Погрешности измерений. Основные понятия

Федеральное агентство по образованию  РФ

Государственное бюджетное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

Владимирский Государственный  университет

Имени А.Г. и Н.Г. Столетовых

Кафедра управления качеством и техническое регулирование

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине: «Метрология, стандартизация и сертификация»

На тему: « Погрешности измерений. Основные понятия»

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ЗС-108

Пожарицкая В.А.

Принял: доц. Мищенко З.В.

 

 

 

 

Владимир,2012

Содержание

 

 

1. Понятие эталона………………………………………………………………...3-4

2. Погрешность измерений………………………………………………………..5-8

3. Средства измерений и их погрешности………………………………………8-15

 

4. Права и обязанности должностных лиц при осуществлении государственного метрологического надзора………………………………………………………..16-17

 

Список  использованной литературы………………………………………………..18

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятие эталона

 

Для обеспечения  единства всех проводимых измерений  создаются эталоны. Эталон единицы величины - техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины (ФЗ «Об обеспечении единства измерений»).

Если  эталон воспроизводит единицу с  наивысшей точностью, он называется первичным.

Создаются также  и специальные эталоны, которые воспроизводят единицу в особых условиях (высокие и сверхвысокие частоты механических и электромагнитных колебаний, высокие и сверхвысокие значения энергии, давления, температуры, особые состояния вещества и т.п.).

Первичные и  специальные эталоны, утвержденные Ростехрегулированием (ранее Госстандартом России) в качестве исходных, называются государственными эталонами. На каждый их них утверждается национальный (государственный) стандарт. Основные единицы Международной системы единиц (СИ) воспроизводятся с помощью государственных эталонов централизованно. Также централизованно воспроизводятся большинство важнейших производных единиц СИ (ньютон (Н), джоуль (Дж), паскаль (Па), ом (Ом), вольт (В), генри (Г), вебер (Вб) и др.).

Производные единицы, размер которых не может  передаваться прямым сравнением с эталоном (например, единицы площади, объема), передаются посредством косвенных  измерений, выполняемых в органах  метрологической службы с помощью  образцовых средств измерений.

Для выполнения большого объема поверочных работ и  для обеспечения сохранности  государственных эталонов в метрологической  практике широко используются вторичные эталоны, размеры которых передаются от первичных эталонов. По своему назначению вторичные эталоны делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копия предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Обычно эталоны-копии создаются при большом количестве поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа.

Эталон сравнения применяется для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Эталон-свидетель применяется для проверки сохранности государственного эталона и для его замены в случае потери или утраты.

Рабочий эталон предназначен для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам измерений высшей точности (измерительным приборам высокой точности и наиболее точным рабочим мерам).

Государственные эталоны находятся на хранении в  метрологических институтах России, а вторичные используются в них, а также в других крупных органах  Государственной метрологической  службы. По разрешению Ростехрегулирования допускается хранение и использование вторичных эталонов в органах ведомственных метрологических служб.

В Международном  бюро мер и весов хранятся международные эталоны единиц физических величин, по которым периодически производятся сличения национальных эталонов. Например, эталоны килограмма и метра сличаются раз в 25 лет.

Образцовые средства измерений представляют собой утвержденный в установленном порядке комплекс мер, измерительных приборов и измерительных преобразователей, прошедших метрологическую аттестацию и предназначенных для поверки и градуировки по ним других средств измерений. На образцовые средства измерений выдаются свидетельства, в которых указаны метрологические параметры и разряд по общегосударственной поверочной схеме (рисунок 1).

На представленной схеме показана метрологическая  цепочка передачи размеров единиц от первичных эталонов вторичным, от вторичных  – рабочим, от рабочих – разрядным  средствам измерений и от них  – рабочим мерам и измерительным  приборам. Образцовые средства измерений 1-го разряда поверяются непосредственно по рабочим эталонам, а образцовые средства последующих разрядов – по предшествующим. Рабочие меры и измерительные приборы наивысшей точности поверяются по рабочим эталонам, а средства измерений высшей точности – по образцовым мерам и измерительным приборам 1-го разряда.[1]

Все образцовые средства измерений периодически поверяются. Сроки поверок устанавливаются  правилами Ростехрегулирования.

 

Рис. 1 – Вариант передачи информации о размере единицы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Погрешности измерений

 

В практике использования измерений  очень важным показателем становится их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоторому действительному  значению, которая используется для  качественного сравнения измерительных  операций. А в качестве количественной оценки, как правило, используется погрешность  измерений. Причем чем погрешность  меньше, тем считается выше точность.

Процесс оценки погрешности измерений  считается одним из важнейших  мероприятий в вопросе обеспечения  единства измерений. Естественно, что  факторов, оказывающих влияние на точность измерения, существует огромное множество. Следовательно, любая классификация  погрешностей измерения достаточно условна, поскольку нередко в  зависимости от условий измерительного процесса погрешности могут проявляться  в различных группах. При этом согласно принципу зависимости от формы  данные выражения погрешности измерения  могут быть: абсолютными, относительными и приведенными.

Кроме того, по признаку зависимости  от характера проявления, причин возникновения  и возможностей устранения погрешности  измерений могут быть составляющими. При этом различают следующие  составляющие погрешности: систематические  и случайные.

Систематическая составляющая остается постоянной или меняется при следующих  измерениях того же самого параметра.

Случайная составляющая изменяется при  повторных изменениях того же самого параметра случайным образом. Обе  составляющие погрешности измерения (и случайная, и систематическая) проявляются одновременно.

Систематическая погрешность, и в  этом ее особенность, если сравнивать ее со случайной погрешностью, которая  выявляется вне зависимости от своих  источников, рассматривается по составляющим в связи с источниками возникновения.

Составляющие погрешности могут  также делиться на: методическую, инструментальную и субъективную. Субъективные систематические  погрешности связаны с индивидуальными  особенностями оператора. Методическая составляющая погрешности определяется несовершенством метода измерения, приемами использования СИ, некорректностью  расчетных формул и округления результатов. Инструментальная составляющая появляется из-за собственной погрешности СИ, определяемой классом точности, влиянием СИ на итог и разрешающей способности  СИ. Есть также такое понятие, как  «грубые погрешности или промахи», которые могут появляться из-за ошибочных  действий оператора, неисправности  СИ или непредвиденных изменений  ситуации измерений.[3]

 

Случайные и систематические  погрешности измерений

При анализе  и обработке результатов измерений  в метрологии используются понятия  истинного значения физической величины и ее эмпирического проявления –  результаты измерений. Истинными называется значения физических величин, которые идеальным образом отражают свойства изучаемого объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Истинные значения являются объективной реальностью и не зависят от используемых средств их познания. Именно к ним стремится наблюдатель, выражая численно   измеряемые   величины.   Полученные   же   результаты   измерений   являются приближенными оценками истинных значений физических величин, и точность этих оценок зависит от многих факторов, в частности, от метода измерений, от используемых технических средств, от индивидуальных особенностей органов чувств наблюдателя и др.

Разница между результатом измерения  и истинным значением измеряемой величины называется погрешностью измерения. Погрешность измерений является неизвестной величиной, поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно. Поэтому для приближенной оценки погрешности вместо истинных значений используют так называемые действительные значения измеряемых величин.

Действительное значение физической величины находится экспериментально, но оно настолько приближается к истинному значению, что для заданной цели его можно использовать как истинное.

При метрологических работах вместо истинного значения используют действительное значение, за которое принимают обычно показание эталонов. В практической деятельности вместо истинного значения используют его оценку.

По форме числового выражения  погрешности измерений подразделяют на абсолютные и относительные.

Абсолютные погрешности выражают в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность определяется отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Например, вагон массой 50 т измерен с абсолютной погрешностью ± 50 кг, относительная погрешность составляет ± 0,1 %.

По источникам возникновения погрешности  подразделяют на инструментальные (обусловлены  свойствами средств измерений), методические (возникают вследствие неправильного  выбора модели измеряемого свойства объекта, несовершенства принятого  метода измерений, допущений и упрощений  при использовании эмпирических зависимостей и др.) и субъективные (погрешности оператора). Способы  оценивания погрешностей измерений  в НД по метрологии приведены с  учетом такой классификации.

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

• факторы, проявляющиеся нерегулярно, которые трудно предвидеть;
• факторы, закономерно изменяющиеся при проведении измерений, которые проявляются постоянно.

Погрешности, относящиеся к первой группе факторов, называются случайными погрешностями, а ко второй группе - систематическими погрешностями измерений. В процессе измерений оба вида погрешностей проявляются одновременно.

Уровень случайных  погрешностей при проведении определенных измерений примерно одинаков, однако некоторые из них могут выходить за границы, обусловленные ходом  эксперимента. Такие погрешности  называются грубыми. К грубым погрешностям относятся и промахи - погрешности, зависящие от неправильного обращения со средствами измерений, ошибками записи результатов и т.п.

Внешним признаком  результата, содержащего грубую ошибку, является его резкое отличие по величине от результатов основных измерений. При обнаружении грубой ошибки результат измерения, содержащий ее, необходимо отбросить и, если возможно, повторить само измерение. Грубые ошибки желательно выявить и отсеять непосредственно при проведении измерений. Это один из наиболее эффективных подходов по исключению этих ошибок. Однако их можно обнаружить и при проведении начальной математической обработки результатов измерений.

В отличие  от случайных систематические погрешности  измерений остаются постоянными  или закономерно изменяются при  повторных измерениях одной и  той же величины. При надлежащей постановке эксперимента такие погрешности обычно удается вычислить и исключить из результатов измерений.[2]

Точность измерений - качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов, как систематических, так и случайных.

Правильность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Результаты измерений правильны постольку, поскольку они не искажены систематическими погрешностями.

Сходимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях (одним и тем же средством измерений, одним и тем же оператором). Для методик выполнения измерений сходимость измерений является одной из важнейших характеристик.

Воспроизводимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в разных местах, разными методами и средствами измерений). В процедурах испытаний продукции воспроизводимость является одной из важнейших характеристик.