Систематическая погрешность.

 

Систематической погрешностью называют составляющую погрешности измерений, остающуюся постоянной и закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Систематические ошибки возникают, если не учитывать, например, теплового расширения при измерениях объема жидкости или газа, производимых при медленно меняющейся температуре; если при измерении массы не принять во внимание действие выталкивающей силы воздуха на взвешиваемое тело и на разновесы и т.д.

Систематические ошибки наблюдаются, если шкала линейки нанесена неточно (неравномерно); капилляр термометра в разных участках имеет разное сечение; при отсутствии электрического тока через амперметр стрелка прибора стоит не на нуле и т.д.

Как видно из примеров, систематическая ошибка вызывается определенными причинами, величина ее остается постоянной (смещение нуля шкалы прибора, неравноплечность весов), либо изменяется по определенному (иногда довольно сложному) закону (неравномерность шкалы, неравномерность сечения капилляра термометра и т.д.).

Можно сказать, что систематическая ошибка – это смягченное выражение, заменяющее слова «ошибка экспериментатора».

Такие ошибки возникают из-за того, что:

a. неточны измерительные приборы;

b. реальная установка в чем-то отличается от идеальной;

c. не совсем верна теория явления, т.е. не учтены какие-то эффекты.

 

Выделим четыре типа систематических ошибок:

 

1. Систематические ошибки, природа которых вам известна, а величина может быть найдена, следовательно, и исключена введением поправок.

1. Систематические ошибки, о которых известно, что величина их не превышает некоторого определенного значения. В этом случае при записи ответа может быть указано их максимальное значение.

2. Систематические ошибки, обусловленные свойствами измеряемого объекта. Эти ошибки часто могут быть сведены к случайным.

3. Систематические ошибки, о существовании которых ничего не известно.

Способы устранения систематической погрешности:

1. Cравнение с образцом. В этом случае исследуемый объект образец с одинаковой геометрической формой и размером измеряют одним и тем же методом, с помощью одних средств измерения. При одинаковых внешних условиях. При этом образец предварительно аттестуют с достаточно высокой точностью по сравнению с точностью наших измерений. Тогда, если нет большой разницы в исследуемых значениях измеряемого объекта и образца, систематическая погрешность исключается из результатов измерений, так как измеряют не значение физической величины, а только ее отклонение от размера образца. Например, чтобы исключить влияние деформации измеряемого объекта и измерительных наконечников, вызванное измерительным усилием или температурными деформациями, прибор устанавливают по предварительно аттестованному образцу того же размера, формы и изготовленного из того же материала. В этом случае систематическая погрешность вызванная деформацией, практически исключается, так как измеряемую величину сравнивают с величиной аналогичного образца, т.е. измеряют разность этих двух величин. Чем меньше разность, тем меньше влияние систематической погрешности на результат измерений.

Часто вместо образца используют меры более высокой точности - образцовые меры, по которым настраивают средство измерений и затем измеряют объект, определяя отклонения контролируемого параметра от образцовой меры. При этом практически устраняются систематические погрешности измерения.

Однако следует иметь в виду, что разность геометрических форм контролируемого объекта и образцовой меры при измерении линейных размеров будет вносить свою погрешность в результаты измерений.

2. Способ замещения отличается от предыдущего тем, что разность между аттестованным образцом и измеряемым объектом стремятся сделать равной нулю, добиваясь одинаковых показаний прибора при измерении аттестованного образца и измеряемого объекта путем подбора образца соответствующего размера. Такой прием исключает систематическую погрешность, остаточное значение которой будет равно неточности аттестации образца.

3. Компенсация погрешности по знаку заключается в том, что измерения следует проводить таким образом, чтобы погрешность в результате измерений вошла один раз с одним знаком, другой раз - с противоположным.

Поэтому, если результаты измерения можно расположить так, чтобы сравнивались между собой средние арифметические значения симметрично расположенных измерений, то погрешность будет исключена. Во многих случаях это достигается повторением наблюдений в обратном порядке. Приемом симметричных наблюдений рекомендуется пользоваться при точных измерениях во всех случаях, когда он применим. Этим путём можно исключить все возможные прогрессивные погрешности, не замеченные в силу своей малости или по каким - либо другим причинам вне поля зрения наблюдателя по крайней мере в такой степени, в какой допустимо предполагать их изменение пропорциональным времени или длине. Кроме того, этот приём позволяет убедиться в том, что во время работы не произошло изменений в самих приборах или во внешней обстановке, могущих оказать влияние на показания.