Эталоны единиц физических величин

Исключение систематических погрешностей.

Закономерный характер систематической погрешности открывает возможности ее уменьшения. При этом надо иметь в виду, что сложную задачу может представлять собой уже обнаружение систематических погрешностей. Экспериментатор не всегда даже подозревает о существовании той или иной систематической погрешности.
Для уменьшения (исключения, компенсации) постоянной систематической погрешности наибольшее распространение получили следующие методы: введения поправок, замещения и компенсации погрешности по знаку.
Метод поправок основывается на результатах предварительного эксперимента, в котором исследуются воздействия внешних факторов (температуры, давления, влажности, магнитных и электрических полей и т.п.). По результатам эксперимента определяют поправочные формулы, строят графики или таблицы поправок, которые впоследствии используются при эксплуатации измерительных приборов.
Метод замещения широко применяют при измерении параметров электро- и радио цепей (емкости, индуктивности и т.п. мостовыми или резонансными методами). Этот метод исключает влияние емкости на землю, емкостей и индуктивности подводящих проводов, собственной емкости катушки индуктивности и др. Например, если измерять емкость С_х конденсатора резонансным методом из-за неизбежного наличия собственной емкости С_к катушки индуктивности L₀ получится не истинное значение С_х, а действительное значение, искаженное параллельно включенной емкостью С_к.. Для исключения влияния С_к измерение С_х выполняют резонансным методом в сочетании с методом замещения (рис 6.2). Процесс измерения производится в две операции. Первая операция: в этом случае генератор ГВЧ настраивается на частоту f контура L_0, С_х, С_к, при этом
(6.4)
Вторая операция: в этом случае вместо С_х подключается переменный образцовый конденсатор С_об и контур L_0, С_об, С_к настраивается на ту же частоту f, с изменением значения С_об. Тогда
(6.5)
Следовательно, суммарные емкости одинаковы,
(6.6)
Таким образом, погрешность, определяемая наличием собственной емкости катушки L₀, исключается полностью

Рис. 6.2
Метод компенсации погрешности по знаку заключается в такой постановке опытов, при которой погрешность, вызываемая какой-либо причиной, в результат измерения вошла один раз со знаком плюс, а второй – со знаком минус. Например, при калибровке термоамперметров на постоянном токе (рис.6.3) возникает систематическая погрешность, определяемая эффектом Пельтье.

Рис. 6.3 Рис. 6.4
При данном значении тока I_x через подогреватель R_П термопары развиваемая его термо ЭДС
, (5.7)
где k₁ и k₂ – постоянные коэффициенты, а знаки ± определяются направлением тока в подогревателе R_П. Определив значения термо-ЭДС e_t’ и e_t”, соответствующие разным положениям переключателя П, и взяв среднее арифметическое из них, получим истинное значение e_t. Погрешность, определяемая вторым членом формулы (6.7), будет полностью скомпенсирована.
Систематические погрешности обнаруживают при измерениях с помощью измерительного прибора следующим образом. При помощи образцового прибора или меры определяют действительное значение измеряемой величины L, а затем выполняют ряд измерений этой величины с помощью исследуемого прибора и вычисляют среднеарифметическое значение L_ср. Результаты отдельных измерений будут группироваться около L_ср, распределяясь по вероятностному закону (рис 6.4).
Разность L_ср – L и будет определять значения _с систематической погрешности измерения.

28.