1.2.3. Эталоны
Эталон — это СИ, обеспечивающее хранение и/или воспроизведение единицы физической величины с целью передачи ее размера другим СИ (образцовым или рабочим) и официально утвержденное.
Реально эталон может представлять собой комплекс, состоящий из нескольких различных СИ. На рис. 1.6 приведена схема передачи размера единицы физической величины.
В этой метрологической цепи высшим звеном является международный эталон.
Эти эталоны хранятся в Международном бюро мер и весов (Франция).
Государственные эталоны — это эталоны, обеспечивающие наивысшую в данной стране точность. Хранение эталонов — сложнейшая научно-техническая задача, поэтому они хранятся в метрологических институтах.
Эталоны, воспроизводящие одну и ту же единицу ФВ, в зависимости от точности воспроизведения единицы делятся на первичные эталоны (обеспечивающие наивысшую в данной стране точность) и вторичные (образованные сличением с первичным и служащие для организации поверочных работ).
Первичный эталон служит для воспроизведения единицы с наивысшей для данной страны точностью.
Специальный эталон предназначен для воспроизведения единицы в особых условиях, когда первичный эталон не может быть использован.
Первичные и специальные эталоны утверждаются в качестве государственных и являются исходными для каждой страны.
Вторичные эталоны необходимы для обеспечения поверочных работ и сохранности первичных эталонов и делятся на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны.
Эталоны-свидетели предназначены для поверки государственного эталона и замены его в случае утраты.
Эталоны-копии и эталоны сравнения используются для взаимного сличения.
Рабочие эталоны необходимы для передачи размера единицы образцовым СИ высшей точности (например, образцовым мерам).
Образцовые СИ служат для поверки по ним рабочих мер, которые, в свою очередь, предназначены как для поверки СИ, так и для измерений в различных задачах.
Классы точности образцовых мер достаточно высоки. Например, предельно допустимое значение относительной погрешности образцовой катушки сопротивления может составлять 0,0005 %.
Рабочие СИ применяются для разнообразных измерений, не связанных с поверкой.
В электрических измерениях используются рабочие меры ЭДС, сопротивления, индуктивности, емкости и др.
1.3. Точность измерений
Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.
Количественным выражением качественного понятия «точность» является погрешность.
Следует различать погрешность результата измерения (это более общее понятие) и погрешность инструмента.
1.3.1. Погрешность результата измерения
Истинное значение измеряемой величины принципиально не может быть найдено (грамотный экспериментатор, понимая это, и не стремится к этому). Поэтому и реальное (истинное) значение погрешности результата определить не представляется возможным.
Достаточно оперировать оценкой (приблизительным значением измеряемой величины) и диапазоном возможных значений погрешности.
В случае простейшего детерминированного подхода (подхода по наихудшему случаю) используют предельное значение погрешности в каждом конкретном случае, т. е. такое значение,
превысить которое реальная погрешность гарантированно не может.
Основные классификационные признаки погрешности результатов измерений.
Первый классификационный признак: что (кто) является причиной ошибки?
Суммарная погрешность результата любого измерения в общем случае складывается из трех составляющих: инструментальной, методической и субъективной.
Инструментальная составляющая определяется основными метрологическими характеристиками собственно инструмента (т. е. СИ), его основной и дополнительной погрешностями.
Методическая составляющая погрешности результата измерения зависит от используемого метода измерения и не зависит от погрешности самого инструмента. Она может быть оценена или даже скомпенсирована (иногда практически полностью).
Субъективная составляющая не зависит ни от погрешности прибора, ни от метода измерения, а в основном определяется квалификацией пользователя (субъекта).. Эта составляющая может присутствовать в результате любого измерения.
Второй классификационный признак — способ выражения погрешности (табл. 1 .5).
Абсолютная погрешность Δ (дельта) — самая простая и понятная — это разность между измеренным Х и истинным Хист(или действительным Хд, т. е. полученным более точным прибором) значениями измеряемой величины.
Относительная погрешность δ (дельта малая) — отношение абсолютной погрешности к действительному Хд (или измеренному Х) значению, выраженное в процентах.
Третий классификационный признак — зависимость погрешности (в абсолютном виде) от
значения измеряемой величины Х.
Погрешности подразделяются на аддитивные, мультипликативные и погрешности
линейности (рис. 1.7).
Аддитивной называется погрешность Δа, значения которой (будучи представленными в абсолютной форме)
не выходят за рамки независящего от значения измеряемой величины Х коридора ( см. рис. 1 .7, а).
Мультипликативной называется такая погрешность Δм, значения которой
не выходят за рамки линейно зависящего от значения измеряемой величины Х коридора (см. рис. 1.7, 6).
Любое другое поведение характерно для погрешности линейности Δл , часто упрощенно
называемой нелинейностью (см. рис. 1 .7, в).
Четвертый классификационный признак — характер проявления погрешности.
Погрешности подразделяются на систематические и случайные.
Систематическая — это такая погрешность, значение которой при повторении экспериментов неизменно или меняется по известному закону. Систематические погрешности, как правило, могут быть оценены и, следовательно, учтены путем введения поправок в результат измерения.
Случайные — это такие погрешности, значения которых непредсказуемы.
К случайным же относятся и различные промахи (сбои), которые объясняются или грубой ошибкой оператора, или кратковременной неисправностью аппаратуры, или влиянием внешних электромагнитных полей.
В случае многократных измерений влияние случайной погрешности можно уменьшить обработкой полученных результатов, например, нахождением их среднего арифметического значения.