Погрешности измерений

Разность между измеренным и истинным значениями величины называется погрешностью измерения. Она возникает из-за несовершенства измерительной цепи, метода измерения, несовершенства принятых моделей процессов и несоответствия их фактическим проявлениям. Истинное значение параметров нам неизвестно. Различают систематические и случайные погрешности измерений.

Систематические погрешности, как правило, постоянны и, следовательно, вносят постоянное расхождение между истинным и измеренным значениями параметра. Наличие систематической погрешности можно установить при проведении 2^х серий измерений одной и той же величины, при использовании различных методик и аппаратуры. Различают:

1. погрешности значения опорной величины: смещение нуля в приборе, опорной температуры термопары (грязный лед), U_питан. Эти погрешности могут быть легко устранены.

2. погрешности, связанные с неточным определением характеристик датчика. Сюда относят погрешности из-за неточной градуировочной кривой, чувствительности датчиков. Причина в старении материала датчика, химическом воздействии, механическая усталость и т.д. Датчики необходимо периодически переградуировать.

3. погрешности, связанные со способом или условиями применения (термозонд в спокойной и движущейся жидкости, высокая теплоемкость материала зонда). Это погрешности “чистоты” опыта.

4. погрешности из-за использования плохо обработанных данных измерений.

   • не учитывается отклонение от линейности датчиков или электрической схемы формирования сигнала;

   • не учитывается, например, самонагрев термометра сопротивления измерительным током;

   • не учитывается разность температур датчика и исследуемой среды из-за теплопроводности корпуса датчика и проводов.

Случайные погрешности. Имеют случайные амплитуды и знак. Их возможные причины:

• собственные параметры измерительной аппаратуры;

• величина порога чувствительности (параметр изменяется – сигнала еще нет). Порог чувствительности - это максимальное изменение параметра, не вызывающее появления выходного сигнала датчика;

• погрешность считывания, характерна для стрелочных приборов, зависит от квалификации оператора, толщины стрелки, угла зрения.

Совокупность погрешности порога чувствительности _n и погрешности считывания E_c определяют погрешность разрешения:

- это минимальное изменение параметра, измеряемое данной аппаратурой.

• погрешность гистерезиса. Если какой-либо элемент измерительной системы имеют механический гистерезис пружины, магнитный гистерезис (ферромагнитный материал), то выходной сигнал зависит от предшествующего измерения. Эту погрешность определяют как ½ максимальной разности выходных сигналов при измерении одной и той же величины.

• погрешность квантования аналого-цифрового преобразователя (совокупности аналоговых величин приписывается единственное значение в младшем разряде). Величина её ½ интервала квантования.

Погрешности из-за появления в измерительной цепи паразитных сигналов случайного характера.

• шумы, возникающие в результате теплового возбуждения носителей заряда приводит к флуктуациям напряжения на зажимах, накладываются на полезный сигнал;

• наводки от электронно-магнитных полей;

• флуктуации напряжения питающих устройств (изменяют амплитуду сигнала);

• временной дрейф напряжения на выходе усилителя.

Погрешности, вызванные влиянием среды (они могут быть систематическими):

• изменение температуры при измерении в течение нескольких дней или на сквозняке;

• магнитное поле Земли изменяется в течение суток;

• солнечная активность изменяется во времени.

Пути уменьшения случайных погрешностей:

1. защита измерительного канала (термостатирование, контроль влажности, стабилизация U_пит., заземление установок, применение фильтров и т.д.);

2. рационализация измерительной процедуры (селекция сигнала и извлечение его из шумов, устранение паразитных сетевых наводок, использование методов дифференциальных измерений).