Виды и Классификация погрешностей
Все погрешности измерений классифицируются по нескольким признакам:
По форме числового выражения – абсолютные, относительные, приведенные и другие виды погрешностей
По характеру проявления – систематические, случайные и грубые погрешности
По источнику возникновения – инструментальные и методические погрешности
По характеру зависимости от измеряемой величины – аддитивные и мультипликативные погрешности
По зависимости от временных параметров процесса измерений – статические и динамические погрешности.
Наличие классификации погрешностей облегчает процесс выявления источников погрешностей и позволяет формализовать результаты анализа результатов измерений
Формы числового выражения погрешностей
Абсолютная погрешность есть разность между измеренным и истинным значениями физической величины.
DХ = Х - Х0
где DХ - величина абсолютной погрешности, Х - измеренное значение величины, Х0 - истинное значение измеряемой величины. Т.к. истинное значение физической величины неизвестно, то вместо него используется «достоверное значение», которое может быть получено экспериментально с помощью образцовых средств измерений:
Относительная погрешность есть отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженная в процентах:
(2)
Приведенная погрешность - отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению.
Нормирующее значение есть некоторое условная величина, которую обычно принимают равной верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы измерительного прибора и т.п.
(3)
Здесь Хmin и Хmax - минимальное и максимальное значения измеряемой величины.
Основная погрешность - погрешность средства измерения в нормальных условиях.
Под нормальными понимают такие условия, при которых величины, влияющие на результаты измерений (например, внешние электромагнитные поля, температура и влажность воздуха, положение прибора в пространстве и др.), находятся в установленных пределах..
Дополнительной погрешностью называют погрешность измерений, связанную с отличием рабочих условий от нормальных.
Нормальные и рабочие условия определяются технической документацией на конкретный прибор.
Предел допускаемой основной погрешности - наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным к эксплуатации.
Методическая и инструментальная погрешности.
Инструментальная погрешность - часть общей погрешности измерений, которая определяется несовершенством используемых средств измерений.
Инструментальная погрешность есть паспортная метрологическая характеристика средств измерений и определяется в процессе их метрологических испытаний.
Источником инструментальной погрешности служат неидеальность датчиков физических величин, процессы в электронных устройствах средств измерений и линиях связи, несовершенство средств отображения информации.
Современные средства измерений, построенные на последних достижениях аналоговой электроники и цифровой техники, позволяют свести величину инструментальной погрешности к минимуму. Так для цифровых и микропроцессорных измерительных приборов без особых проблем можно получить величину инструментальной погрешности на уровне (0,1-0,5)% и менее. Однако результирующая погрешность измерений на практике оказывается, как правило, существенно выше, что определяется наличием методической составляющей погрешности
Методическая погрешность – часть общей погрешности измерений, которая определяется несовершенством принципов и методов измерения.
Отличительной особенностью методических погрешностей является то, что они не могут в полном объеме быть указанны в документации на средства измерений и должны выявляться в каждом конкретном случае.
Источником методических погрешностей может являться любая часть измерительной цепи, любой этап преобразования и обработки измерительной информации:
взаимное влияние объекта и средства измерений;
свойства объекта, которые не учитываются или не в полной мере учитываются методикой измерений;
ограниченность наших знаний о природе объекта;
динамические характеристики объекта и измерительных средств;
используемые способы обработки измерительных сигналов;
погрешности калибровки или градуировки измерительного средства;
отличие условий измерения от стандартных или нормированных;
неточность нашего знания о истинной величине констант, используемых в расчетах измеряемой величины.
В лабораторных условиях или при проведении научных исследований обычно стараются все перечисленные выше факторы учесть и устранить, по меньшей мере, свести их влияние к минимуму. Однако в технических измерениях, выполняемых в режиме реального времени, сделать это крайне затруднительно. Поэтому в технике именно методическая погрешность очень часто определяет реальную величину погрешности измерений.
Выявление и устранение методических погрешностей требует глубокого понимания принципов и методов измерений, физических процессов взаимодействия средства измерений с объектом измерений, что особенно важно при использовании сложных наукоемких методов измерений
Существование методической погрешности определяет необходимость очень четко понимать различие между тем, что мы хотим измерить, и тем, что мы измеряем на самом деле.