Классификация погрешностей прямых измеренийДля того чтобы измерить исследуемую физическую величину с приемлемой для конкретной задачи точностью, необходимо прежде всего ответить на вопрос – какие погрешности ухудшают точность измерения. А для этого нужно знать эти погрешности и причины их возникновения. На рис.6.1 представлена классификация погрешностей прямых измерений. Все эти погрешности – составляющие полной погрешности измерения. Рассмотрим классификацию. По характеру(закономерности) проявления погрешности подразделяют на случайные, систематические и грубые. Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения, трение и зазоры в механических узлах приборов, вибрация помещений, собственные шумы электрических средств измерения, электромагнитные помехи и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта. Обнаруживаются случайные погрешности путем повторных измерений одной и той же величины в одних и тех же условиях. Они не могут быть исключены опытным путем, но могут быть оценены при обработке результатов наблюдений. Систематическая погрешность средства измерений - составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерную изменяющуюся. Чаще всего систематические погрешности соответствуют отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней. Причины возникновения систематических погрешностей: 1)несоответствие средств измерения эталону(например, линейка с «неправильной» шкалой, «спешащий» или «отстающий» секундомер и т.п.); 2)неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность); 3)несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают; 4) несоответствие измеряемого объекта с предположением о его свойствах (наличие пустот и т.д); 5)отличие условий эксперимента от теоретических представлений об исследуемом процессе(например, при взвешивании тел не учитывается действия на них силы Архимеда); 6)игнорирование изменений, которые происходят во внешней обстановке(например, колебаний температуры или атмосферного давления).
Рисунок 1 – Классификация погрешностей прямых измерений. Примечание - систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, будет отличаться от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений этого же типа, вследствие чего для группы однотипных средств измерений систематическая погрешность может иногда рассматриваться как случайная погрешность. По возможности исключения систематические погрешности подраз-деляются на исключаемые и неисключаемые. Исключаемые погрешности – это такие погрешности, которые можно определить, а затем и исключить их влияние на результат измерения. Например, после проведения измерений с помощью цифрового вольтметра было установлено, что не выставлен «ноль» вольтметра. Начальное смещение(около нуля) – систематическая погрешность. Путём вычитания начального смещения из результата измерения эта погрешность исключается. Грубая погрешность (промах) — это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Источником грубых погрешностей нередко бывают резкие изменения условий измерения и ошибки, допущенные оператором. К ним можно отнести: неправильный отсчет по шкале измерительного прибора, происходящий из-за неверного учета цены малых делений шкалы; неправильная запись результата наблюдений, значений отдельных мер использованного набора, например гирь; незамеченные неисправности аппаратуры(средства измерения). Грубые погрешности необходимо всегда исключать из рассмотрения, если известно, что они являются результатом очевидных промахов при проведении измерений. Если же причины появления резко выделяющихся наблюдений установить нельзя, то для решения вопроса об их исключении используют статистические методы. Существует несколько критериев, которые позволяют выявить грубые погрешности. Их рассмотрение не входит в данное методическое пособие. По источнику возникновения погрешности делятся на инструментальные и методические. Инструментальной называется погрешность, обусловленная свойствами используемого средства измерения. Она вызвана тем, что абсолютно точных приборов не существует. Их показания всегда отличаются от истинного значения. Инструментальные погрешности относят к систематическим погрешностям. Различают несколько составляющих инструментальной погрешности: основную, дополнительную и обусловленную взаимодействием средств и объекта измерений. Погрешности, имеющие место при нормальных условиях применения средств измерений (температуре 296 К, определенной влажности, атмос-ферном давлении 760 мм рт. ст. и т.п.), называются основными; погрешности, вызванные отклонениями от нормальных условий, влияющих на результат измерений, называются дополнительными. У большинства средств измерений информация о предельном значении основной инструментальной погрешности содержится в классе точности (указывается на шкале стрелочного прибора или в его паспорте). Классом точности или приведённой погрешностью, γ;,называется выраженное в процентах отношение максимально возможной абсолютной основной инструментальной погрешности γ= ( Классы точности присваиваются средствам измерений с учётом результатов государственных приёмочных испытаний. Если класс точности неизвестен, то основную инструментальную погрешность принимают равной половине цены деления шкалы измерительного средства. Зная класс точности, можно найти максимальную абсолютную основную погрешность средства измерения:
|
осн к верхнему пределу измерений (верхнее значение шкалы измерения) xmax:
