Погрешности измерений

. Результат измерения физической величины независимо от того, какими бы техническими средствами не производились измерения и как бы тщательно они не выполнялись, всегда отличается от истинного зна­чения на некоторую величину, называемую погрешностью измерений. Погрешность измерений зависит от того, какими техническими средст­вами производятся измерения, как подготовлен экспериментатор, в ка­ких условиях проводятся измерения и т. п. Для классификации по­грешностей принято использовать следующие признаки:

• источник возникновения;

• условия проведения измерений;

• характер проявления;

• временное поведение величины в процессе измерения;

• способ выражения.

По источнику возникновения принято различать:

погрешность метода измерений—составляющая погрешности из­мерений, происходящая от несовершенства метода измерений и при­емов использования средств измерений;

инструментальная погрешность измерений — составляющая по­грешности, зависящая от погрешности применяемых средств измерений, т. е. от их точности. ,

Так, например, период синусоидального сигнала измеряется эле­ктронно-счетным частотомером со значительно меньшей погреш­ностью, чем с помощью электронного осциллографа. Инструментальная погрешность средства измерений зависит как от принципов, положен­ных в основу их работы, так и от точности изготовления средств изме­рений, использующих один и тот же принцип работы. В зависимости от точности изготовления измерительные приборы делятся на классы точности. При этом приборы более высокого класса точности имеют меньшую погрешность измерений;

субъективная погрешность измерений — составляющая погреш­ности измерений, обусловленная несовершенством органов чувств экспериментатора.

В большинстве случаев при измерениях используется зрение. При, этом различают погрешности:

считывания — составляющая погрешности измерений, происходящая от недостаточно точного считывания показания средства измерений;

интерполяции — составляющая погрешности считывания, происходящая от недостаточно точной оценки («на глаз») доли деления шкалы, оответствующей положению указателя;

параллакса — составляющая погрешности считывания, возникающая из-за неперпендикулярного поверхности шкалы визирования измерительной стрелки.

В зависимости от окружающих условий (температуры, давления, влажности и т. п.) погрешности средств измерений разделяют на:

основную погрешность — погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях.

За нормальные рабочие условия измерительных приборов прини­маются окружающая температура +20 ± 5°С, а для приборов высокой точности +20 ±: 1°С; относительная влажность 65 ± 15% при температуре воздуха +20 ± 5°С; давление 100 000 ± 4000 Па (760 ± 30 мм рт. ст.).

Значения выходной и входной мощности, частоты и т. п., соответ­ствующие нормальным условиям, указываются в частных стандартах и гехнических условиях на прибор;

дополнительную погрешность — погрешность средства измерения, вызванную отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормального значения. Например, абсолютная погрешность вольтметра переменного тока ВЗ-2А при нормальных условиях эксплуатации со­ставляет ±5% верхнего предела шкалы в диапазоне частот 20 Гц — 1 МГц, а при изменении температуры в диапазоне 10—35°С погреш­ность дополнительно увеличивается на ±0,3% на каждый градус.

Дополнительная погрешность измерительных приборов может пре­восходить основную погрешность в несколько раз. Для учета изменения показаний измерительного прибора от влияющих факторов допускается применение графиков, формул и таблиц, которые приводятся в эксплуа­тационной документации на прибор.

По характеру проявления погрешности измерений разделяют на:

систематические погрешности — составляющие погрешности из­мерения, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же методом и с помощью одних и тех же измерительных приборов.

Систематические погрешности могут быть результатом неправиль­ной градуировки шкалы измерительного прибора, изменения момента противодействия, например, из-за старения пружинок в стрелочных измерительных приборах и т. п.;

случайные погрешности измерений — составляющие погрешности измерения, изменяющиеся случайным образом при повторных измере­ниях бдной и той же величины.

Случайные погрешности обусловлены рядом причин, действие которых неодинаково при каждом измерении и не может быть учтено. Правила оценки случайных погрешностей измерений рассматриваются в теории ошибок — математической дисциплине, основанной на зако­нах теории вероятностей;

грубые погрешности измерений (промахи) — погрешности, суще­ственно превышающие ожидаемые при данных условиях измерений.

Грубые погрешности измерений являются результатом небрежно­сти экспериментатора или резкого изменения условий измерений. Например, грубой погрешностью следует считать измерение напряже­ния 10,2 В, если результат записан как 1,02 В. Измерения, содержащие грубые погрешности при обработке результатов, должны быть отбро­шены.

В зависимости от временного поведения измеряемой величины в процессе измерения определяют:

статическую погрешность — когда измеряется постоянная во вре­мени величина;

динамическую погрешность средства измерения —когда измеряется переменная во времени величина. Пример статической погрешности — погрешность измерения напряжения постоянного тока или измерения частоты стабильного генератора частоты. Пример погрешности в дина­мическом режиме—измерение напряжения, изменяющегося во вре­мени по пилообразному закону. Динамическая погрешность возникает тогда, когда время устано­вления переходных процессов в измерительном приборе соизмеримо со временем изменения измеряемой величины, т. е. когда измерительный прибор не успевает отслеживать изменения измеряемой величины.

В зависимости от способа выражения различают абсолютные, отно­сительные, приведенные, среднеарифметические, среднеквадратичные и тому подобные погрешности измерений.

Для измерения токов и напряжений в настоящее время применяют электронные измерительные приборы.

Приборы, предназначенные для измерения токов, называются амперметрами (миллиамперметрами, микроамперметрами). Они вклю­чаются в разрыв цепи, ток в которой измеряется.

Приборы, предназначенные для измерения напряжений, называются вольтметрами (милливольтметрами, киловольтметрами). Они подклю­чаются параллельно участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.

Для измерения напряжений в диапазоне низких и высоких частот, как правило, применяют электронные вольтметры. Довольно часто электронные вольтметры используют и для измерения постоянных на­пряжений, так как эти приборы имеют высокую чувствительность, высокое входное сопротивление и устойчивы к перегрузкам.