Погрешности измерений

Министерство образования Калининградской области

государственное автономное учреждение

Калининградской области

профессиональная образовательная организация

«Колледж сервиса и туризма»

(ГАУ КО ПОО КСТ)

Реферат

по дисциплине: «Метрология и стандартизация»

на тему: «Погрешности измерений»

Выполнил: студент 3 курса

Группы ТХ 17-1 Беляев Игорь

Руководитель: Овчинникова И.В.

Калининград 2020

Содержание(ИЗМЕНИТЬ)

Введение…………………………………………………………………..……….....2

Глава 1. Понятие погрешности...………………………...........................................3

Глава 2. Источники возникновения погрешностей……………...………..…….....6

Глава 3. Классификация погрешностей……..……………...…..…………..……..10

Глава 4. Классы точности средств измерений…………………………..………..15

Глава 5. Методы обнаружения и исключения систематических

погрешностей…………………………………………………………….…………17

Заключение………………………………………………………………..…….…..20

Список литературы……………………………………………………..………..…21

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства, и качество выпускаемой продукций.

Всякий процесс измерения независимо от условий, в которых его проводят, сопряжён с погрешностями, которые искажают представление о действительном значении измеряемой величины.

Источниками появления погрешностей при измерениях могут служить различные факторы, основными из которых являются несовершенство конструкции средств измерений или принципиальной схемы метода измерения, неточность изготовления средств измерений, несоблюдение внешних условий при измерениях, субъективные погрешности и т. п.

Степень приближения результата измерения к истинному значению определяется размером погрешности (разностью между полученным при измерении и истинным значениями величины), то есть качество измерений характеризуется их погрешностями.

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается
неизвестным, неизвестны также и погрешности измерения. Поэтому для определения размеров погрешностей используют условно-истинное значение физической величины, полученное, как правило, в результате более точных измерений или другими методами. Единицы физических величин воспроизводятся с высокой точностью с помощью государственных первичных эталонов и передаются «вниз» эталонным средствам измерений, а от них - рабочим средствам измерений с некоторой потерей точности на каждой ступени передачи (при каждой поверке). При этом значение величины, воспроизводимой эталонным средством измерения при поверке, всегда принимается в качестве условно-истинного значения величины и по нему оценивается погрешность поверяемого средства измерений.

Изучение причин возникновения погрешностей и уменьшение размеров погрешностей — одна из главных задач практической метрологии, поэтому понятие «погрешность» — одно из центральных в метрологии.

Источниками появления погрешностей при измерениях могут служить различные факторы, основными из которых являются несовершенство конструкции средств измерений или принципиальной схемы метода измерения, неточность изготовления средств измерений, несоблюдение внешних условий при измерениях, субъективные погрешности и т. п.

Любой результат измерений содержит погрешность, как бы тщательно оно не проводилось. Для определения понятия «погрешность» необходимо пояснить различие между такими понятиями, как истинное и действительное значение физической величины

Истинное значение физической величины - это значение, идеально отражающее свойства объекта как количественно, так и качественно. Оно является той абсолютной истиной, к которой стремятся, пытаясь выразить ее числовым значением.

Действительное значение физический величины – значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него [2]. Результат измерения всегда отличается от истинного значения измеряемой величины и представляет ее приближенное значение.

Однако истинное значение величины найти в принципе невозможно. Но не потому, что оно не существует — любая физическая величина, присущая конкретному объекту материального мира, имеет вполне определенный размер, отношение которого к единице является истинным значением этой величины. Это означает всего лишь непознаваемость истинного значения величины, в гносеологическом смысле являющегося аналогом абсолютной истины. Хорошим примером, подтверждающим это положение, являются фундаментальные физические константы (ФФК).

Они измеряются наиболее авторитетными научными лабораториями мира с наивысшей точностью, и затем результаты, полученные разными лабораториями, согласуются между собой. При этом согласованные значения ФФК устанавливают с таким количеством значащих цифр, чтобы при следующем уточнении изменение произошло в последней значащей цифре. Таким образом, истинные значения ФФК неизвестны, но каждое следующее уточнение приближает значение этой константы, принятое мировым сообществом, к ее истинному значению.

Качество измерения тем выше, чем ближе результат измерения оказывается к истинному значению. Количественной характеристикой качества измерений является погрешность измерения, определяемая как разность между измеренным Хизм и истинным Хист значениями измеряемой величины.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

X=Xизм – Xист, (1)

где х — погрешность измерения.

Строго говоря, применение формулы (1) для вычисления погреш­ности измерения невозможно, поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно. Поэтому это выражение погрешности используется только в теоретических исследованиях, а на практике Xист заменяется на его оценку — действительное значение величины Xд, и погрешность рассчитывается по формуле

X=Xизм – Xд, (2)

Поскольку действительное значение измеряемой величины только с той или иной степенью приближения заменяет истинное, то погрешность измерения, найденная относительно действительного значения, будет отличаться от погрешности измерения, которая могла бы быть найдена относительно истинного значения и является приближенной оценкой «истинной» погрешности измерения. При вычислении погрешностей слово оценка излишне и применять его нет необходимости. Имея в виду сказанное, в последующем изложении мы все же будем для простоты применять термин «истинное» значение вместо действительного.

Погрешность, выраженная в соответствии с формулами (1) и (2), имеет размерность измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью. Используется также понятие относительной погрешности — погрешности, выраженной в долях измеряемой величины. Относительные погрешности выражают принятыми в системе СИ относительными величинами: безразмерным числом, в процентах и др.

Понятие погрешности характеризует как бы несовершенство измерения. Позитивной характеристикой качества измерений является точность измерения. Точность и погрешность связаны обратной зависимостью — измерение тем более точно, чем меньше его погрешность. Количественно точность выражается числом, равным обратному значению относительной погрешности.

Стандартизованной является оценка качества измерения с указанием погрешности. При этом предпочтение сдается выражению погрешности измерения в форме относительной погрешности, как наиболее информативной, дающей возможность объективно сопоставлять результаты и оценивать качество измерении, выполненных в разное время или разными экспериментаторами. В самом деле, измерив длину стержня L1 = 1000 мм с погрешностью 10 мм (т.е. с относительной погрешностью 0,01 или 1%) и расстояние между двумя станциями метро L2 = 1 км с такой же абсолютной погрешностью 10 мм, мы делаем заключение, что, хотя абсолютная погрешность измерения в обоих случаях одинакова, первое измерение является достаточно грубым, а второе выполнено с высокой точностью.

Будучи важнейшей характеристикой результата измерения, определяющей степень доверия к нему, погрешность должна быть обязательно оценена. Для разных видов измерений задача оценивания погрешности может решаться по-своему, погрешность результата измерения может оцениваться с разной точностью, на основании разной исходной информации в соответствии с этим различают измерения с «точным» (в смысле, с наивысшей достижимой точностью), приближенным и предварительным оцениванием погрешностей.

При измерениях с «точным» оцениванием погрешности учитываются индивидуальные метрологические свойства и характеристики каждого из примененных средств измерения, анализируется метод измерений, контролируются условия измерений с целью учета их влияния на результат измерения [4].

При измерениях с приближенным оцениванием погрешностей учитывают лишь нормативные, типовые метрологические характеристики средств измерения и оценивают влияние на результат измерения лишь отклонений условий измерения от нормальных.

Измерения с предварительным оцениванием погрешностей выполняются по типовым методикам выполнения измерений, регламентированным нормативно-технической документацией, в которых указываются методы и условия измерений, типы и погрешности используемых средств измерений и, на основе этих данных, заранее оценена и указана в методике возможная погрешность результата.

В инженерной практике обычно имеют дело с двумя последними видами измерений и приемами оценивания погрешностей результата измерения, относящимся к категории — технические измерения.

Глава 2. ИСТОЧНИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Существуют некоторые общие причины возникновения систематических погрешностей, в соответствии с которыми их подразделяют на методические, инструментальные и субъективные.

Методические погрешности определяются несовершенством метода измерения, использованием упрощающих предположений и допущений при выводе расчетных формул, влиянием измерительного прибора на объект измерения. Во многих методах измерения можно обнаружить теоретические погрешности, являющиеся следствием тех или иных допущений или упрощений, применения эмпирических формул и функциональных зависимостей. В некоторых случаях влияние таких допущений оказывается незначительным, т.е. намного меньше, чем допускаемые погрешности измерений; в других оно превышает эти погрешности.

Например, результат измерения температуры с помощью термопары может содержать методическую погрешность, вызванную нарушением температурного режима исследуемого объекта (вследствие внесения термопары).

Инструментальные погрешности зависят от погрешностей применяемых средств измерений. Неточность градуировки, конструктивное несовершенство, изменение характеристик прибора в процессе эксплуатации и другие факторы являются причинами инструментальных погрешностей [1].

Пример: равноплечие весы не могут быть идеально равноплечими. В весах для точного взвешивания всегда обнаруживается некоторая неравноплечесть, полностью устранить которую путем регулировки не удается.

Инструментальная погрешность имеет несколько составляющих:

- Инструментальные погрешности, присущие данной конструкции.

Одним из характерных источников погрешностей рассматриваемого вида, присущих почти всем средствам измерений, которые имеют подвижные части, является некоторая свобода перемещения этих частей помимо движения, соответствующего принципу действия устройства. В зависимости от конструкции узла, в котором возникает такая свобода перемещения, а также от традиций той или иной отрасли приборостроения говорят о наличие «люфта», «зазора», «мертвого», «свободного» или «холостого хода» и т. д.

Еще одной причиной инструментальных погрешностей является трение в сочленениях подвижных деталей приборов.

Пример: в средствах измерений, в которых при измерении приходится вращать или перемещать отдельные детали (например, в микрометрах), большое трение затрудняет правильную установку вращаемой детали и может привести к возникновению чрезмерно большого или чрезмерно малого давления на измеряемый объект.

- Инструментальные погрешности, являющиеся следствием несовершенства или неправильности технологии изготовления средств измерений (технологические).

Пример: погрешности градуировки, возникающие в результате неточности нанесения отметок шкалы соответствующими приспособлениями. Несовершенство конструкции, износ или неисправности этих приспособлений могут привести к тому, что некоторые или все отметки окажутся смещенными в ту или иную сторону.

При этом в процессе измерения результаты всегда будут содержать одну и ту же погрешность.

- Инструментальные погрешности, являющиеся следствием износа, старения или неисправности средств измерений.

Очевидно, что средства измерений изнашиваются непрерывно и постепенно в процессе эксплуатации со скоростью, зависящей от интенсивности эксплуатации.

Пример: износ гирь всегда идет в одном направлении – постепенно уменьшается их масса. Характер износа гирь заставляет изготовлять их с положительным запасом массы. Масса новой гири всегда больше номинальной в пределах, допускаемых для данного класса гирь.

Несколько иначе обстоит дело со старением. Под старением понимают изменение каких-либо свойств материалов с течением времени, а иногда и в зависимости от условий применения или хранения.

Пример: старение манганина. Манганин – это сплав меди, марганца, никеля и некоторых других компонентов, добавляемых иногда в небольших количествах. Обладая сравнительно большим удельным электрическим сопротивлением, манганин в то же время имеет незначительный температурный коэффициент сопротивления. Благодаря этим качествам манганин широко применяется в электроприборостроении. Однако манганин имеет одно отрицательное свойство – с течением времени его сопротивление хотя и медленно, но изменяется. По истечении двух-трех лет процесс этот практически прекращается и сопротивление изделия из манганина стабилизируется.

Как видно из этого примера, процесс старения носит обратный характер по отношению к процессу износа – с течением времени качество и надежность измерительного устройства улучшаются.

Влияния внешних величин

Это могут быть тепловые и воздушные потоки, магнитные и электрические поля, изменения атмосферного давления, слишком высокая влажность воздуха; вибрации, часто не ощущаемые человеком. Помехи могут создаваться рентгеновскими аппаратами, ионизирующими излучениями и т. п.

- Влияние окружающей температуры. Окружающая температура может исказить результаты измерения и особенно при неравномерном воздействии на измерительные устройства или на объект измерения.

Источники направленного тепла (или холода) имеются почти повсюду: это печи, радиаторы центрального отопления или просто трубы с горячей водой, проходящие вблизи от места измерения; это окна – источник потока холодного воздуха зимой и теплого летом; расположенная рядом аппаратура, потребляющая значительную энергию.

- Влияние магнитных и электрических полей. Виды магнитных полей очень разнообразны – от постоянного магнитного поля Земли (нарушаемого магнитными бурями) до переменного магнитного поля, создаваемого близко расположенными электрическими установками и проводами. Влияние магнитного поля на показания измерительного устройства зависит как от принципа действия и конструкции его, так и от напряженности магнитного поля. Особенно часто остаются незамеченными магнитные поля, создаваемые скрытыми проводами, например, расположенными за стеной. Магнитное поле может влиять на показания любого средства измерений, имеющего подвижные части из магнитного материала (сталь, никель). Это влияние может выразиться в намагничивании этих частей и отклонении их от нормального положения под действием постороннего магнитного поля, например, магнитного поля Земли.

Помехи возникают в результате влияния не только магнитных, но и электрических полей. При близком расположении отдельных частей цепи, приборов или проводов, выполняющих различные функции, между ними возникает электрическое поле, или емкостная связь, которая также может исказить результаты измерений. Вредное влияние магнитных и электрических полей на показания средств измерений возрастает с увеличением частоты переменного тока, создающего эти поля.

- Влияние атмосферного давления и влажности воздуха. Атмосферное давление действует на характер протекания многих физических явлений, используемых в измерениях.

Пример: при точных измерениях температуры используются так называемые постоянные точки температурной шкалы. Для воспроизведения постоянных точек используют явления кипения и затвердевания (или плавления) ряда чистых химических элементов (кислорода, серы, серебра, золота) и соединений (воды). Известно, что в начале кипения, плавления или затвердевания вещество принимает определенную температуру, которая сохраняется постоянной до тех пор, пока вещество не перейдет в другую фазу (газообразную, жидкую или твердую). Эта температура находится в большой зависимости от атмосферного давления.

Влажность окружающего воздуха может оказаться причиной появления дополнительных погрешностей, если ее значение выходит за пределы установленных границ. Это влияние в ряде случаев связано с гигроскопичностью материалов, изменяющих свои геометрические размеры, электрическое сопротивление или другие свойства.

Субъективные погрешности определяются неправильным снятием показаний прибора человеком (оператором), что может случиться, например, из-за неправильного направления взгляда при наблюдении за показаниями стрелочного прибора (погрешность от параллакса) [2]. Использование цифровых приборов и автоматических методов измерения позволяет исключить такого рода погрешности. Обнаружение причин и источников систематических погрешностей позволяет устранить их или исключить посредством введения поправки.

Поправкой называется значение величины, одноименной с измеряемой, которое нужно прибавить к полученному при ее измерении значению с целью исключения систематической погрешности.

В некоторых случаях используют поправочный множитель - число, на которое умножают результат измерения для исключения систематической погрешности.

Для практических целей число признаков классификации ограничивают, учитывая вклад в погрешность только средств измерения (измерительных приборов), метода измерения, внешних условий и ряд сопутствующих причин (рис.1).

Рис.1. Классификация погрешностей измерений

Под слагаемыми измерений понимаются меры, измерительные преобразователи, процедуры сравнения, воспроизведения и фиксации результата. Каждое слагаемое вносит свои погрешности.

В зависимости от источника возникновения могут быть:

– погрешности метода. Погрешность метода обуславливается несовершенством метода и приемов использования средств измерений. Например, при определении мощности постоянного тока по показаниям амперметра и вольтметра без учета мощности, потребляемой указанными приборами, возникает методическая погрешность;

– инструментальные погрешности. Инструментальная погрешность (погрешность инструмента) обуславливается погрешностью примененных средств измерений. Например, погрешность из-за неточной градуировки измерительного прибора;

– внешние ошибки. Данные ошибки обусловлены условиями, в которых проводятся измерения;

– субъективные ошибки. Субъективная погрешность обуславливается несовершенством органов чувств оператора. Например, погрешность при измерении частоты методом биений со слуховым контролем.

В зависимости от условий применения средств выделяют:

– основную погрешность средства- погрешность, возникающая в нормальных условиях применения средства измерения (температура, влажность, напряжение питания и др.), которые нормируются и указываются в стандартах или технических условиях.;

– дополнительную погрешность, которая обуславливается отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормального значения. Например, изменение температуры окружающей среды, изменение влажности, колебания напряжения питающей сети. Значение дополнительной погрешности нормируется и указывается в технической документации на средства измерения. Дополнительная погрешность от воздействия влияющей величины – это изменение оцененной статической функции преобразования, которое вызвано отклонением одной из влияющих величин от установленного при нормальных условиях номинального значения или номинального диапазона.

В зависимости от характера поведения измеряемой величины различают:

– статическую погрешность – погрешность при измерении постоянной по времени величины. Например, погрешность измерения неизменного за время измерения напряжения постоянного тока;

– погрешность средства измерения в динамическом режиме - погрешность измерения изменяющейся во времени величины. Например, погрешность измерения коммутируемого напряжения постоянного тока, обусловленная переходными процессами при коммутации, а также ограниченным быстродействием измерительного прибора.

По закономерности проявления различают:

– систематическую погрешность - постоянная или закономерно изменяющаяся погрешность при повторных измерениях одной и той же величины в одинаковых условиях измерения. Например, погрешность, возникающая при измерении сопротивления ампервольтметром, обусловленная разрядом батареи питания.

Источником систематической погрешности может служить неучтенное отклонение длины мерной ленты от номинала, недостаточная выверка нивелира или теодолита, постоянная личная ошибка наблюдателя. Такие погрешности выявляют и вносят в виде поправок в результаты измерений, но полностью исключить систематические погрешности невозможно, их оставшуюся часть обычно относят к случайным элементарным погрешностям.

Систематическая составляющая основной погрешности при одном и том же значении информативного параметра входного сигнала в неизменных условиях применения остается постоянной или изменяется настолько медленно, что ее изменениями за время измерения можно пренебречь, или изменяется по определенному закону, если условия меняются.

Постоянные систематические погрешности сохраняют свое значение в течение всего времени измерений. Прогрессирующие погрешности в процессе измерений возрастают или убывают (вследствие старения деталей средств измерений). Погрешности, значения которых являются периодической функцией времени, называются периодическими. Такие погрешности встречаются в индикаторах часового типа.

– случайную погрешность - погрешность измерения, характер изменения которой при повторных измерениях одной и той же величины в одинаковых условиях случайный. Например, погрешность отсчета при нескольких повторных;

– грубые погрешности (промахи), возникающие как следствие небрежности или низкой квалификации оператора, неожиданных внешних воздействий. Промахи существенно превышают ожидаемую погрешность в данных измерениях.

На практике принимают, что после устранения систематических и грубых погрешностей в результатах измерений присутствуют лишь случайные погрешности, которые и учитывают при оценках качества измерений и точности конечных маркшейдерско-геодезических данных.

По способу выражения различают:

- абсолютную погрешность измерения  - разность между результатом измерения Х и истинным значением Хo измеряемой величины:

 = X-Xo (3)

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины.

- относительную погрешность измерения  - отношение абсолютной погрешности измерения   к истинному значению измеряемой величины Хo:

(4)

Относительная погрешность - безразмерная величина. Поскольку истинное значение измеряемой величины Хo неизвестно, то практически используют действительное значение измеряемой величины Хд, и тогда погрешность определяется как разность между измеренным Х и действительным значением Хд.

Значение относительной погрешности  на практике определяется как отношение абсолютной погрешности к действительному значению:

(5)

- приведенную погрешность измерения   - это отношение абсолютной погрешности   к нормирующему значению Хn:

(6)

Нормирующее значение — Хn- это установленное значение ширины диапазона или определенное значение, к которому относится выражение значения характеристики.

Нормирующее значение Хn принимается равным:

1) Хn = Х100% - конечному значению диапазона измерений - для приборов с односторонней шкалой;

2) Хn = Х100% + Х0% - сумме конечных значений диапазона измерений - для приборов с двухсторонней шкалой;

3) Хn = Х100% - Х0% - разности конечного и начального значений диапазона - для приборов с безнулевой шкалой.

При логарифмическом, гиперболическом и степенном характере шкалы прибора приведенную погрешность выражают в процентах от длины шкалы.

По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины выделяют:

- аддитивную погрешность. Погрешность средства измерения, ограниченная во всём диапазоне постоянным, не зависящим от текущего значения измеряемой величины пределом, называется аддитивной;

- мультипликативная погрешность. Погрешность средства измерения, пропорциональная текущему значению измеряемой или преобразуемой величины и равная нулю при равенстве нулю входной величины, называется мультипликативной;

- нелинейную погрешность, имеющую нелинейную зависимость от измеряемой величины.

Пользователям приборов необходима определенная информация о возможной инструментальной составляющей погрешности измерения. Такая информация дается указанием класса точности СИ.

Класс точности (КТ) - определяется пределами допускаемой основной погрешности.

Основной погрешностью прибора называется погрешность прибора, находящегося в нормальных условиях работы, т. е. при нормальном положении его, температуре 20 ± 5°С, отсутствии внешнего электрического и магнитного полей, кроме земного, и т. п.

Но КТ не является непосредственной характеристикой точности измерений, выполняемых с помощью этих СИ, т.к. точность измерения зависит и от метода измерения, условий взаимодействия.

В частности, чтобы измерить величину с точностью до 1%, недостаточно выбрать СИ с погрешностью 1%. Выбранное СИ должно обладать гораздо меньшей погрешностью, к. нужно учесть, как минимум еще и погрешность метода.

Классы точности присваивают СИ при их разработке на основании исследований и испытаний представительной партии СИ данного типа.

Обозначение классов точности наносится на шкалы, щитки или корпуса приборов.

ГОСТ 8.401-80 устанавливает несколько способов назначения КТ. При этом пределы допускаемых погрешностей (КТ) нормируют и выражают в форме абсолютных, приведенных или относительных погрешностей.

Способ выражения погрешностей зависит от характера изменения погрешности по диапазону измерений, назначения и условий применения СИ. ·

- если П результатов измерения в данной области измерений принято выражать в единицах измерений величины или делениях шкалы, то принимается форма абсолютных П (меры, магазины номинальных ФВ),

- если границы абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерений практически постоянны, то принимается форма приведенной П,

- если эти границы нельзя считать постоянными, то форма относительной погрешности.

1.Выражение КТ через абсолютную погрешность:

где, а - положительное число, не зависящие от измеряемой величины х.

Обозначение КТ на СИ:

*КТ, выраженные через АП, обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами – N, III. При этом чем дальше буква от начала алфавита, тем более точно СИ – СИ класса S более точно, чем СИ класса М. Т.е. это число (буква) – условное обозначение и не определяет значение погрешности.

2.Выражение КТ через приведенную погрешность:

где Xn - нормирующее значение (предел)

Такое выражение КТ получило наиболее широкое применение, особенно для аналоговых СИ.

КТ в этом случае зависит от нормирующего значения Xn, т.е. от шкалы СИ.

Обозначение КТ на СИ^

1)просто числом - 2,5 - если Xn представляется в единицах измеряемой величины.

*КТ 2,5 означает, что = 2,5%

2)знаком V^2,5 , если Xn определяется длиной шкалы (для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой).

*КТ 2,5 означает, что γ = 2,5% длины шкалы.

3.Выражение КТ через относительную погрешность:

где х - показание прибора.

Обозначение КТ на СИ:

обозначение КТ обводят кружком (2,5).

Правила построения и примеры обозначения классов точности в документации и на средствах измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1

Примеры классов точности

1. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИСКЛЮЧЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

При проведении измерений стараются в максимальной степени исключить или учесть влияние систематических погрешностей. Для того чтобы исключить систематические погрешности при измерении, необходимо проанализировать всю совокупность опытных данных.

Поскольку приемы измерения различных величин разнообразны, постольку различны и приемы исключения систематических погрешностей. Дать исчерпывающие правила для отыскания и исключения систематических погрешностей невозможно.

Наиболее распространенные способы исключения систематических погрешностей из результатов измерений следующие.

1. Устранение источников погрешностей до начала измерения.

Этот способ исключения систематических погрешностей является наиболее рациональным, так как он полностью или частично освобождает от необходимости устранять погрешности в процессе измерения или вычислять результат с учетом поправок. Под устранением источника погрешностей следует понимать, как непосредственное его удаление (например, удаление источника тепла), так и защиту измерительной аппаратуры и объекта измерения или влияния этих источников.

Устранение влияния температуры осуществляется применением термостатирования, т.е. обеспечением определенной температуры окружающей среды. Термостатируют большие помещения (цеха, лаборатории), небольшие помещения (комнаты, камеры), средства измерений в целом или их отдельные части (катушки сопротивления, нормальные элементы, свободные концы термопар, кварцевые стабилизаторы частоты и т. п.). В настоящее время термостатирование во многих случаях заменяют кондиционированием воздуха. При кондиционировании обеспечивается поддержание на требуемом уровне не только температуры, но и других параметров окружающего воздуха и в первую очередь влажности.

Устранение влияния магнитных полей достигается устройством замкнутых и непрерывных экранов из магнитомягких материалов. Магнитные силовые линии должны огибать экранируемое пространство.

Устранение вредных вибраций и сотрясений достигается путем амортизации средства измерений и его деталей. Для амортизации используют различного рода поглотители колебаний, например, губчатую резину в сочетании с различного рода эластичными подвесами (струны, пружины).

Устранение других видов вредных влияний. Влияние таких факторов, как изменение атмосферного давления, простыми средствами не устранить. В тех случаях, когда соблюдение определенных требований является обязательным, приходится применять барокамеры с регулируемым давлением. Обычно в этих камерах можно одновременно регулировать влажность и температуру.

2. Исключение систематических погрешностей в процессе измерения.

Исключению таким путем поддаются в основном инструментальные погрешности, погрешности от установки и погрешности от внешних влияний.

Характерным для рассматриваемых ниже способов устранения погрешностей в процессе измерения является необходимость проведения повторных измерений, поэтому они применимы в основном при измерениях стабильных параметров и явлений.

Способ замещения заключается в том, что измеряемый объект заменяют известной мерой, находящейся при этом в тех же условиях, в каких находился он сам.

Пример: объект, электрическое сопротивление, индуктивность или емкость которого требуется измерить, включают в измерительную цепь. В большинстве случаев при этом пользуются нулевыми методами (мостовые, компенсационные и др.), при которых производится электрическое уравновешивание цепи. После уравновешивания вместо измеряемого объекта, не изменяя схемы, включают меру переменного значения: магазин сопротивления, емкости, индуктивности, переменный конденсатор или индуктивность. Изменяя их значение, добиваются восстановления равновесия цепи. В этом случае способ замещения позволяет исключить остаточную неуравновешенность мостовых цепей, влияние на цепь магнитных и электрических полей, взаимные влияния отдельных элементов цепи, а также утечек и других паразитных явлений.

Способ компенсации 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. Погрешность исключается при вычислении среднего значения.

.

Пример: требуется измерить ЭДС потенциометром постоянного тока, имеющим паразитную термоЭДС. При выполнении одного измерения получают ЭДС Е1. Затем меняют полярность измеряемой ЭДС и направление тока в потенциометре. Вновь проводят его уравновешивание– получают значение E2. Если термоЭДС дает погрешность E и Е1=Ед+E, то Е2=Ед-E. Отсюда Ед=(Е1+Е2)/2. Следовательно, систематическая погрешность, обусловленная действием термоЭДС, устранена.

Способ противопоставления заключается в том, что измерения проводят два раза, причем так, чтобы причина, вызывающая погрешность, при первом измерении оказала противоположное действие на результат второго.

Способ введения поправок основан на знании систематической погрешности и закономерности ее изменения. В этом случае в результат измерения, содержащий систематические погрешности, или в показания прибора вносят поправки, равные этим погрешностям, но с обратным знаком.

Специальные статистические способы обнаружения систематических погрешностей будут рассмотрены далее.

Способ симметричных наблюдений целесообразно применять для компенсации прогрессирующих погрешностей.

Их суть состоит в том, что в течение некоторого интервала времени выполняют несколько измерений одной и той же величины (рис.2).

Рис. 2. Иллюстрация способа симметричных наблюдений

За окончательный результат принимают среднее значение двух результатов, симметричных относительно середины интервала:

.

Когда причины возникновения систематических ошибок известны, но их значение и знак установить нельзя, применяют рандомизацию-перевод в случайную погрешность.

В данной работе рассмотрены основные виды погрешностей, их классификация, причины возникновения.

Причинами возникновения погрешностей является совокупность большого числа факторов, которые можно объединить в две основные группы:

- факторы, появляющиеся нерегулярно, которые трудно предвидеть;

- факторы, закономерно изменяющиеся при проведении измерений, которые проявляются постоянно.

Появление случайных погрешностей зависит от большого числа несущественных факторов. Случайные ошибки от каждого из них невозможно выявить, учесть и исключить в отдельности. Но можно рассматривать как результат суммарного воздействия всех факторов на результат измерений и учитывать с помощью методов теории вероятности.

В отличие от случайных систематические погрешности остаются постоянными или закономерно изменяются. При надлежащей постановке эксперимента их обычно удается вычислить и исключить из результатов.

Особенностью измерений является то, что при их повторении на более высоком научно-техническом уровне результат измерения не совпадает абсолютно точно с ранее полученными значениями [4] (например, разработаны новые электронные средства линейно-угловых измерений высокой точности, которые позволяют пересмотреть в сторону уменьшения некоторые допуски на различные виды работ в строительстве).

Это приводит к заключению, что полностью исключить погрешности невозможно, можно лишь снизить их до минимальных размеров, тем самым увеличить точность, а, следовательно, и качество выпускаемых строительных материалов, изготовление конструкций и деталей, а если взять вообще, то и возведение зданий и сооружений полностью.

1. Аристов А.И., Карпов Л.И., Приходько В.М., Раковщик Т.М. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник пособие для студентов высших учебных заведений, М.: Издательский центр «Академия», 2007.

2. Гончаров А.А., Копылов В.Д. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений., Издательский центр «Академия», 2007.

3. Сергеев А.Г., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация и сертификация: - Юрайт – Издат, 2011

4. Сигов А.С., Нефёдов В.И. Метрология, стандартизация и технические измерения: Учебник для студентов высших учебных заведений. - М.: «Высшая школа», 2008.