ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Любые теплотехнические измерения относительны, поскольку всегда существует положительная и отрицательная разность между наблюдаемым или численным значением измеряемой величины и ее истинным значением, называемая погрешностью. Таким образом, погрешность — это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешности измерения в зависимости от их происхождения разделяются на три группы: систематические, случайные и субъективные (промахи).

Систематические погрешности имеют постоянный характер и по причинам возникновения делятся: на инструментальные; погрешности от неправильной установки средств измерений; погрешности, возникающие вследствие внешних влияний; методические (теоретические) погрешности.

Инструментальные погрешности могут вызываться конструктивными и технологическими погрешностями, а также износом и старением средств измерений.

Конструктивные погрешности вызываются несовершенством конструкции или неправильной технологией изготовления средств измерений. Плохая балансировка измерительного механизма, неточности при нанесении отметок шкалы, некачественная сборка прибора вызывают технологическую погрешность. Конструктивная погрешность у приборов одного типа постоянна, технологическая же погрешность меняется от экземпляра к экземпляру. Длительная или неправильная эксплуатация прибора, а также длительное хранение приводят к погрешностям, которые называют погрешностями износа и старения.

Погрешности от неправильной установки могут вызываться наклоном прибора, т. е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на ферромагнитный щит прибора, градуированного без щита; близким расположением приборов друг к другу.

Погрешности, возникающие вследствие внешних влиянии, вызываются вибрацией, электромагнитными полями, конвекцией воздуха и др.

Наиболее сильное воздействие на показания приборов оказывает изменение температуры окружающей среды. Даже незначительные перепады температуры между отдельными элементами прибора приводят к заметным погрешностям вследствие, например, возникновения паразитных термоЭДС. Поэтому не рекомендуется устанавливать приборы вблизи источников тепла.

Методические погрешности возникают в результате несовершенства метода измерений и теоретических допущений (использование приближенной зависимости вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, погрешности, обусловленные пренебрежением внутренним сопротивлением прибора, т. е. пренебрежением собственным потреблением электроэнергии.

Для исключения погрешности до начала измерений следует определить причину, вызывающую погрешность, и устранить ее. Например, если погрешность вызывается влиянием внешнего электромагнитного поля, то нужно либо экранировать прибор, либо удалить источник помехи. Для исключения температурной погрешности средство измерения термостатируют, вибрацию устраняют путем установки амортизаторов. В процессе измерения погрешность устраняется применением специальных методов измерения.

Случайные погрешности вызываются независящими друг от друга случайными факторами и изменяются случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Проявляются случайные погрешности в том, что при измерениях одной и той же неизменной величины одним и тем же средством измерения и с той же тщательностью получают различные показания. Следует отметить, что если при повторных измерениях одной и той же величины и тем же средством измерения получают совершенно одинаковые результаты, то это обычно указывает не на отсутствие случайной составляющей погрешности, а на недостаточную чувствительность средства измерения. Полностью совпадающие, как и сильно разнящиеся результаты наблюдений при измерениях одинаково свидетельствуют о их неточности. Случайные погрешности могут возникнуть, например, из-за трения в опорах, люфтов в сочленениях кинематической схемы измерительного прибора, неправильного режима работы электронных устройств и по многим другим, труднообъяснимым причинам. Знак случайных погрешностей ±.

Субъективные погрешности (промахи) — это погрешности, вызванные ошибками лица, производящего измерение (например, неправильный отсчет по шкале прибора, неверное подключение проводов к датчику и др.).

Погрешности измерений устанавливаются при поверке — определении метрологическим органом погрешностей средств измерений и установления пригодности их к применению (применять сочетание слов поверка показаний не рекомендуется, следует говорить поверка средств измерений). Слово проверка применяется для установления комплектности или оценки состояния взаимодействия элементов. Зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной характеристикой, определение которой называется градуировкой средств измерения (термин тарировка устарел и применять его не рекомендуется).

Различают абсолютные и относительные погрешности измерения. Абсолютная погрешность А — это разность между измеренным X и истинным ХИ значениями измерений, которая выражается в единицах измеряемой величины:

А = Х-ХИ. (1.2)

Поскольку истинное значение измеряемой величины определить невозможно, на практике используют действительное значение измеряемой величины Хл, которое находят экспериментально по показаниям образцовых средств измерений. Таким образом, абсолютную погрешность находят по формуле

А ~ X — Л'д. (1.3)

Относительная погрешность 8 — это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

5 = ±(Д /Аи) 100 * ±(Д /Ад) 100. (1.4)

Абсолютная погрешность измерительного прибора Дп — это разность между показанием ХП прибора и истинным значением измеряемой величины. Поскольку, как указывалось выше, истинное значение величины остается неизвестным, на практике вместо него пользуются действительным значением величины Ад, отсчитанным по образцовому прибору. Таким образом,

ДП = АПд. 0-5)

Относительная погрешность измерительного прибора 5П — это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой величины. Относительную погрешность выражают в процентах:

5П= ±(ДПд)100. (1.6)

Приведенная погрешность измерительного прибора уп — это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению Ад, (выражается в процентах):

уп= ±(ДП/А„)100. (1.7)

Нормирующее значение Ад, — условно принятое значение, которое может быть равным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др. Как правило, за нормирующее значение принимаются: конечное значение диапазона измерений (для приборов, имеющих нулевую отметку на краю шкалы); арифметическая сумма конечных значений диапазона измерений (для приборов, имеющих двустороннюю шкалу, т. е. нулевую отметку в середине шкалы), например, для термометра со шкалой от —50 до +50 °С величина Добудет определяться суммой 50 + 50 = 100; разность конечного и начального значений диапазона измерений для приборов со шкалами без нуля (так называемые шкалы с «подавленным нулем»), например, для прибора со шкалой 30—160 °С величина будет определяться разностью 160 — 30 = 130.

Абсолютная и относительная погрешности в соответствии с выражениями (1.5)—(1.7) связаны с приведенной следующими соотношениями:

Д= уп Ад, /100;

(1.8)

5= 5П Ад, /100.

(1.9)

15

На показания приборов оказывают значительное влияние внешние факторы, называемые влияющими величинами. Область значений влияющей величины, устанавливаемая в стандартах или технических условиях на средства измерения данного вида в качестве нормальной для этих средств измерений, называется нормальной областью значении. При нормальном значении влияющей величины погрешность средств измерений минимальна. Условия применения средств измерений, при которых влияющие величины (температура и влажность окружающей среды, характер вибрации, напряжение питания, величина внешнего магнитного и электрического поля и т. д.) находятся в пределах нормальной области значений, называются нормальными условиями применения средств измерений. Нормальные условия указываются в технических условиях заводов — изготовителей приборов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >