Тема 4. выполнение измерений

Все измерения, которые выполняются на практике, обладают общей особенностью - они никогда не дадут истинное значение измеряемой величины, а только некоторое значение, которое приближается к истинному. Поэтому при выполнении измерений очень важно, как оценить будущую (ожидаемую) погрешность измерений, так и уметь обрабатывать полученные при измерении данные для определения полученной погрешности. В зависимости от ожидаемой погрешности и необходимой точности измерений делается выбор измерительных приборов. Основной характеристикой прибора, который влияет на его выбор для измерений с необходимой точностью, является класс точности средства измерения. Для снижения погрешности, которая возникает в процессе измерений, используют специальные методики выполнения измерений и способы обработки измерительных данных. Только после этой обработки получают результат измерения, в котором всегда указывается погрешность, с которой получены значения измеряемой величины.

Погрешность измерения

Понятие погрешности

Погрешность измерения – это отклонения результата измерения от истинного значения величины, которая измеряется. Однако, поскольку истинное значение величины, которая измеряется остается неизвестным, а известно только действительное значение, на практике можно найти лишь близкую оценку погрешности. Погрешность измерения представляет собой сумму целого ряда составных, каждый из которых имеет свою причину. В зависимости отформы выражения различают абсолютную и относительную погрешности измерений.

Абсолютной называют погрешность измерений (D_х), выраженную в единицах измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается формулой

D_х = А – Х_ист @ А - Х_д

гдеА - результат измерения;

Х_ист - истинное значение измеряемой величины;

Х_д - действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность (d_х) - отношения абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины. Относительная погрешность в процентах выражается формулой

Причины и характеристика погрешностей

Погрешность результата измерения всегда состоит из набора (суммы или произведения) погрешностей, которые называются частными погрешностями. Основными причинами возникновения частных погрешностей являются:

1. Методическая погрешность - возникает из-за несовершенства методов измерения и несоответствия принятой модели объекту, который исследуется.

2. Инструментальная погрешность зависит от свойств средства измерения и обусловлена их конструктивными или техническими несовершенствами.

3. Субъективная погрешность возникает из-за несовершенства органов чувств наблюдателя, при его недостаточной квалификации и невнимательности при снятии показаний прибора.

В зависимости отизменения во времени измеряемой величины погрешности измерений могут иметь статическую и динамическую составляющую.Статической называется погрешность, которая возникает при статических измерениях, т.е. когда величина не изменяется в период ее измерения. Динамическая составляющая погрешности возникает при измерении величин, которые меняются во времени, и его значения зависит от скорости этого изменения. Динамическая погрешность измеряется как различие между показанием прибора в статическом и динамическом режимах.

Виды погрешностей

В зависимости от закономерности проявления различают случайные (D_случ), грубые, систематические погрешности (D_систем) и неисключаемые систематические погрешности (НСП) - Q. Общая погрешность измерений D выражается формулой:

D = D_систем + D _случ + Q

Случайная погрешность – это погрешность, которая изменяется случайным образом при повторных измерениях и зависит от несовершенства методов и техники измерений. Если при повторных наблюдениях получают практически одинаковые результаты, это свидетельствует только о недостаточной чувствительности измерительных приборов. Результаты, которые полностью совпадают, и результаты, которые слишком отличаются друг от друга, указывают на неточность измерений. Поэтому необходимым условием измерения является получение результатов, которые немного отличаются друг от друга.

Систематическая погрешность - это погрешность, которая остается постоянной или закономерно изменяется в процессе выполнения измерений. Данную погрешность можно обнаружить только при поверке средства иземрения путем сравнения с более точным.

Грубая погрешность - это погрешность, которая появляется в процессе эксперимента и существенным образом превышает ожидаемые погрешности при данных условиях эксперимента, свойствах примененных средств измерения и метода, который используется. Причиной появления таких погрешностей могут быть неверные действия экспериментатора.

Неисключаемые систематические погрешности (НСП) остаются после исключения из результатов наблюдения систематических погрешностей. Они могут возникать вследствие следующих факторов:

а) наличие отклонений в систематических погрешностях от постоянного значения. Эти отклонения могут носить случайный характер и потому такие НСП учитываются в результате измерений наряда со случайными погрешностями.

б) наличие в результате измерения неизвестных систематических погрешностей средства измерений, метода, модели и т.п. Такие погрешности тяжело обнаружить, поэтому они учитываются при разработке методик выполнения измерений и не оцениваются в практических измерениях.