Метрологические измерения (стр. 2 из 2)

Погрешностями измерений называют отклонения результатов измерений от истинных значений измеряемой величины.

Погрешности классифицируются по целому ряду признаков:

1) Инструментальные и методические погрешности.

2) Основная и дополнительная погрешность.

3) Систематические, прогрессирующие и случайные погрешности.

4) Абсолютная, относительная и приведенная погрешности.

5) Аддитивные и мультипликативные погрешности.

Инструментальная погрешность зависит от качества изготовления элементов прибора. Чем выше качество изготовления элементов, тем меньше погрешность.

Причиной возникновения методической погрешности является то, что мы сознательно измеряем на выходе прибора не ту величину, которая нам нужна, а другую, которая отражает нужную лишь приблизительно, но гораздо проще технически реализуется. Такой путь широко используется в приборостроении и позволяет создать наиболее простые, надежные и дешевые приборы.

Любой измерительный преобразователь или измерительный прибор работает в сложных, во времени изменяющихся условиях. Поэтому наряду с чувствительностью к измеряемой величине он не минуемо имеет некоторую чувствительность к не измеряемым, но влияющим на нее величинам, т.е. помехам (температура окружающей среды, давление, вибрация, перепад напряжения источника питания и т.п.). При градуировке прибора, все величины влияющие на измеряемую величину поддерживаются в узких пределах их изменения (температура – в пределах 205⁰С, атмосферное давление и напряжение питания – в пределах

3 % от номинального, частота – в пределах 2 % и т.д.). Оговоренные в технической документации условия эксплуатации называются нормальными, а суммарную результирующую погрешность, возникающую в этих условия, называют основной.

В эксплуатационных условиях прибору или преобразователю приходится работать при изменении температур от –50 до + 50⁰С, давлении от 0,01 до 10 атм., напряжения питания

20 % и частоты до 10 %, что вызывает погрешности, значительно выше основной. Изменения показаний прибора при отклонении условий эксплуатации от нормальных называются дополнительными погрешностями. В тяжелых рабочих условиях дополнительные погрешности могут быть больше основной.

Систематическими называются погрешности, которые остаются постоянными при повторных измерениях одной и той же величины. Они слагаются из основной и дополнительной погрешностей. Эти погрешности благодаря постоянству во времени функции влияния могут быть скорректированы введением дополнительных корректирующих преобразователей, воспринимающих влияющую величину и вводящих соответствующую поправку в результат преобразования.

Прогрессирующими называются погрешности, медленно изменяющиеся с течением времени. Эти погрешности, как правило, вызываются процессами старения деталей прибора. Они могут быть скорректированы введением поправки лишь на данный момент времени, а далее вновь постепенно нарастают. Поэтому прогрессирующие погрешности требуют непрерывного повторения коррекции.

Случайными называются неопределенные по своей величине или недостаточно изученные погрешности. В появлении различных значений этих погрешностей не удается установить какой-либо закономерности. Они определяются сложной совокупностью причин, трудно подающихся анализу. Их частные значения не могут быть предсказаны, а для всей их совокупности может быть установлена закономерность лишь для частот появления их различных значений. В подавляющем большинстве случаев процесс появления случайных погрешностей есть случайный стационарный процесс, поэтому разнообразие величин случайных погрешностей характеризуют указанием закона распределения их вероятностей или указанием параметров этого закона, разработанных в теории вероятности и теории информации.

Разделение погрешностей на систематические, прогрессирующие и случайные является лишь приемом их анализа. В реальной же действительности все три составляющие проявляются совместно.

Абсолютная погрешность представляет собой разность между измеренным значением (показанием прибора) и действительным или истинным значением, найденным, например, при помощи образцового прибора.

= х – х_д (3.1)

Относительная погрешность, указываемая в процентах, есть отношение абсолютной погрешности к действительному значению, т.е.:

γ =

· 100 (3.2)

Приведенная погрешность, указываемая в процентах, есть отношение абсолютной погрешности к постоянной величине, которая представляет собой конечное значение предела измерения, т.е.:

δ =

· 100 (3.3)

Погрешность, не зависящая от значения преобразуемой величины, называется аддитивной, или погрешностью нуля (рис.1). Если она является систематической, то она может быть скорректирована путем смещения шкалы или нулевого положения указателя. Если же аддитивная погрешность является случайной, то она не может быть скорректирована, и реальная характеристика, смещаясь произвольным образом, но оставаясь параллельной самой себе, образует полосу погрешностей, ширина которой остается постоянной для любых значений измеряемой величины (рис.4).

Абсолютная погрешность, пропорциональная текущему значению преобразуемой величины, называется мультипликативной, или погрешностью чувствительности. На рис. 2 представлен случай, когда абсолютная погрешность оказывается пропорциональна текущему значению преобразуемой величины. Здесь реальная характеристика прибора отклоняется от номинальной пропорционально преобразуемой величине и является систематической мультипликативной погрешностью. Если же отклонение является случайным, то реальная характеристика образует полосу погрешностей (рис.3).

У У

_{реальная характеристика реальная характеристика}

Δ

Δ_{0 номинальная характеристика номинальная характеристика}

Х

0

Рис. 1. Аддитивная погрешность Рис.2. Систематическая мультипликативная погрешность.

У У

_{номинальная погрешность}

_{полоса погрешностей}

_{номинальная характеристика} +Δ

Х

0

-Δ

0 Х

Рис. 3. Случайная мультипликативная Рис. 4. Полоса погрешностей

погрешность. измерительного прибора.

Заключение

В основе теории измерений лежат вопросы, связанные с видами и погрешностями измерений. Большое внимание уделяется средствам измерения. Процесс измерения – это процесс получения информации, уменьшения неопределённости в результате выполнения эмпирической процедуры. Мерой отклонения результата измерения от истинного, а точнее, действительного значения измеряемой величины, является погрешность, которая может в процессе измерения проявиться в виде случайной или систематической. Тогда при их одновременном проявлении погрешность представляется в виде их суммы. Для получения результатов минимально отличающихся от истинных значений величин, проводятся многократные наблюдения за измеряемой величиной с последующей математической обработкой. Проявление случайных погрешностей носит событийный характер, а сами погрешности и их распределения могут быть описаны методами математической статистики и теории вероятности. Систематические погрешности постоянны для всей серии наблюдений и являются некоторыми функциями времени. Определённая систематическая погрешность может быть устранена путём введения поправок. Результаты измерения после введения поправок называются исправленными. Среди случайных погрешностей встречаются погрешности, значительно отличающиеся от средних в данном эксперименте. При этом решается проблема отнести их к грубым погрешностям (промахам) или они являются закономерностью с определённой вероятностью. По способу получения результатов измерений их разделяют на прямые и косвенные. Прямые- это измерения при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью приборов, градуированных в соответствующих единицах. Косвенные измерения искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Измеряют не собственно измеряемую величину, а другие- функционально с ней связанные. Совокупные измерения- это производимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомую величину определят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

В практике измерений имеют дело с многократно повторяющимися процессами определения значения физических величин. Множество измерений, проводимых с помощью одного измерительного средства, множество средств измерений одного типа, множество операций контроля- все эти массовые явления сопровождаются случайными событиями, случайными процессами и величинами. Здесь на помощь приходит теория вероятности.

Литература

1.Сергеев А.Г., Крохин В.В.Метрология.- М.: Логос,2001.

2.Рудзит Т.Я., Плуталов В.Н. Основы метрологии, точность и надёжность в приборостроении.- М.: Машиностроение,1991.

3.Г.П.Мясоедов, А.В.Афанасьев. Метрология ионизирующих излучений. Методические указания для студентов-заочников.СНИЯЭиП. Севастополь: 4.

2003.

4.Фарзане Н.Г., Илясов П.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. Учебник. Москва. Высшая школа.1989.

5.Брегадзе Ю.И. Степанов Э.К. Ярына В.П. Прикладная метрология ионизирующих излучений.- М.: Энергоатомиздат,1990.