10 Погрешности измерений

МЕТРОЛОГИЯ - наука о методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точности. Законодательная метрология устанавливает систему ГОСТов в виде государственной системы единства измерений ГСИ.

Под ИЗМЕРЕНИЕМ понимаются нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

При измерении необходимо оценить точность, которая обеспечивает качество измерений, отражает близость результата к истинному значению измеряемой величины. Точность измерений характеризуется погрешностью , которая понимается как разность между измеренным значением, и истинным значением физической величины:

Существует единая система единиц измерений - MEЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ (СИ).

В СИ основные единицы измерения МЕТР, КИЛОГРАММ, СЕКУНДА, АМПЕР, КЕЛЬВИН, КАНДЕЛА.

Производные - ДЖОУЛЬ, ВОЛЬТ, ПАСКАЛЬ И Т.Д.

10.1 Классификация измерений

В табл. 9.1. приведена классификация измерений

Табл. 9.1

Признак классификации измерений	Классификация измерений
По размерности величин	Абсолютные. Относительные.
По наличию предварительного преобразования	Непосредственные. С предварительным преобразованием.
По количеству одновременно измеряемых величин	Одномерные. Многомерные.
По виду уравнений связи	Прямые. Косвенные. Совокупные и совместные.
По соотношению между числом измеряемых величин и числом уравнений связи	Безизбыточные. Избыточные.
По способу введения избыточности	Многократные. Многоканальные.
По характеру изменения измеряемой величины во времени	Статические. Динамические. Измерения случайных величин и процессов.

АБСОЛЮТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ - измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных единиц и использовании значений физических констант.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ - измерение отношения данной величины к одноименной величине, играющей роль единицы или принятой в данном случае за основную.

КОСВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ - измерения, результат которых определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.

СОВОКУПНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ - одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величины находят решением систем уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

10.2 Классификация методов измерения

МЕТОД ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ - значение измеряемой величины получают непосредственно путем прямого преобразования входной измеряемой величины в выходную. Каждому значению входной величины X соответствует значение выходной величины Y. Выходной сигнал сравнивается с заранее проградуированной шкалой.

МЕТОД УРАВНОВЕШИВАЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ - характеризуется тем, что в измерительных устройствах используются две цепи преобразований: прямая и обратная. Существует два типа уравновешивающих преобразований - разностные и дифференциальные.

ПРИМЕР 1

Пусть необходимо измерить напряжение 600 мВ с помощью многопредельного милливольтметра типа М-105/1. Класс точности прибора 1,0. Пределы измерения 0-45; 75; 150; 300; 450; 750; 1500; 3000 мВ. Определить погрешность прибора на пределе 750 мВ.

РЕШЕНИЕ

Известно, что относительная погрешность находится по формуле

где - максимальное значение абсолютной погрешности, мВ;

- нормирующее значение для односторонних шкал, равное пределу измерения т.е. 750 мВ.

Абсолютная погрешность для напряжения 600 мВ на пределе 750 мВ составит:

При этом относительная погрешность составит:

ПРИМЕР 2

Разностный метод измерения уравновешивающего преобразования.

Пусть имеется образцовое устройство с высокой точностью, содержащее стабилизатор напряжения с напряжением .

В этом случае прибор преобразователь неравновесия измеряет оставшуюся на объекте разность напряжения:

тогда необходимый диапазон измерения прибора составит 0-150 мВ. При классе точности 1,0 абсолютная погрешность составит:

а относительная погрешность измерения напряжения 600 мВ (пренебрегая погрешностью образцового прибора) составит:

Отсюда видно, что погрешность измерения методом уравновешивающего преобразования в 5 раз ниже, чем погрешность, полученная методом прямого преобразования. В этом случае требования к точности прибора значительно возрастают.

РАЗНОСТНЫЙ МЕТОД - используются устройства, позволяющие воспроизводить измеряемую величину с высокой степенью точности. В этoм случае измерение даже не столь точными приборами дает довольно точный результат.

НУЛЕВОЙ МЕТОД - можно рассматривать как развитие разностного метода. Для точных измерений применяют нуль-орган. Совпадение значений параметров приводит к балансу токов в нуль-органах.

погрешности измерений

Классификация погрешностей измерений приведена в табл. 9.2.

Табл. 9.2

Признаки классификации погрешности	Классификация погрешности
По форме выражения	Абсолютные. Относительные. Приведенные.
По характеру изменения	Систематические. Прогрессирующие. Случайные.
По происхождению	Инструментальные. Методические.
По зависимости от значения измеряемой величины	Аддитивные. Мультипликативные.