 |
Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей
|
|
|
|
Самостоятельная работа
по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»
Выполнил: ст. гр. ТР-07
Владимиров С.В.
Проверил: Мальков Ю.К.
Якутск, 2011
Тема №1: Теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров
Размерность – это условная единица, принятая за эквивалент определенной величины при определенных условиях.
Система единиц ФВ – совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами.
Система СИ – единственная система единиц ФВ, которая принята и используется в большинстве стран мира. В качестве основных единиц приняты метр (длина), килограмм (масса), секунда (время), ампер (сила электрического тока), кельвин (термодинамическая температура), моль (количество вещества) и кандела (сила света). К дополнительным единицам относятся радиан (плоский угол) и стерадиан (телесный угол).
Эталон – средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и (или) хранения единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Поверка СИ – операция, заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям.
Тема№2: Погрешность измерений
Истинное значение ФВ – это значение, идеальным образом отражающее свойство данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении.
Действительное значение ФВ – значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.
|
|
|
Погрешность – это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.
Классификация погрешности
1. По способу выражения:
· Абсолютная погрешность – это разница между результатом измерения и истинным (или действительным) значением измеряемой величины.
· Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины.
· Приведенная погрешность – это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность СИ отнесена к условно принятому значению, постоянному во всем диапазоне измерений или его части.
2. По характеру проявления:
· Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и по значению) в серии повторных измерений одного и того же размера ФВ, проведенных с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях.
· Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же ФВ.
· Прогрессирующая погрешность – это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.
· Грубая погрешность – это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.
3. В зависимости от места возникновения:
· Инструментальная погрешность – обусловлена погрешностью применяемого СИ.
· Субъективная погрешность – обусловлено погрешностью отсчета оператором показаний по шкалам СИ, диаграммам регистрирующих приборов. Они вызываются состоянием оператора, его положением во время работы, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами СИ.
4. По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины:
|
|
|
· Аддитивные, независящие от измеряемой величины;
· Мультипликативные, которые прямо пропорциональны измеряемой величине;
· Нелинейные, имеющие нелинейную зависимость от измеряемой величины.
5. По влиянию внешних условий:
· Основная погрешность – это погрешность СИ, определяемая в нормальных условиях его применения;
· Дополнительная погрешность – это погрешность СИ, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин.
6. В зависимости от влияния характера изменения измеряемых величин:
· Статическая погрешность – это погрешность СИ, применяемого для измерения ФВ, принимаемой за неизменную;
· Динамическая погрешность – это погрешность СИ, возникающая дополнительно при измерении переменной ФВ и обусловленная несоответствием его реакции на скорость (частоту) изменение измеряемого сигнала.
Тема №3: Систематические погрешности
Классификация систематических погрешностей
1. По характеру изменения во времени:
· Постоянные погрешности – это погрешности измерения, которые остаются неизменными в течение всей серии измерений;
· Переменные погрешности – это погрешности, изменяющиеся в процессе измерения. Они делятся на монотонно изменяющиеся, периодические и изменяющиеся по сложному закону. Если в процессе измерения систематическая погрешность монотонно возрастает или убывает ее называют монотонно изменяющейся. Периодической называется погрешность, значение которой является периодической функцией времени.
2. По причинам возникновения:
· Инструментальная погрешность обусловлена погрешностью применяемого СИ;
· Субъективная погрешность – обусловлено погрешностью отсчета оператором показаний по шкалам СИ, диаграммам регистрирующих приборов.
Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей
Результаты наблюдений, полученные при наличии систематической погрешности, называются неисправленными. При проведении измерений стараются в максимальной степени исключить или учесть влияние систематических погрешностей. Это может быть достигнуто следующими путями:
· устранением источников погрешностей до начала измерений. В большинстве областей измерений известны главные источники систематических погрешностей и разработаны методы, исключающие их возникновение или устраняющие их влияние на результат измерения. В связи с этим в практике измерений стараются устранить систематические погрешности не путем обработки экспериментальных данных, а применением СИ, реализующих соответствующие методы измерений;
|
|
|
· определением поправок и внесением их в результат измерения;
· оценкой границ неисключенных систематических погрешностей.
Постоянные систематические погрешности могут быть обнаружены лишь путем сравнения результатов измерений с другими, полученными с помощью более высокоточных методов и средств. Иногда эти погрешности могут быть устранены специальными приемами проведения процесса измерений.
Для устранения постоянных систематических погрешностей применяют следующие методы:
· Метод замещения, представляющий собой разновидность метода сравнения, когда сравнение осуществляется заменой измеряемой величины известной величиной, причем так, что при этом в состоянии и действии всех используемых средств измерений не происходит никаких изменений. Этот метод дает наиболее полное решение задачи. Для его реализации необходимо иметь регулируемую меру, величина которой однородна измеряемой. Например, взвешивание по методу Борда, измерение сопротивления посредством моста постоянного тока и мер сопротивления.
· Метод противопоставления, являющийся разновидностью метода сравнения, при котором измерение выполняется дважды и проводится так, чтобы в обоих случаях причина постоянной погрешности оказывала разные, но известные по закономерности воздействия на результаты наблюдений.
· Метод компенсации погрешности по знаку, предусматривающий измерение с двумя наблюдениями, выполняемыми так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результат каждого изних с разными знаками.
· Метод рандомизации – наиболее универсальный способ исключения неизвестных постоянных систематических погрешностей. Суть его состоит в том, что одна и та же величина измеряется различными методами. Систематические погрешности каждого из них для всей совокупности являются разными случайными величинами. Вследствие этого при увеличении числа используемых методов (приборов) систематические погрешности взаимно компенсируются.
|
|
|
Для устранения переменных и монотонно изменяющихся систематических погрешностей применяют следующие приемы и методы:
· Анализ знаков неисправленных случайных погрешностей. Если знаки неисправленных случайных погрешностей чередуются с какой-либо закономерностью, то наблюдается переменная систематическая погрешность. Если последовательность знаков «+» у случайных погрешностей сменяется последовательностью знаков «-» или наоборот, то присутствует монотонно изменяющаяся систематическая погрешность.
· Графический метод. Он является одним из наиболее простых способов обнаружения переменной систематической погрешности в ряду результатов наблюдений и заключается в построении графика последовательности неисправленных значений результатов наблюдений. На графике через построенные точки проводят плавную кривую, которая выражает тенденцию результата измерения, если она существует. Если тенденция не прослеживается, то переменную систематическую погрешность считают практически отсутствующей.
· Специальные статистические методы. К ним относятся способ последовательных разностей, дисперсионный анализ, и др.
Способ последовательных разностей (критерий Аббе). Применяется для обнаружения изменяющейся во времени систематической погрешности.
Дисперсионный анализ (критерий Фишера). В практике измерений часто бывает необходимо выяснить наличие систематической погрешности результатов наблюдений, обусловленной влиянием какого-либо постоянно действующего фактора, или определить, вызывают ли изменения этого фактора систематическое смещение результатов измерений. В данном случае проводят многократные измерения, состоящие из достаточного числа серий, каждая из которых соответствует определенным значениям влияющего фактора. Влияющими факторами, по которым производится объединение результатов наблюдений по сериям, могут быть внешние условия (температура, давление), временная последовательность проведения измерений и т.п.
|
|
|
