2. Методические погрешности измерений

Эти погрешности могут возникнуть вследствие:

– несовершенства выбранного метода измерений;

– ограниченной точности эмпирических формул, применяемых для описания явления, положенного в основу измерения;

– ограниченной точности используемых в уравнениях физических констант;

– несоответствия принятой модели измерений реальному объекту вследствие принятых допущений или упрощений.

Погрешности несовершенства выбранного метода присущи всем тем методам измерений, которые основаны на данных опытов, не имеющих строгого теоретического обоснования. Примером таких методов являются различные методы измерения твердости металлов. Один из них (метод Роквелла) определяет твердость по глубине погружения в испытываемый металл наконечника определенной формы под действием определенного импульса силы. В основу других методов (Вринеля и Виккерса) положена зависимость между твердостью и размером отпечатка, оставленного наконечником в определенных условиях воздействия. Каждый из этих методов измеряет твердость в своих шкалах, и перевод результата измерений из одной шкалы в другую производится приближенно. Объясняется это тем, что указанные методы используют различные явления, предположительно характеризующие твердость.

Оценки погрешностей формул и физических констант чаще всего известны. Когда они неизвестны, погрешности эмпирических формул переводят в разряд случайных, применяя прием рандомизации. С этой целью одну и ту же величину измеряют несколькими методами и по полученным экспериментальным данным вычисляют ее средневзвешенное значение.

Примером погрешности, обусловленной упрощением метода измерений, является пренебрежение массой воздуха, вытесненного, согласно закону Архимеда, гирей при взвешивании на рычажных весах. При проведении рабочих измерений ею, как правило, пренебрегают. Однако при точных измерениях с нею приходится считаться, и вносится соответствующая поправка. Другим примером является измерение объемов тел, форма которых принимается (в модели измерений) геометрически правильной.

Аналитические измерения отличаются от прочих тем, что они включают ряд предварительных операций: отбор пробы анализируемого объекта, ее доставка в измерительную лабораторию, хранение, подготовка пробы к инструментальным операциям (очистка, высушивание, перевод в другое фазовое состояние и т. д.), приготовление калибровочных растворов и другие. Эти операции при характеристике точности метода измерений часто не учитывают, считая измерением только его инструментальную часть. Однако риск внесения систематических погрешностей в результаты измерений в этих операциях несопоставимо выше, чем в инструментальных. На практике систематическая погрешность измерения может возникать в этих операциях вследствие влияния многих возможных источников, в частности:

– извлечённая из объекта измерений проба может не быть представительной (неадекватно представлять измеряемую величину);

– измеряемая проба может измениться за время, прошедшее после того, как был произведен пробоотбор;

– влияние неинформативных параметров (мешающих компонентов пробы);

– загрязнение пробоотборника и лабораторной посуды, применяемой при приготовлении пробы;

– неточное измерение параметров окружающей среды;

– погрешности измерений масс и объемов;

– погрешности приготовления калибровочных растворов.