Погрешности и их классификации

Министерство  общего и профессионального образования  РФ

РОСТОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

(ЗАОЧНЫЙ  ФАКУЛЬТЕТ) 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по «Метрологии, стандартизации, сертификации»

на тему: 
 
 
 

«Погрешности и их классификации» 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ростов-на-Дону

2010 г.

Содержание 
 
 
 

стр.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. Введение 

    В практической жизни человек  всюду имеет дело с измерениями.  На каждом

шагу  встречаются измерения таких  величин, как длина, объем, вес, время  и др.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком.

Они дают количественную характеристику окружающего  мира, раскрывая человеку действующие  в природе закономерности. Все  отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций.

  Отраслью  науки, изучающей измерения, является метрология. Слово «метрологи» образовано из двух греческих слов: «метрон» - мера и «логос» - учение. Дословный перевод слова "метрология" - учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними.  

  С конца 19-го века благодаря прогрессу  физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического  цикла сыграл Д.И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в  период 1892 - 1907 гг.

  Исторически первой системой единиц физических величин  была принятая в 1791 г. Национальным собранием  Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм.

  В 1832 г. немецкий математик К. Гаусс  предложил методику построения системы  единиц как совокупности основных и  производных. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты  три произвольные, независимые друг от друга единицы - длины, массы и  времени. Все остальные единицы  можно было определить с помощью  этих трех. Такую систему единиц, связанных определенным образом  с тремя основными, Гаусс назвал абсолютной системой. За основные единицы  он принял миллиметр, миллиграмм и секунду.

  В дальнейшем с развитием науки  и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных  по принципу, предложенному Гауссом, базирующихся на метрической системе  мер, но отличающихся друг от друга  основными единицами. 

  Рассмотрим  главнейшие системы единиц физических величин.

  Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г.

  Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX века к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр - единица длины, килограмм-сила - единица силы и секунда - единица времени.

  Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер.

  Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа  внесистемных единиц, неудобства, связанные  с пересчетом при переходе от одной  системы единиц к другой, требовало  унификации единиц измерений. Рост научно-технических  и экономических связей между  разными странами обусловливал необходимость  такой унификации в международном  масштабе.

Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

  В 1954 г. Х Генеральная конференция  по мерам и весам установила шесть  основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела + моль). Система, основанная на утвержденных в 1954 г. шести  основных единицах, была названа Международной  системой единиц, сокращенно СИ (SI - начальные  буквы французского наименования Systeme International). Был утвержден перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных  единиц, а также приставки для  образования кратных и дольных  единиц. 

  Для характеристики качества измерений  применяют такие термины, как  точность, правильность, сходимость и  воспроизводимость измерений.

  а) 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.

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

  в) 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.

  г) 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.

  В Законе РФ "Об обеспечении единства измерений" установлено, что положения  этого Закона направлены на защиту интересов граждан, правопорядка и экономики страны от последствий недостоверных результатов измерений. Для реализации положения Закона любая измерительная информация (приводимая в нормативных и технических документах, справочных пособиях и научно-технической литературе и др.), предназначенная для практического использования, должна сопровождаться указанием характеристик погрешности измерений. В зависимости от назначения результатов измерений, сложности и ответственности решаемых задач, номенклатура выбираемых характеристик погрешностей измерений может быть различной. Однако во всех случаях она должна обеспечивать возможность сопоставления и совместного использования результатов измерений, достоверную оценку качества и эффективности решаемых измерительных задач.

  Указанным требованиям удовлетворяют комплексы  характеристик погрешности измерений, применение которых рекомендовано  МИ 1317-86 "ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров". 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Погрешности. Основные определения и классификация 

  Погрешность измерения — оценка отклонения величины измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения. Погрешность результата измерения — это число, указывающее возможные границы неопределенности полученного значения измеряемой величины. Поскольку выяснить с абсолютной  точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. (Это отклонение принято называть ошибкой измерения). В 2004 году на международном уровне был принят новый документ, диктующий условия проведения измерений и установивший новые правила сличения государственных эталонов. Понятие «погрешность» стало устаревать, вместо него было введено понятие «неопределенность измерений», однако ГОСТ 50.2.038-2004 допускает использовать термин погрешность для документов, использующихся в России.

  Любой процесс сопоставления меры с  измеряемым объектом никогда не может быть идеальным в том смысле, что процедура, повторенная несколько раз, обязательно даст различные результаты. Поэтому, с одной стороны, невозможно в процессе измерения сразу получить истинное значение измеряемой величины, и, с другой стороны, результаты любых двух повторных измерений будут отличаться друг от друга. Например, при измерении длины размер предмета может измениться под действием температуры - хорошо известное свойство тел расширяться или уменьшаться при изменении температуры. В других видах измерения встречается та же самая ситуация, т. е. под влиянием температуры может измениться давление в замкнутом объеме газа, может измениться сопротивление проводника, коэффициент отражения поверхности и т. д.

  На  погрешности также влияет несовершенство средств измерений, несовершенство методики измерений или недостаточная квалификация и тщательность работы оператора. Этот тезис достаточно очевиден, тем не менее, оценивая погрешности измерений, нередко забывают о том, что эти факторы нужно учитывать в комплексе. Измерительная практика показывает, что грубым прибором можно получить достаточно близкие к истинным значениям результаты за счет совершенствования методики или искусства оператора. И наоборот, самый точный прибор даст ошибочные результаты, если в процессе измерения не соблюдаются предпосылки реализации метода. В качестве примера можно привести взвешивание на безмене -двухплечевом рычаге с грузом на одном конце и с измеряемой массой на другом конце. Это средство измерения само по себе весьма примитивно, но если его тщательно отградуировать и выполнить многоразовые измерения желаемой величины, то результат может оказаться достаточно точным. Примером противоположного плана является измерения состава какого-либо вещества. Если мы захотим измерить содержание хлора в воде или двуокиси серы в дымовом газе и не будем следовать установленной опытом методике, то самый точный анализатор даст неверный результат, т. к. состав пробы за время транспортировки может сильно измениться.

  На  процесс измерения и получение  результата измерения оказывает  воздействие множество факторов: характер измеряемой величины, качество применяемых средств измерений, метод измерений, условия измерения (температура, влажность, давление и т.п.), индивидуальные особенности оператора (специалиста, выполняющего измерения) и др. Под влиянием этих факторов результат измерений будет отличаться от истинного значения измеряемой величины. Погрешности измерений оказывают влияние на результаты контроля и испытания образцов продукции. При контроле продукции, параметры качества которой находятся близко к границе допускаемых значений, из-за погрешности измерений часть годных изделий может быть забракована (вероятности ошибок контроля первого рода - Р1) и часть бракованных изделий может быть принята как годные (ошибки контроля второго рода - Р2). Вероятности ошибок первого и второго рода являются критериями достоверности контроля. Характеристики погрешности измерений должны выбираться при контроле образцов продукции в соответствии с требованиями достоверности контроля.

  В зависимости от  возникновения  и различных факторов, связанных  с этим погрешности делятся на две основные группы: