|
|
Метрологические характеристики средств измеренийВсе средства измерений независимо от их исполнения имеют ряд свойств, необходимых для выполнения ими функционального назначения, это так называемые метрологические свойства. Метрологические свойства средства измерения – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками. Все метрологические свойства средства измерений можно разделить на две группы: - свойства, определяющие область применения средства измерения; - свойства, определяющие качество результатов измерения. К основными метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся: - диапазон измерений; - порог чувствительности. Диапазон измерений физической величины (specified measuring range) – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые погрешности средства измерения. Значение величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева или справа), называют нижним или верхним пределом измерений, соответственно. Порог чувствительности средства измерения (discrimination threshold) – характеристика средства измерения в виде наименьшего значения изменения измеряемой физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством. Например, порог чувствительности весов 10 мг означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг. К метрологическим свойствам, характеризующим качество измерений, относятся точность, правильность, достоверность, сходимость и воспроизводимость результатов измерений. Наиболее широко в метрологической практике используется точность измерений. Точность средства измерения – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю. Понятие погрешности рассмотрено в гл. 3. Другие критерии качества измерений: достоверность, правильность, сходимость и воспроизводимость рассмотрены в разд. 3.6.
Глава 3 ПОГРЕШНОСТИ
Классификация погрешностей Любые измерения направлены на получение результата, то есть оценки истинного значения физической величины в принятых единицах измерения. Вследствие несовершенства средств и методов измерений, воздействия внешних факторов и многих других причин результат каждого измерения неизбежно отягощен погрешностью. Качество измерения тем выше, чем ближе результат измерения к истинному значению. Количественной характеристикой качества измерений является погрешность измерения. Погрешность средства измерения (error of a measuring istrument) – это разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. Для рабочего средства измерения за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего порядка. Погрешность результата каждого конкретного измерения складывается из многих составляющих, обязанных своим происхождением различным факторам и источникам. Традиционный аналитический подход к оцениванию погрешностей результата состоит в выделении этих составляющих, изучении их по отдельности и последующем суммировании. Погрешности средства измерения могут быть классифицированы по ряду признаков: по способу выражения; по характеру проявления; по отношению к условиям применения. В целях единообразия подхода к анализу и оцениванию погрешностей в метрологии принята следующая классификация погрешностей (рис. 11). По характеру проявления во времени: ¨ систематическая погрешность измерения (systematic error) – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся приповторных измерениях одной и той же физической величины. Источником систематической погрешности может послужить, например, неточное нанесение отметок на шкалу стрелочного прибора, деформация стрелки;
¨ случайная погрешность измерения (random error) – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку, значению) при повторных измерениях одной и той же физической величины, проведенных с одинаковой тщательностью. Случайная составляющая погрешности возможна в результате трения в опорах подвижной части прибора, колебаний температуры окружающего воздуха, влияния магнитных и электрических помех и т.п.; ¨ промах – погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. По форме выражения: ¨ абсолютная погрешность измерения (absolute error of a measurement) – погрешность измерения, выраженная в единицах измерения. Абсолютная погрешность определяется по формуле Δ = Χп - Χо, где Δ – погрешность средства измерений; Χо - действительное значение измеряемой величины; Χп - значение измеряемой физической величины, найденное с помощью средства измерений. ¨ относительная погрешность ( relative error) – погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины. Относительная погрешность определяется по формуле δ = 100 Δ/ Χо, где δ – относительная погрешность, выраженная в процентах. Точность может быть выражена обратной величиной относительной погрешности – 1/δ. Погрешность результата каждого конкретного измерения складывается из составляющих, обязанных своим происхождением различным факторам и источникам. Традиционный аналитический подход к оцениванию погрешностей результата состоит из выделения этих составляющих; ¨ приведенная погрешность средства измерения (fiducial error of a measuring istrument) – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерения к условно принятому значению величины. Часто за такое условно принятое значение принимают верхний предел измерений. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах; По источнику возникновения. Обязательными компонентами любого измерения являются средство измерения, в котором реализован метод измерения, человек, проводящий измерения. Несовершенство каждого из этих компонентов приводит к появлению своей составляющей погрешности результата. Различают погрешности: - инструментальная погрешность (instrumental error) – составляющая погрешности, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений. Каждому из приборов, использованных при измерении, присущи определенные погрешности, причем в общей погрешности прибора может присутствовать и систематическая и случайная составляющая, которые окажут свое влияние на результат измерения. - погрешность метода измерений (error of method) – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством реализованного метода измерения. Вследствие упрощений, принятых в уравнениях для измерений, нередко возникают существенные погрешности, для компенсации которых следует вводить поправки. Иногда погрешность метода измерения может проявляться как случайная; - субъективная погрешность измерения – составляющая систематической погрешности, обусловленная индивидуальными особенностями оператора. Встречаются операторы, которые систематически опаздывают (или операжают) снимать отсчеты показаний средств измерений. В результате отсутствия правильных навыков работы с приборами экспериментатор может внести в результат измерения личную составляющую погрешности из-за неточности отсчета доли деления по шкале, невнимательности и др. По условиям возникновенияпогрешностей выделяются: - основная погрешность средства измерения (intrinsic error of a measuring instrument) – погрешность средства измерения, применяемого при нормальных условиях. Каждое средство измерения предназначено для работы в определенных условиях, указываемых в нормативно-технической документации. При этом отдельно указывают нормальные условия применения средств измерений, то есть те, при которых величины, влияющие на погрешность данного средства измерения, находятся в области нормальных значений; - дополнительная погрешность средства измерения (complementary error) – составляющая погрешности средства измерения, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения. Для оценивания дополнительных погрешностей в документации на средство измерений обычно указывают нормы изменения показаний при выходе условий измерения за пределы нормальных. По характеру изменения измеряемой величины различают статическую и динамическую погрешности средства измерения. - статическая погрешность – погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения: - динамическая погрешность – погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения. Динамическая составляющая погрешности возникает при работе средства измерения в динамическом режиме и определяется двумя факторами: инерционными свойствами средства измерения и характером изменения измеряемой величины.
|
|
