибір стабільних режимів роботи засобу вимірювання; попереднє старіння нестабільних елементів; гідроізоляція; екранування магнітних полів; стабілізація джерел струму тощо.

Широке використання знаходить спосіб заміщення, який полягає в тому, що в процесі вимірювань замість вимірюваної величини періодично підключається зразкова міра. Отримані при цьому відхилення зразкових значень міри від її дійсної величини використовують для внесення поправок у результати вимірювань.

Способи виключення та врахування систематичних похибок можна розділити на чотири основні групи:

1. усунення джерел похибок до початку вимірювань (профілактика похибок);

2) виключення похибок у процесі вимірювань різними способами: заміщення, компенсації за знаком, протиставлення тощо (експериментальне виключення похибок);

3) внесення відомих поправок у результат вимірювань (уникнення похибки обчисленням).

У більшості названих способів використовують метод обчислення середнього результату декількох вимірювань.

Випадкова складова похибки вимірювання виникає з невідомих причин і проявляється в тому, що при повторних вимірюваннях постійної величини отримують різні її значення, тобто має місце деяке розсіювання значень результатів вимірювань. Для зменшення випадкової складової похибки збільшують кількість повторних вимірів, статистична обробка яких дає можливість виділити середнє значення випадкових відхилень. Зменшувати випадкову складову похибки доцільно доти, доки середня квадратична помилка не стане значно меншою від величини систематичної похибки. Необхідну кількість вимірів можна встановити тільки після оцінки сумарної систематичної похибки засобів вимірювання.

Для уникнення випадкових похибок одиничних вимірів вимагається повна одноманітність умов, а для запобігання систематичним похибкам потрібно обов’язково провести ряд нових вимірювань в інших умовах.

Наявність грубих похибок позначається на тому, що поміж порівняно однаковими результатами є одне чи кілька значень, помітно відмінних за величиною від загального рівня. Такі значення можна назвати випадковими, або такими, що "вистрибують" із спостереження. Коли ця відмінність така велика, що можна впевнено говорити про грубу похибку, то такі результати вимірювань відразу відкидають. Але дуже часто сума великої кількості малих похибок може дати велику за модулем випадкову похибку. В такому разі треба мати ймовірнісний критерій грубих похибок.

При оцінюванні випадкових похибок необхідно відкинути результати грубих похибок (промахів). У простих випадках рекомендується відкидати результати, які містять похибку більше ніж 3σ, де σ – наближене значення середньої квадратичної похибки. При малій кількості вимірювань, коли не відоме значення σ, необхідно використовувати критерій Романовського на основі розподілення Стьюдента.