Функциональный анализ методик выполнения измерений лабораторная работа № 4

· методические погрешности,

· погрешности из-за отличия условий от нормальных ("погрешности условий"),

· субъективные погрешности.

Инструментальная погрешность измерения (инструментальная погрешность) – составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений.

К инструментальным (аппаратурным) относят все погрешности средств измерений и вспомогательных устройств: погрешности прибора, погрешности используемых для его настройки мер, погрешности устройств базирования приборов (деталей) при линейно-угловых измерениях, погрешности из-за включения в измерительную цепь соединительных проводов для подключения электроизмерительных приборов и т.д.

Методические погрешности, часто называют погрешностями метода. Погрешность метода измерений (погрешность метода) – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Фактически такие погрешности могут иметь как систематический, так и случайный характер (например, систематическая погрешность при измерении конкретного объекта может рассматриваться как одна из случайных реализаций при измерениях группы однородных объектов).

Методические погрешности возникают из-за принятых при измерении или обработке результатов теоретических допущений и упрощений, а также из-за несоответствия реального объекта измерений принятой модели. Например, при измерении массы объекта взвешиванием на двуплечих весах в воздушной среде, строгая модель уравновешивания должна учитывать архимедовы силы, которые обусловлены вытеснением воздуха объектом измерения и гирями. Упрощенная модель взвешивания основана на допущении об одинаковой плотности их вещества, что не всегда справедливо.

Возникновение погрешности из-за несоответствия реального объекта измерений принятой модели можно рассмотреть на примерах измерений длины. Так, при измерении «диаметра» номинально цилиндрической поверхности измерительной головкой на стойке методические погрешности могут быть обусловлены неидеальной формой поверхности (например, изогнутостью или седлообразностью). Методическая погрешность при измерении такой детали (рис. 4.1) может быть примерно равна отклонению образующей от прямолинейности.

Погрешности из-за отличия условий измерений от идеальных ("погрешности условий") требуют более подробного анализа.

В РМГ 29-99 дано только определение погрешности из-за изменений условий измерения. Погрешность (измерения) из-за изменений условий измерения – составляющая систематической погрешности измерения, являющаяся следствием неучтенного влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характеризующих условия измерений, от установленного значения. В примечании говорится, что этот термин применяют в случае неучтенного или недостаточно учтенного действия той или иной влияющей величины (температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, напряженности магнитного поля, вибрации и др.); неправильной установки средств измерений, нарушения правил их взаимного расположения и др.

Понятие «влияющая физическая величина» (влияющая величина) – физическая величина, оказывающая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерений в том же документе определено не совсем четко (из определения следовало исключить саму измеряемую физическую величину).

При оценке неидеальности условий измерений фактически следует рассматривать погрешности из-за несоблюдения нормальных условий измерений, которые вызваны воздействием на измеряемый объект и средства измерений любой влияющей физической величины, выходящей за пределы области нормальных значений. Температурные, электромагнитные и другие поля, атмосферное давление, избыточная влажность, наличие вибраций и множество других факторов могут привести к искажению измеряемой величины и/или измерительной информации, преобразуемой средствами измерений. Эти погрешности могут иметь систематический характер при закономерном изменении влияющей физической величины и случайный – при ее стохастических колебаниях. Для оценки "погрешности условий" в общем случае следует учитывать воздействие влияющих величин и на средства измерений, и на измеряемые объекты. Для компенсации закономерного воздействия влияющей величины y на результат измерения нужно знать и функцию изменения результата измерений f(y) при изменении аргумента y, и значение аргумента y. Например, изменение линейного размера (диаметра или высоты измеряемой детали) при температуре, отличной от нормальной, обычно связывают с так называемой "стержневой моделью" и рассчитывают с использованием элементарной зависимости

D _l = a (t _i – t₂₀),

где D _l – приращение длины (положительное или отрицательное);

a – температурный коэффициент линейного расширения;

t _i – температура при измерении;

t₂₀ – номинальное значение нормальной температуры при измерении.

Для оценки влияния температуры на средство измерений необходимо проанализировать ее действие на измерительную цепь. Для этого необходимо выявить элементы, воздействие на которые приведет к искажению измерительной информации, определить характер искажения и его значение. Поскольку для построения аналитической модели сложного средства измерений приходится задаваться множеством допущений, не всегда удается обеспечить достаточную строгость построенной модели. В таких случаях часто более рациональным путем является экспериментальная оценка погрешности.

Субъективную погрешность называют еще личной погрешностью (личной разностью), погрешностью оператора. Субъективная погрешность измерения (субъективная погрешность) – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.

Определение не вполне корректно, поскольку даже самый опытный оператор не может обеспечить идеальную воспроизводимость своих действий, в результате субъективная погрешность включает систематические и случайные составляющие.