6. Классификация погрешностей измерений и средств измерений (по способу выражения, по характеру проявления, по причине возникновения, по условиям в которых определяется)?

Ответ:

По окончании измерительного эксперимента необходимо получить не только значение физической величины, но и оценить точность результата измерения. Количественной оценкой точности обычно служит погрешность результата измерений.

Погрешностью измерения называют отклонение результата измерения от истинного значения физической величины.

Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно. Поэтому при оценке погрешности измерения вместо истинного значения физической величины используется так называемое действительное значение.

Действительное значение - это значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному, что для поставленной измерительной задачи может его заменить.

Классификация погрешностей:

Погрешности могут быть классифицированы по следующим признакам:

1) по способу выражения;

2) по характеру проявления;

3) по причине (источнику) возникновения;

4) по условиям возникновения (только для погрешностей средств измерений);

5) по режиму измерений.

По способу выражения различают: абсолютную погрешность, относительную погрешность, приведенную по-грешность (только для СИ).

Абсолютной погрешностью ΔХ называется разность между результатом измерениях и истинным значением измеряемой величины ХИ:

ΔХ=Х-ХИ (1.1)

Поскольку истинное значение ХИ неизвестно, погрешность находят по приближенной формуле

ΔХ≈Х-ХД (1.2)

где ХД - действительное значение измеряемой величины.

Относительной погрешностью δ называют отношение абсолютной погрешности ΔХ к значениям ХД или X, выраженное в долях или процентах:

𝛿=𝛥Х/ХД =𝛥Х/ХД∗100 (1.3)

Или

𝛿=𝛥Х/Х =𝛥Х/Х ∗100 (1.4)

Приведенная погрешность средства измерений (𝛾)- это отношение абсолютной погрешности ΔХ к нормирующему значению ХN, устанавливаемому в стандартах на конкретные разновидности средств измерений.

Приведенную погрешность обычно выражают в процентах:

𝛾=𝛥Х/Х𝑁=𝛥Х/Х𝑁∗100 (1.5)

Нормирующее значение - условно принятое значение физической величины, используемое при определении приведенной погрешности средства измерений. Нормирующее значение устанавливают в стандартах на конкретные средства измерений. Для измерительных приборов с равномерной или практически равномерной шкалой нормирующее значение равно большему из пределов диапазона измерений, если нулевая отметка находится в начале шкалы или отсутствует. Например, для вольтметра с диапазоном измерений от 0 до 150 Внормирующее значение равно 150 В; для частотомера с диапазоном измерений от 380 до 480 Гц нормирующее значение равно 480 Гц. Если у измерительных приборов с равномерной или практически равномерной шкалой нулевая отметка находится внутри диапазона измере-ний, то в качестве нормирующего значения принимается или больший по модулю или сумма модулей пределов измерений.

Если измеряемая величина имеет номинальное значение, то нормирующее значение принимается равным ему. Например, для частотомера с диапазоном измерений от 45 до 55 Гц нормирующее значение равно 50 Гц. Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение равно длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений. При этом допускаемые значения абсолютной погрешности прибора зависят от его показаний. Примером могут служить многие омметры.

По характеру проявления погрешности подразделяются на систематические и случайные.

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

Случайная погрешность измерения - это составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений, проведенных с одинаковой тщательностью.

Кроме перечисленных погрешностей измерения, встречается так называемая грубая погрешность, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях измерения. Иногда грубую погрешность измерения называют промахом. Грубые погрешности выявляются при обработке результатов измерения и должны быть отброшены как не заслуживающие доверия.

По причине (источнику) возникновения погрешностей результатов измерения их подразделяют на инструментальные, методические и субъективные.

ΔХ= ΔХИ + ΔХмет + ΔХсуб (1.6)

Инструментальная погрешность обусловлена погрешностями применяемых средств измерений, методическая - несовершенством метода измерений, а субъективная - индивидуальными особенностями оператора. Пример методической погрешности (погрешности метода измерений): погрешность, вызванная изменением измеряемой физической величины при подключении средства измерений к объекту (погрешность от взаимодействия средства измерений с объектом). Пример субъективной погрешности: погрешность отсчитывания по шкале прибора.

По условиям возникновения погрешности средств измерений подразделяются на основную и дополнительные.

Физическая величина, не измеряемая данным средством измерений, но оказывающая влияние на результаты измерений, называется влияющей физической величиной. Примеры влияющих величин: температура и влажность

окружающего воздуха, напряжение и частота питающей сети, атмосферное давление.

К влияющим величинам относят также неинформативные параметры измерительных сигналов. Например, для вольтметра, измеряющего действующее значение напряжения (напряжение - измерительный сигнал, действующее значение напряжения - информативный параметр), неинформативными параметрами являются частота и коэффициент амплитуды этого напряжения.

В технической документации на конкретные разновидности средств измерений указываются важнейшие влияющие величины, их нормальные значения, нормальные и рабочие области значений влияющих величин, а также нормальные и рабочие условия измерений.

Например, в технической документации может быть указано:

Влияющая величина: температура окружающего воздуха.

Нормальное значение влияющей величины: 20 °С.

Нормальная область значений влияющей величины: от +18 до +22 °С.

Рабочая область значений влияющей величины: от +5 до +40 °С.

Погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях, называется основной. Составляющая погрешности средства измерений, вызванная отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выхода ее за пределы нормальной области значений, называется дополнительной.

Основная погрешность средств измерений подразделяется на аддитивную и мультипликативную.

Аддитивная составляющая погрешности не зависит от значения измеряемой величины во всем диапазоне измерения, в свою очередь мультипликативная составляющая погрешности средства измерений линейно зависит от значения измеряемой величины.

По режиму измерений погрешности подразделяются на статические и динамические.

Статическая погрешность - это погрешность, свойственная условиям статического измерения, когда измеряемую физическую величину можно принять неизменной во времени.

Динамическая погрешность - это погрешность, свойственная условиям динамического измерения, когда физическая величина в процессе измерений изменяется во времени.

Динамическая составляющая погрешности определяется двумя факторами: динамическими (инерционными)свойствами применяемого средства измерений и характером (скоростью) изменения измеряемой величины.