2.3.Свойства классических средств измерений и предъявленные к ним требования

Всем средствам измерений присущи основные свойства: метрологические, эксплуатационные, информационные и др. Наиболее важными являются метрологические свойства (характеристики) средств измерений.

К метрологическим свойствам (характеристикам) относятся погрешности измерений, диапазоны измерения, чувствительность или разрешающая способность, стабильность характеристик, метрологическая надежность, неинформативные параметры (например, для универсальных вольтметров – диапазон частот).

Погрешность измерений является основной метрологической характеристикой, отражающей отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой физической величины. Погрешность измерений обуславливается многими факторами: погрешностью метода измерений; несовершенством средства измерений; влиянием условий проведения измерений; влиянием каналов связи объекта измерений со средством измерений; субъективными погрешностями оператора и т.д. Последние два фактора не относятся к погрешности средства измерений, но влияют на погрешность результата измерений.

Погрешность измерительного прибора представляет собой разность между показателями прибора и истинным значением измеряемой величины, а погрешность меры – разность между номинальным значением меры и истинным значением воспроизводимой ею величины.

По способу числового выражения погрешности различаются на абсолютные, выражаемые в единицах измеряемой величины, и относительные, выражаемые отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Таким образом, абсолютная (∆) и относительная (δ) погрешности вычисляются по формулам

∆х = х_п-х_и; δ = ∆х/х_и; δ = (∆х/х_и) • 100,

где х_п — показания прибора (номинальное значение меры); х_и — истинное значение измеряемой величины (величины, воспроизводимой мерой).

Часто вместо относительной погрешности применяется понятие приведенной погрешности средства измерений, выражаемой в виде отношения абсолютной погрешности к условно принятому значению физической величины, например к значению верхнего предела измерений.

Необходимо учитывать, что истинное значение физической величины практически неизвестно. Поэтому вместо истинного значения измеряемой величины приходится в формулы погрешностей подставлять действительное значение, найденное экспериментально и настолько близкое к истинному, что для данных целей измерений может использоваться вместо него.

По характеру и причинам появления погрешности разделяются на систематические, случайные и промахи.

Систематические погрешности представляют собой такие составляющие погрешности средства измерений, которые при неоднократном использовании средства измерений остаются постоянными или изменяются закономерно. Эти погрешности поддаются изучению и учету, в силу чего результат измерений может быть уточнен путем внесения поправок. Более того, стремятся создать средство измерений таким образом, чтобы исключить влияние систематических погрешностей.

Систематические погрешности обусловлены неточной градуировкой средств измерений, неправильной установкой прибора, несовершенством метода измерений, применением приближенных формул (в частности, в тех случаях, когда измерительный прибор обрабатывает измерительную информацию) и т. д. Установкой нуля отсчета, калибровкой измерительных приборов перед соответствующим измерением добиваются исключения (или уменьшения) систематических погрешностей. При этом в настоящее время все чаще применяются автоматические методы коррекции систематических погрешностей, увеличивающие точность и производительность измерений.

Случайные погрешности изменяются непредвиденным (случайным) образом при проведении повторных измерений одной и той же физической величины. В отличие от систематических случайные погрешности невозможно исключить из результата измерений. Но многократные измерения одной и той же величины позволяют уменьшить случайную составляющую погрешности путем нахождения среднего ее значения (результат каждого измерения является случайной величиной) и дисперсии.

Промахи представляют собой погрешности, существенно превышающие присущие данному средству измерений систематические и случайные погрешности. Они возникают или из-за неисправностей средства измерений, или из-за грубых ошибок оператора. При обнаружении промаха соответствующий результат измерений должен быть исключен как неверный.

Погрешности, возникающие в нормальных условиях работы средств измерений [температура окружающей среды 20 ± 5 ºС, атмосферное давление 100 ± 4 кПа (750±30 мм рт. ст.), относительная влажность воздуха 65 ±15%], называются основными. В технических условиях на радиоизмерительные приборы обычно указываются также дополнительные погрешности, представляющие собой дополнительное изменение основной погрешности за счет изменения внешних условий относительно нормальных. Часто указывается дополнительная погрешность за счет изменения температуры.