1.3.4.Классификация погрешностей измерения по их свойствам

Получаемая при измерении погрешность ∆_изм образуется из нескольких составляющих погрешностей. В зависимости от источника возникновения эти составляющие при повторных измерениях могут сохранять свою величину, закономерно изменяться или принимать случайные значения. Характер проявления составляющих величины ∆_изм зависит от степени их детерминированности (причинной обусловленности). По характеру проявления (свойствам) различают погрешности:

- систематические,

- случайные,

- грубые.

Некоторые из перечисленных в разделе 2 источников погрешностей приводят к возникновению систематических, а другие – случайных погрешностей. Грубые погрешности могут появиться из-за ошибок измеряющего или кратковременных нарушений нормальной работы ИП, вызванных резким изменением внешних условий.

1.3.5. Систематические погрешности

Систематические погрешности (∆_с) - не изменяющиеся с течением времени (постоянные) или являющиеся не изменяющимися во времени функциями определенных параметров. Основной отличительный признак систематических погрешностей (∆_с) состоит в том, что они могут быть предсказаны и благодаря этому почти полностью устранены введением соответствующих поправок.

Для постоянной систематической погрешности (∆_сп) справедливо выражение: ∆_сп=const (рис.9 а). Поскольку они постоянны, то даже при многократных измерениях одной и той же величины могут долгое время оставаться незамеченными. Единственный способ их обнаружения состоит в проверке используемого ИП путем сравнения его показаний с показаниями более точного (образцового) ИП. Для определения погрешностей второго вида (∆_сф) используются функциональные зависимости вида ∆_сф=F(φ, ψ,…), в которых φ, ψ,… - влияющие величины (рис.9 б,в).

Рис.9.Виды систематических погрешностей: а) постоянная ∆_сп; б)прогрессирующая (линейная) ∆_сф; в)функциональная нелинейная ∆_сф

Если выявлены и рассчитаны отдельные составляющие погрешности ∆_с результата измерения, то величина последней определяется путем алгебраического суммирования её составляющих:

(9)

где n – число составляющих.

Поскольку не все составляющие погрешности ∆_с удается выявить и исключить из-за сложности технического решения такой задачи (малые значения погрешностей, сложные закономерности их появления, ограниченность информации), то логически обоснованной представляется укрупненная классификация их на определенные и неопределенные. Для невыявленных ∆_с оцениваются их предельные значения или порядок.

По степени определенности погрешности ∆_с можно разделить на четыре группы. В первую входят ∆_с, природа которых известна и величина может быть достаточно точно определена. Такие ∆_с могут быть устранены введением соответствующих поправок.

Во вторую группу входят ∆_с известного происхождения, но неизвестной величины. Такие ∆_с имеют место при использовании СИ, для которых известны максимально допустимые погрешности, значения которых наносятся на СИ (например, на измерительные линейки) или указываются в прилагаемом к СИ аттестате. Исключить погрешности такого вида из результата измерения нельзя, можно лишь указать, в каких пределах может находится результат измерения. Так, если при измерении штангенциркулем, для которого максимально допустимая погрешность х=±0,05 мм. получен результат 20,53 мм., то можно записать (20,53±0,05) мм, т.е. размер лежит в пределах от 20,48 мм до 20,58 мм.

К третьей группе систематических ошибок относятся такие ∆_с, о существовании которых измеряющий не подозревает, хотя величина их может быть значительна. Например, если мы для определения плотности какого-то металла определим объем и массу образца, то получим большую величину ∆_с, если измеряемый образец содержал внутри пустоты (например, пузыри воздуха, оставшиеся при отливке). Один из наиболее надежных способов убедиться в отсутствии таких погрешностей – провести измерение другим методом и в других условиях.

К четвертой группе ошибок ∆_с относятся ошибки, обусловленные свойствами измеряемого объекта. Например, если измерить диаметр цилиндра, имеющего по предположению идеально круглую форму поперечного сечения, то можно получить значительную погрешность, если в действительности сечение имеет форму овала. Эта погрешность будет сохраняться и при повторных измерениях, если не изменять положение детали. Ошибка ∆_с, связанная со свойствами измеряемого объекта, может быть переведена в случайную, что часто позволяет повысить точность измерений. В рассмотренном выше примере для этого нужно выполнить несколько измерений с поворотом цилиндра вокруг его оси и взять среднее значение диаметра. При такой методике постоянный фактор, влияющий на результат измерений, в каждом из них действует по разному, т.е. результат его действия носит случайный характер.