Критерии качества измерений и виды погрешностей

Качество измерений характеризуется точностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей.

Точность – это качество измерений, отражающие близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям, как систематическим, так и случайным. Точность количественно оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности. Например, если погрешность измерений равна 10 -6, то точность будет равна 106.

Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с необходимой достоверностью.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.

Сходимость – это качество измерений, отражающие близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей.

Воспроизводимость – это такое качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, различными методами и средствами).

Погрешность измерений – это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет

свою причину.

Можно выделить следующие группы причин возникновения погрешностей, связанных:

– с операцией настройки средств измерений или смещением уровня настройки средств измерений во время эксплуатации;

– с установкой объекта измерения на измерительную позицию;

– с процессом получения, преобразования и выдачи информации в измерительной цепи средства измерения или обусловленных:

– внешними воздействиями на средство или объект измерения;

– свойствами измеряемого объекта;

– квалификацией и состоянием оператора и т. д.

Анализируя причины возникновения погрешностей, необходимо в первую очередь выявить те из них, которые оказывают существенное влияние на результат измерения.

В зависимости от формы выражения различают абсолютную и относительную погрешность измерения.

Абсолютной называют погрешность измерений (D) выраженную в тех же единицах, что и измеряемая величина. Определяют ее по формуле:D = A – X ист = A - Xд . (3)

где А – результат измерения;

Хист – истинное значение измеряемой величины;

Хд – действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения (s) представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины. Относительную погрешность, %, определяют по формулам:

В зависимости от условий и режимов измерения различают статическую и динамическую погрешности.

Статической погрешностью называют погрешность, не зависящую от скорости измерения измеряемой величины во времени. Если в паспорте на средство измерений указывают предельные погрешности измерений, определенные в статических условиях, то они не могут характеризовать точность его работы в динамических условиях.

Динамической называют погрешность, зависящую от скорости изменения измеряемой величины во времени. Возникновение динамической погрешности обусловлено инерционностью элементов измерительной цепи средства измерений, т.е. тем, что преобразования в измерительной цепи не происходят мгновенно, а требуют некоторого времени.

В зависимости от характера проявления возможностей устранения и причин возникновения различают систематическую и случайную погрешности.

Систематической называют составляющую погрешности измерений, остающуюся постоянной и закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины.

Причинами возникновения систематических составляющих погрешности измерения являются:

– отклонение параметров реального средства измерений от расчетных значений, предусмотренных схемой;

– неуравновешенность некоторых деталей средства измерений относительно их оси вращения, приводящая к дополнительному повороту за счет зазоров, имеющихся в механизмах;

– упругая деформация деталей средства измерений, имеющих малую жесткость, приводящая к дополнительным перемещениям;

– погрешность градуировки или небольшой сдвиг шкалы;

– износ рабочих поверхностей деталей средства измерений, с помощью которых осуществляется контакт звеньев механизма и т.д.

Случайной называют составляющую погрешности измерений, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. При проведении с одинаковой тщательностью и в одинаковых повторных условиях измерений одной и той же постоянной, не изменяющейся величины мы получаем результаты измерений – некоторые из них отличаются друг от друга, а некоторые совпадают. Такие расхождения в результатах измерений говорят о наличии в них случайных составляющих погрешности.

Случайная погрешность возникает при одновременном воздействии многих источников, каждый из которых сам по себе оказывает незаметное влияние на результат измерений, но суммарное воздействие всех источников может оказаться достаточно сильным.

Грубые погрешности и промахи возникают из-за ошибок или неправильных действий оператора, а также при резких кратковременных изменениях условий проведения измерений.