Основы метрологии

Погрешность измерений, как правило, представляют в виде абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины

     ∆Х=Х_изм- Х_ист(_{действ)} ) 

или в виде относительной погрешности — отношения абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины или принятому опорному значению (ГОСТ Р ИСО 5725)

или в процентах

δ    

Для указания и нормирования погрешности средств измерений используется еще одна разновидность погрешности — приведенная. Приведенная погрешность средства измерений — это относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона:

γ *100%

По закономерностям проявления погрешности измерений делятся на систематические и случайные.

Систематическая погрешность — одна из составляющих погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же измеряемой величины, Эти погрешности могут быть выявлены, изучены и результат измерения может быть уточнен путем введения поправок, если числовые значения этих погрешностей определены, или путем исключения влияния этой систематической погрешности без ее определения. Чем меньше систематическая погрешность, тем ближе результат измерения к истинному значению измеряемой величины, тем выше качество и правильность измерений. Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, отличается от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений этого же типа.

В зависимости  от характера изменения систематические погрешности подразделяют на постоянные и переменные.

Наиболее  часто встречаются постоянные погрешности, которые сохраняют свое значение в течение всего периода выполнения измерений.

Переменные  погрешности — это погрешности, изменяющие свое значение в процессе измерения. Они могут быть непрерывно возрастающими или убывающими. Эти погрешности определяются процессами износа или старения узлов и деталей средств измерения. К ним могут относиться погрешности от износа контактирующих деталей средств измерения, старения отдельных элементов (конденсаторов, резисторов и т.д.) средств измерения. В настоящее время существует много способов определения систематической погрешности средств измерений.

Один из них  — это сравнение результатов  измерения одной и той же величины, полученных с помощью изучаемого и эталонного средства измерения.

 Случайными называются погрешности, изменяющиеся случайным образом (по знаку и значению) при одинаковых повторных измерениях одной и той же величины. Эта погрешность возникает в результате влияния на процесс измерения многочисленных случайных факторов, учесть которые достаточно сложно. Случайные погрешности поэтому не могут быть исключены из результата измерения в отличие от систематических..

  К случайным  погрешностям, как правило, относится и промах (грубая погрешность измерений), характеризующийся тем, что погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Причинами этого вида погрешностей являются ошибки оператора, неисправность измерительных приборов резкое изменение условий наблюдения, ошибки в записях и вычислениях и др.

По условиям проведения измерений погрешности средств измерений разделяются на основные и дополнительные.

Основной называется погрешность средства измерений, применяемого в установленных условиях, которые называются нормальными. Эти условия устанавливаются в нормативно-технических документах на данный вид или тип средств измерений (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение питающей электрической сети и др.) и при них нормируется его погрешность. Значения погрешностей средств измерений, эксплуатируемых в условиях, отличающихся от нормальных, будут различными и плохо контролируемыми. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального его значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений, называется дополнительной погрешностью.

    Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством средств измерений и его конструктивными особенностями. Иногда эту погрешность называют приборной или аппаратурной.

Методическая погрешность обусловлена несовершенством  и недостатками применяемого в средстве измерений метода измерений и упрощений при разработке конструкции средства измерений, а также возможными недостатками методик измерений.

Субъективная (личная) погрешность измерения обусловлена погрешностью отсчета оператором показаний по шкале средства измерений вследствие индивидуальных особенностей оператора (внимание, зрение, подготовка и др.). Эти погрешности практически отсутствуют при использовании автоматических или автоматизированных средств измерений.

По характеру  измерения величины погрешности  средства измерений разделяются на статические и динамические.

Лекция № 11-12

Обработка результатов прямых многократных измерений

               Прямые многократные измерения  делятся на равно- и неравноточные. Равноточные измерения — это ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью. Перед проведением обработки результатов измерений необходимо убедиться в том, что все измерения этого ряда являются равноточными. В большинстве случаев при обработке прямых равноточных измерений исходят из предположения закона нормального распределения результатов и погрешностей измерений.

Неравноточные измерения - это измерения какой-либо величины, выполненные различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях. Обработку таких измерений проводят с учетом оценки доверия к тому или иному отдельному результату измерения, входящему в ряд неравноточных измерений.

Классы  точности средств измерений

     В повседневной практике при  эксплуатации средств измерений  принято нормирование метрологических характеристик на основе классов точности средств измерений. Под классом точности понимается обобщенная характеристика данного типа средств измерений, определяемая пределами допускаемых значений основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность выполненных с их использованием измерений.

Класс точности характеризует, в каких пределах находится погрешность данного типа средств измерений, включая систематическую и случайную погрешности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств, поскольку точность измерения может зависеть и от других факторов, например, метода измерения, условий измерения и т.д. Классы точности устанавливаются стандартами, содержащими технические требования к средствам измерений, подразделяемым по точности. Общие положения по определению классов точности средств измерений изложены в ГОСТ 8.401-80 «Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования».

         Пределы допускаемой основной  абсолютной погрешности устанавливают по формулам:

• если границы абсолютной погрешности средств измерений практически неизменны в пределах диапазона измерений:

А = ± а; 

• если границы абсолютной погрешности изменяются практически линейно:

А = ±(а + b х), 

где A — пределы допускаемой основной абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы; х — значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале прибора;

a, b — положительные числа, не зависящие от x.  В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливают по более сложным формулам.

Пределы всех основных и дополнительных допускаемых погрешностей выражаются не более чем двумя значащими цифрами, при этом погрешность округления при вычислении пределов не должна превышать 5%.

Утверждение типа средств измерений

Утверждение типа средств измерений является формой государственного регулирования и проводится в целях обеспечения единства измерений, постановки на производство и выпуска в обращение средств измерений, соответствующих требованиям, установленным в нормативных документах. Тип средств измерений, применяемых в сфере государственного обеспечения единства измерений, подлежит обязательному утверждению.

Утверждения типа средств измерений включают:

• испытания средс<span class="dash041e_0431_