Измерения. Виды измерений. Средства измерений и их элементы

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ОЦЕНКА
Общие сведения о погрешностях
При измерениях обычно получается значение измеряемой физической величины, отличающееся от ее истинного значения. Как правило, истинное значение неизвестно и вместо него используют действительное значение физической величины, которое находится экспериментально и настолько приближается к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Значение величины, найденное вследствие ее измерения, называется результатом измерения. Отклонение результата измерения х от действительного значения измеряемой величины х_Д называется погрешностью измерения. Погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения:

Отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины называется относительной погрешностью измерения, выражаемой обычно в процентах

Измерительные приборы часто характеризуются приведенной погрешностью, которая определяется как отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению Nx. За нормирующее значение чаще всего принимается диапазон измерения прибора D. Приведенная погрешность, как правило, выражается в процентах

Погрешность измерений состоит из нескольких составляющих, классифицируемых по ряду признаков. По природе своего возникновения погрешности могут зависеть от средств измерений, метода измерения, процесса считывания и ряда других причин. Составляющая погрешности измерений, зависящая от погрешностей применяемых средств измерений, называется погрешностью средств измерений (инструментальной).
Составляющая погрешности измерений, вызванная несовершенством метода измерений, называется погрешностью метода измерений, или методической погрешностью. Например, измеряем длину кривой линии линейкой. Во-первых, возникает методическая погрешность измерений за счет того, что использование линейки для измерения длины кривой является методом несовершенным. Во-вторых, действительная длина линейки может не соответствовать длине, указанной на шкале линейки. В связи с этим возникает составляющая погрешности, вызванная несовершенством средства измерения (линейки), которая является погрешностью средства измерения. Цель вычисле­ния погрешностей измерений — оценка точности результата измерения или введение поправок в результаты измерений. Точностью измерений называется качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному значению измеряемой величины. Стремясь повысить точность, уменьшаем погрешности измерений. Однако способы повышения точности часто сложны и дорогостоящи. Поэтому следует сначала оценить целесообразную точность, которая зависит от конкретных условий и целей измерения, и в случае необходимости принять меры к ее повышению.
Погрешности измерений разделяют на систематические, случайные и грубые. Составляющая погрешности измерений, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины, называется систе­матической погрешностью измерений. Составляющая погрешно­стей измерений, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины, называется случайной погрешностью измерений. Погрешность измерений, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях, называется грубой погрешностью. Ранее грубые погрешности назывались промахами.
Систематические погрешности имеют определенное значение и знак, они могут быть устранены введением поправки. Поправ­кой называется значение величины, прибавляемой к полученному при измерении значению в целях исключения систематической по­грешности.
Чтобы выявить случайную погрешность, необходимо провести ряд повторных измерений одной и той же величины. Если результат каждого измерения отличается от других результатов, то имеет место случайная погрешность. Оценить эти погрешности можно на основании теории вероятностей и математической статистики, которые дают методы оценки степени приближения результата измерений к действительному значению измеряемой величины, позволяют оценить вероятные границы погрешностей, а также уточнить результат, т.е. позволяют найти значение измеряемой величины более близкое к действительному значению, чем результат однократного наблюдения.
Значения систематической составляющей погрешности могут зависеть от значения измеряемой величины. В связи с этим используются понятия аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. Под аддитивной погрешностью понимают долю систематической погрешности, которая остается постоянной в пределах диапазона измерений. Под мультипликативной погрешностью понимают долю систематической составляющей погрешности, меняющейся в зависимости от значения измеряемой величины. Так, для платиновых термопреобразователей сопротивления класса В, согласно ГОСТ Р50353, предел основной допускаемой погрешности составляет °С. Аддитивная составляющая погрешности, определяемая разбросом сопротивлений термопреобразователей при температуре 0 °С, не должна превышать ±0,3 °С, а мультипликативная, зависящая от отклонений чувствительности, должна находиться в пределах 0,005 [t] и суммироваться с аддитивной погрешностью.