ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Процедура измерения состоит из следующих основных этапов:

1) принятие модели объектоизмерения,

2) выбор метода измерения,

3) выбор средств измерения,

4) проведение эксперимента с целью получения численного значения измеряемой величины.

Различные недостатки, присущие этим этапам приводят к тому, что результат измерения неизбежно отличается от истинного значения измеряемой величины. Причины возникновения погрешности различны: измерительные преобразования осуществляются с применением различных физических явлений, на основании которых можно установить соответствие между измеряемой величиной объекта исследования и выходного сигнала средства измерения, по которому оценивается результат измерения. Точно установить это соответствие никогда не удается вследствие недостаточной изученности объекта исследования, неадекватности его принимаемой модели, невозможности точного учета влияния внешних факторов, недостаточной разработанности теории физических явлений, использование простых, но приближенных аналитических зависимостей вместо более точных и сложных и т.д. В результате принимается зависимость между измеряемой величиной и выходным сигналом средства измерения, всегда отличается от реального, что приводит к погрешности, которую называют методической погрешностью измерения. Пример: необходимо определить амплитудное значение синусоидального напряжения, вольтметром измерить действительное значение, затем через коэффициент амплитуды = √2, рассчитывают амплитуду. В действительности коэффициент амплитуды = √2 только для идеального синусоидального сигнала. И при искажении формы сигнала коэффициент амплитуды имеет иное значение. Так несовершенство принятого объекта исследования приводит к методической погрешности. Для данного примера методическую погрешность можно уменьшить, рассчитав на основе анализа формы напряжения более точное значение коэффициента амплитуды, либо использовать вольтметр амплитудных значений. В погрешность измерений входит погрешность средств измерений, используемых в эксперименте. Составляющая погрешности, обусловленная погрешностями применяемых средств измерения называют инструментальной погрешностью. Она зависит от схемы и качества выполнения преобразовательных элементов, погрешности показывающего прибора, состояния средства измерения в процессе его эксплуатации и др.

Следует также учитывать, что включение средства измерения в цепь, где производится измерение, может изменить режим цепи за счет взаимодействия средств измерения с цепью. Составляющую возникающей при этом погрешности называют энергетической. Частью энергетическая погрешность в отдельности не рассматривается, и относят к инструментальной, т.к. она тоже обуславливается несовершенством средств измерений. В процессе измерения часто принимают участие экспериментаторы, они могут внести так называемую субъективную погрешность, которая является следствием индивидуальных свойств человека и физиологическими особенностями его организма или укоренившимися неправильными навыками, например, если несколько экспериментаторов померяют ток в цепи одним и тем же аналоговым амперметром, то результат измерений всегда будет разный. В условиях эксперимента у применяемых средств измерения могу возникать погрешности из-за влияния внешних факторов – температуры окружающей среды, внешних магнитных полей и т.п. Следует заметить, что в основу приведенной классификации погрешности положены причины их возникновения. Существуют и другие признаки классификации в зависимости от:

1) характера поведения измеряемой величины в процессе измерения,

2) характер измерения погрешности или закономерности проявления,

3) способа выражения.

В зависимости от режима работы используемого средства измерения (статического или динамического) или характера поведения измеряемой величины различают погрешности измерений в статическом режиме (статические погрешности) и погрешности в динамическом режиме. В статическом режиме измеряемая величина и выходной сигнал средства измерения, по которому оценивают результат измерения, являются неизменными во времени. В динамическом режиме выходной сигнал изменяется во времени. Соответственно статической называют погрешность средств измерения, используемых для измерения постоянной величины, а динамической называют разность между погрешностью средств измерения в динамическом режиме и его статической погрешностью соответствующей значению величины в данный момент времени. В зависимости от характера измерения различают:

1) систематическую погрешность измерения – составляющую погрешность измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при измерении одной и той же величины (погрешность градуировки шкалы, температурная погрешность и др.),

2) случайную погрешность измерения – составляющую погрешность измерения, изменяющуюся случайным образом при повторном измерении одной и той же величины (влияние внешних электромагнитных полей нестабильного напряжения питания и др.)

Систематические погрешности могут быть в значительной степени исключены или уменьшены устранением источников погрешности или введением поправок. Случайные погрешности, как правило, вызываются сложной совокупностью изменяющихся факторов, обычно неизвестных экспериментатору и трудно поддающихся анализу. Иногда причины появления случайной погрешности известны. В этом случае для уменьшения случайных погрешностей уменьшают влияние причин на результат измерения. Например: для уменьшения влияния внешних электромагнитных полей измерительные цепи экранируются. При невозможности устранения этих причин или когда они неизвестны, влияние слияний погрешностей на результат измерения можно уменьшить путем проведения многократных измерений одного и того же значения измеряемой величины с дальнейшей статической обработкой получившихся результатов методами теории вероятности. Кроме перечисленных погрешностей измерений встречаются грубые погрешности, существенно превышающие ожидаемую погрешность.

Результат измерений, содержащий грубую погрешность, называют промахом. Промах можно выяснить путем обработки результатов повторных измерений методом теории вероятности. После выявления промахи должны быть исключены. В зависимости от способа выражения различают абсолютную и относительную погрешности. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность выражается в процентах и является более наглядной характеристикой точности при сравнении различных результатов измерений.