Классификация погрешностей измерений, возникающих при возведении зданий. Грубые погрешности (стр. 2 из 3)

В отдельную группу выделяют погрешности, обусловленные влиянием внешних условий. Температура, влажность, давление и другие факторы влияют на размеры инструментальной и методической погрешностей. При этом дополнительная инструментальная погрешность, вызываемая отклонением от нормальных условий какого-либо влияющего фактора, может быть указана в метрологических характеристиках средств измерений (в дополнении к основной, определяемой при нормальных условиях). Влияние внешних факторов на методическую погрешность следует оценивать отдельно в каждом конкретном случае. Для большинства видов измерений наиболее полно изучено и поддается учету при определении погрешностей влияние температуры окружающей среды. Погрешности внешних условий по характеру проявления являются систематическими.

2.5. Под влиянием совокупности всех действующих факторов, в том числе внешних, складывается суммарная погрешность измерения

Влияние каждого фактора может исследоваться отдельно, но удобно для исследования и оценки погрешностей делить суммарную погрешность на две составляющие: случайную и систематическую, принципиально отличающиеся по характеру проявления и требующие применения различных способов для их обнаружения, оценки и учета.

Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера физической величины, проведенных с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях. В появлениях таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные

погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результатах измерений. Описание случайных погрешностей возможно только на основе теории вероятностей и математической статистики.

В отличие от систематических случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений путем введения поправок. Однако их можно существенно уменьшить путем увеличения числа измерений, поскольку среднее арифметическое значение х при этом стремится к истинному значению измеряемой величины Q.

Систематическая погрешность — составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Систематическая погрешность, как правило, не изменяется при многократных измерениях и может быть почти полностью устранена путем обнаружения и устранения причины, по которой она возникла, или путем введения поправки. Но систематическая погрешность также содержит некоторый элемент случайности и в некоторой степени обладает свойствами случайной величины. На этом основании предложено считать систематическую погрешность специфической, «выраженной» случайной величиной. Она может также изменяться при многократных измерениях, когда фактор времени или нестабильность измерительной системы вносят заметное изменение в систему.

Следует считать, очевидно, что ряд систематических по своей природе погрешностей присутствует при измерениях в скрытом виде. Поэтому не всегда удаётся чётко разделить погрешности на систематические и случайные. Часть систематических погрешностей, трудно поддающихся учету, причисляют к случайным. Чем больше результаты измерения искажены неучтенными систематическими погрешностями, тем труднее они поддаются математической обработке. Сказанное в определенной мере объясняет те дискуссии, которые ведутся в последние годы вокруг нового понятия «неопределенность измерений».

3. Грубые погрешности и промахи

При измерениях могут появляться также очень большие грубые погрешности (промахи), которые возникают, как правило, из-за ошибок или неправильных действий оператора, а также из-за кратковременных отказов или сбоев в работе измерительных приборов и других резких изменений условий проведения измерений. Грубые погрешности обнаруживают и отбрасывают непосредственно в процессе измерений или при математической обработке результатов измерений с использованием специальных критериев.

Наиболее характерными из них являются: неправильный отсчет по шкале измерительного устройства, неправильная запись результата наблюдения (описка), неправильная запись значений отдельных мер использованного набора и т. п., ошибки при действиях с приборами, если они повторяются при измерениях.

Причинами грубых погрешностей могут быть внезапные или кратковременные изменения условий измерения или незамеченные неисправности в аппаратуре.

Оценка наличия грубых погрешностей решается методами математической статистики — статистической проверкой гипотез. Суть метода сводится к следующему. Выдвигается нулевая гипотеза относительно результата измерения, который вызывает некоторое сомнение и рассматривается как грубый промах в связи с большим отклонением от других результатов измерения. При этом нулевая гипотеза заключается в утверждении, что «сомнительный» результат в действительности принадлежит к возможной совокупности полученных в данных условиях результатов измерений, и получение такого результата вероятно.

Пользуясь определенными статистическими критериями, пытаются опровергнуть нулевую гипотезу, т. е. пытаются доказать ее практическую невероятность. Если это удается, то промах исключают, если нет — то результат измерения оставляют.

Выбор того или иного критерия основан на принципе практической уверенности. Для этого задаются достаточно малой вероятностью q того, что сомнительный результат действительно мог бы иметь место. Вероятность q называется уровнем значимости и обычно выбирается из ряда: 0,1; 0,05; 0,01 и т. д.

Для данного q определяют критическую область значений критерия проверки нулевой гипотезы. Если значение критерия попадает в эту область, то гипотеза отвергается.

Известен ряд критериев, которые позволяют исключить грубые промахи. К ним, в частности, можно отнести критерий Греббса (Смирнова), Шарлье, Шовене, Диксона и др. Эти критерии основаны на статических оценках параметров распределения, так как в большинстве случаев действительные значения параметров распределения неизвестны.

4. Измерения и их погрешности в строительстве

Одним из самых массовых видов измерений в строительной отрасли являются линейно-угловые измерения. Они выполняются в ходе операционного контроля параметров большинства строительных процессов, а также при приёмочном контроле и обеспечивают изготовление изделий и возведение сооружений с заданными размерами. Соблюдение заданных допусков на геометрические параметры зависит от точности производимых измерений.

Точность линейных измерений является также основой для возможности точных измерений других величин (силы, давления, твёрдости и др.).

В строительстве не находит применения Единая система допусков и посадок, разработанная для станкоинструментальной и машиностроительной отраслей, и практически не используются оптико-механические и электрические приборы высокой точности, применяемые в указанных отраслях.

Необходимость измерения малых (до 1 мм) линейных размеров и перемещений возникает при испытаниях строительных материалов и конструкций (измерение деформаций). Для этих целей широко используют зубчатые измерительные головки с ценой деления шкалы 0,01 или 0,001 мм, которые устанавливают непосредственно на испытываемый образец.

Используют также механические рычажные тензометры или проволочные тензорезисторы, наклеиваемые на поверхность образца или конструкции. Для измерения ширины трещин применяют простейшие измерительные микроскопы или измерительные лупы.

Применяемые для измерения деформаций средства имеют, как правило, некоторый запас по точности, т. е. предельная погрешность измерения в несколько раз меньше допустимой, и выбор измерительного средства не вызывает затруднений и полностью определяется конкретными условиями выполнения измерений.

Линейно-угловые измерения, выполняемые непосредственно на строительной площадке при контроле геометрических параметров в процессе возведения зданий и сооружений, проводятся в диапазоне от 1 мм до нескольких десятков метров. К измерительным средствам предъявляются требования по надёжности, простоте, быстродействию, устойчивости к внешним воздействиям и др. Допустимая относительная погрешность измерения находится в диапазоне 0,01…20 %. Допуски на установку некоторых элементов строительных конструкций не только назначаются исходя из функциональных требований, но часто определяются точностью применяемых измерительных средств и совершенством используемых выверочных приспособлений. Поэтому выбор измерительных средств для строительной площадки является ответственной задачей.

Наиболее широко используют штриховые меры длины (линейки, рулетки, складные метры), угольники, пузырьковые уровни, а также оптические и электронные геодезические приборы. Штангенинструмент и микрометры используют реже.

Измерительные металлические линейки имеют длину 150, 300, 500 и 1000 мм. Цена деления шкалы, как правило, составляет 1 мм. Отклонения общей длины линеек и расстояний от любого штриха до начала и конца шкалы их номинального значения не должны превышать 0,1 мм на длине до 300 мм; 0,15 мм на длине 300…500 мм; 0,2 мм на длине 500…1000 мм.