1. 3. Погрешности измерений и их классификация
Задачей измерения является установление истинного значения ФВ. Истинное значение измеряемой ФВ можно было бы определить путем безупречного (идеального) с технической точки зрения сравнения измеряемой ФВ с идеальной же мерой ФВ. Поскольку не бывает идеальных мер ФВ, для которых мы знаем истинное значение, то их заменяют реальными мерами, для которых известно действительное значение ( xд). При этом инженер обязан выбрать такую меру xд, чтобы для конкретной измерительной задачи разницей истинного и действительного значений можно было бы пренебречь. Тем не менее следует всегда помнить, что значение xд отличается от истинного.
Сравнение значения измеряемой ФВ с действительным значением этой ФВ (принимаемым за истинное) в процессе измерения производится тоже неидеально. Причинами могут быть изменения внешних условий, конечная разрешающая способность средств измерений, действие многочисленных влияющих факторов, износ средств измерений и т.п. Поэтому появляются погрешности результатов измерений. Погрешность результата измерения - это отклонение результата измерения (xизм) от действительного значения измеряемой величины (xд), определяемое по формуле:
Δxизм = xизм – xд, (1.1)
где Δxизм - погрешность результата измерения (погрешность измерения).
Погрешности измерений могут быть классифицированы по следующим признакам:
- по способу выражения - абсолютные, относительные;
- по условиям измерения измеряемой ФВ - статические, динамические;
- по характеру проявления - случайные, систематические;
- по причине возникновения - методические, инструментальные, субъективные.
Абсолютная погрешность измерения - погрешность результата измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Например, погрешность измерения частоты Δf = 1 Гц, погрешность измерения напряжения ΔU = 10–3 В и т.д. Если xизм > xд, то погрешность положительна, если xизм < xд, то погрешность отрицательна. Погрешность, учитываемая без учета знака - это абсолютное значение погрешности.
Относительная погрешность измерения - погрешность результата измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины. Ее определяют из отношений
или
%.
Статическая погрешность измерения - погрешность результата измерения, свойственная условиям статического измерения.
Динамическая погрешность измерения - погрешность результата измерения, свойственная условиям динамического измерения.
Методическая погрешность (погрешность метода) - это составляющая (часть) систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений. Например, при измерениях мощности, излучаемой антенной радиолокатора, часто применяют измеритель, состоящий из направленного ответвителя и измерителя мощности поглощающего типа. Однако часть энергии отражается от передающей антенны и не излучается в эфир. Эта часть отраженной от антенны мощности не измеряется. В результате возникает методическая погрешность, обусловленная несовершенством метода измерения, основанного на измерении только падающей на вход антенны энергии, но не учитывающего ее отраженную часть.
Инструментальная погрешность - это составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностями применяемых технических средств измерений. Иногда ее называют аппаратурной погрешностью. Она может быть случайной, систематической или их композицией (суммой).
Субъективная погрешность - это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индивидуальными особенностями оператора. Например, встречаются операторы, которые систематически опаздывают (или опережают) снять отсчеты показаний. Отсчет показаний - это значение величины или число, зафиксированное по отсчетному устройству средства измерений в заданный момент времени.