6.Погрешности измерений.Классификация и методы измерений
Измерение, как и любой экспериментальный процесс, всегда выполняется с некоторой ошибкой. Отклонение полученного результата от истинного значения называется погрешностью и является одним из основных понятий метрологии. Источниками погрешности могут быть изменения характеристик приборов, влияние на прибор внешних факторов, неправильные действия оператора и многое другие. В некоторых случаях погрешности могут во много раз превышать саму измеряемую величину.
Различают погрешностирезультата измерений и погрешностисредств измерений.
Погрешность результата измерений –разность между результатом измерений и истинным значением измеряемой величины.
Погрешность средства измерений – разность между показанием СИ и истинным значением.
Эти понятия близки и поэтому классифицируются по одинаковым признакам и часто одинаково выражаются.
По способу выражения погрешности измерений делят на абсолютные и относительные.
Абсолютная погрешность выражается формулой:
=Хизм – Хи,
где Хизм и Хи – результат измерения и истинное значение физической величины соответственно.
Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины и не всегда характеризует точность измерений. Например, погрешность 1мм при измерении 10 мм это много, а при измерении 1м – это мало. Поэтому используют понятие относительной погрешности:
100%
Так как истинное значение Хи неизвестно, то при вычислениях его заменяют действительным значением. Таким образом, погрешность определяется также с некоторой неточностью, и говорят об оценке погрешности, а не ее вычислении.
7.Систематические погрешности
Это погрешность, которая остается постоянной или изменяется по известному закону при проведении повторных измерений. В настоящее время систематическая погрешность считается специфической случайной величиной, обладающей некоторыми, но не всеми свойствами случайной величины:
1)СКО неисключенной систематической составляющей,2)границами, в которых эта составляющая находится с заданной вероятностью.
По характеру изменения во времениони делятся на постоянные и переменные.
Постоянныминазываются такие погрешности измерения, которые остаются неизменными в течение всей серии измерений. Например, погрешность от того, что неправильно установлен ноль стрелочного электроизмерительного прибора, погрешность от постоянного дополнительного веса на чашке весов и т.д. Эта погрешность не может быть определена при проведении повторных наблюдений и поэтому наиболее опасна. Постоянные систематические погрешности могут быть обнаружены лишь путем сравнения результатов измерений с другими, полученными с помощью более высокоточных методов и средств.
Переменныминазываются погрешности, изменяющиеся в процессе измерения. Они делятся на прогрессивные (монотонно изменяющиеся, например, вследствие износа СИ), периодические и изменяющиеся по сложному закону.
По причинам возникновенияпогрешности делятся на методические, инструментальные, от внешних влияний, погрешность установки и личные (субъективные).
Методическая погрешность обусловлена:
1)отличием принятой модели объекта измерений от модели, адекватно описывающей свойство, определяемое путем измерения (недостаточно изучено физическое явление, лежащее в основе измерения; принятые допущения и т.д.),2)влиянием СИ на объект измерений (вольтметр с конечным внутренним сопротивлением),3)неточностью применяемых алгоритмов расчета, допущениями или упрощениями модели измерений.
Инструментальная погрешность обусловлена:
1)несовершенством конструкции СИ и технологии его изготовления,2)постепенным износом и старением элементов.
Погрешность установки – следствие неправильной установки СИ. Наиболее существенна для СИ, принцип действия которых основан на механическом равновесии, силах гравитации.
Погрешность от внешних влияний – следствие воздействия неизвестных или неучтенных источников влияющей величины: температуры, электрических и магнитных полей, давления и влажности воздуха, динамических воздействий измеряемой среды.
Субъективная погрешность – следствие неправильных действий человека, выполняющего измерения. (Пример: молодой и опытный слесари).