Похибки вимірювань, електронна бібліотека

Дізнатися істинне значення вимірюваної величини можна, так як результати вимірювань не вільні від похибок. Тому вимірювання однієї і тієї ж постійної величини при збереженні одних і тих же зовнішніх умов часто дають неоднакові результати, що відрізняються на невелике значення. Якість засобів і результатів вимірювань прийнято характеризувати, вказуючи їх похибки. Введення поняття «похибка» вимагає визначення і чіткого розмежування трьох понять: істинного і дійсного значень вимірюваної фізичної величини і результату вимірювань. Поняття «похибка» - одне з центральних у метрології, де використовуються поняття «похибка результату вимірювання» і «похибка засобу вимірювання».

Похибка результату вимірювання - це відхилення результату вимірювання від істинного (дійсного) значення вимірюваної величини.

Похибка засоби вимірювань - це різниця між показанням засоби вимірювань і істинним (дійсним) значенням вимірюваної фізичної величини.

Істинне значення фізичної величини - це значення фізичної величини, яке ідеальним чином характеризує в якісному і кількісному відношенні відповідну фізичну величину.

Істинне значення фізичної величини може бути пов'язане з поняттям абсолютної істини. Воно може бути отримано тільки в результаті нескінченного процесу вимірювань з нескінченним вдосконаленням методів і засобів вимірювань. Воно не залежить від засобів нашого пізнання і є тією абсолютною істиною, до якої ми прагнемо, намагаючись висловити її у вигляді числових значень. Істинне значення величини невідомо, його застосовують тільки в теоретичних дослідженнях.

На практиці це абстрактне поняття доводиться замінювати поняттям «дійсне значення».

Справжнє значення фізичної величини - це значення фізичної величини, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що в поставленої вимірювальної задачі може бути використано замість нього.

Результат вимірювання фізичної величини - це значення величини, отримане шляхом її вимірювання.

Таким чином, похибка вимірювання визначають за формулою

де Cізм- виміряне значення величини; ЦД - дійсне значення величини.

Похибки результатів вимірювань (або просто похибки вимірювань) і похибки засобів вимірювань багато в чому близькі один до одного і за характером прояву класифікуються на систематичні, випадкові і промахи (грубі).

Систематична похибка - це складова похибки результату вимірювання, залишається постійною або закономірно змінюється при повторних вимірах однієї і тієї фізичної величини.

Залежно від характеру виміру систематичні похибки поділяють на постійні, прогресивні, періодичні та похибки, що змінюються по складному закону.

Постійні похибки - це похибки, які тривалий час зберігають своє значення, наприклад, протягом часу виконання всього ряду вимірювань.

Вони зустрічаються найбільш часто. Ці похибки або збільшують результат кожного вимірювання, або зменшують його на одну і ту ж величину. Наприклад, якщо вимірювальну головку встановити на нуль по кінцевий мере, дійсний розмір до

торою менше номінального на 1 мкм, то при всіх вимірах буде похибка 1 мкм зі знаком мінус.

Прогресивні похибки - це безперервно зростаючі або спадаючі похибки. До них відносяться, наприклад, похибки внаслідок зносу вимірювальних наконечників, що контактують з деталлю при контролі її приладом активного контролю.

Періодичні похибки - це похибки, значення яких є періодичною функцією часу або переміщення покажчика вимірювального приладу.

Похибки, що змінюються по складному закону. виникають внаслідок спільної дії декількох систематичних похибок.

Вплив систематичних похибок можна усунути, якщо ліквідувати причини їх появи або внести в результат вимірювань поправку, рівну величині похибки, але з протилежним знаком, як, наприклад, це робиться, коли відомо, що годинник йдуть вперед на 3 хвилини.

Випадкової похибкою називається складова похибки результату вимірювання, змінюється випадковим чином (по знаку і значенням) при повторних вимірах, проведених з однаковою ретельністю, однією і тією ж фізичної величини.

Випадкові похибки викликаються численними випадковими причинами: впливом неоднаковості вимірювального зусилля, впливом зазору між деталями вимірювального приладу, похибкою при відліку показань приладу, неточністю установки вимірюваного виробу щодо вимірювального пристрою і іншими.

На відміну від систематичних випадкові похибки не можна виключити з результатів вимірювань шляхом введення поправки, проте, їх можна істотно зменшити, збільшивши число спостережень.

Таким чином, випадкові похибки неминучі, не підлягають ремонту і завжди присутні в результаті вимірювання. Опис випадкових похибок можливо тільки на основі теорії випадкових процесів і математичної статистики.

Промах - це похибка результату окремого вимірювання, що входить в ряд вимірювань, яка для даних умов різко відрізняється від інших результатів цього ряду. Промахи, як правило, виникають через помилки або неправильних дій оператора (його психофізіологічного стану, невірного відліку, помилок в записах або обчисленнях, неправильного включення приладів або збоїв в їх роботі і ін.). Можливою причиною виникнення промахів також можуть бути різкі короткочасні зміни умов проведення вимірювань. Якщо промахи виявляються в процесі вимірювань, то результати, що їх містять, відкидають.

Іноді замість терміна «промах» застосовують термін «груба похибка вимірювань».