4.3.2. Исключение систематических погрешностей

Рассмотрим способы устранения систематических погрешностей.

Устранение источников погрешностей до начала измерения. Этот Способ следует считать наиболее рациональным, так как он осво­бождает от необходимости устранять погрешности в процессе из­мерения или вычислять результат с учетом поправок. Так, для ус­транения температурной погрешности необходимо обеспечить тре­буемую температуру окружающей среды с допускаемыми колебаниями. Колебание температуры в заданных пределах может быть обеспечено на уровне цеха (термоконстантные цеха), лабора­тории, средств измерений в целом или их отдельных частей. При измерении с помощью электронных измерительных устройств их рекомендуется прогревать.

Для устранения влияния на точность измерений внешних маг­нитных и электрических полей используются различные экраны.

Влияние вредных вибраций на точность измерений может быть устранено за счет использования различного рода амортизаторов.

Влияние влажности и давления на точность измерений может быть исключено, если для измерений использовать, например, спе­циальные камеры.

Для исключения систематических погрешностей в процессе из­мерения существуют различные способы и приемы без использова­ния специальных установок.

Способ введения поправок основан на знании систематической погрешности и закономерности ее изменения. В этом случае в результат измерения, содержащий систематические погрешнос­ти, вносят поправки, равные этим погрешностям, но с обратным знаком.

Так, к линейным шкалам универсального микроскопа прилага­ется аттестат, в котором указаны значения и знак поправки для каж­дого деления шкалы. Однако необходимо отметить, что как сами источники, так и условия возникновения систематических погреш­ностей в той или иной мере изменяются. Поэтому постоянство зна­чений всякой систематической погрешности при повторных изме­рениях будет соблюдаться в определенных пределах, за которыми будут иметь место отклонения, носящие случайный характер. Если, например, систематическую погрешность исключить введением По­правки, то случайные отклонения значений погрешности от значе­ний поправки останутся не исключенными.

Способ замещения заключается в том, что измеряемый объект за­меняют известной мерой, находящейся при этом в тех же условиях, в каких находился он сам. Например, на чашку весов, предназна­ченную для взвешивания массы, устанавливают полный комплект гирь и уравновешивают весы произвольным грузом. Затем на чашку с гирями помещают взвешиваемую массу и снимают часть гирь для восстановления равновесия. Суммарное значение массы снятых гирь соответствует значению взвешиваемой массы (способ Д. И. Менделе­ева). Такой способ не только устраняет погрешность, но и сохраня­ет чувствительность при взвешивании различных масс.

Способ замещения используется при измерении электрических параметров — сопротивления, емкости, индуктивности. Объект измерения ставят в ту или иную измерительную цепь. Уравновещива ют цепь (мост). Не изменяя схемы, заменяют измеряемый объект, включая в цепь меру переменного значения. Снова уравновешивают цепь. Определяют значение измеряемой величины.

Способ компенсации погрешности по знаку заключается в том, что Измерение производят дважды так, чтобы неизвестная по размеру погрешность входила в результаты с противоположными знаками. Например, с целью исключения погрешности измерения угла конуса на инструментальном микроскопе, связанную со смешения оси Центров, в которых устанавливается конус, производят измерение на сначала по одной образующей (совмещая горизонтальную линию штриховой измерительной головки с образующей конуса), затем с другой стороны. Пусть и результаты двух измерений; — систематическая погрешность (смещение оси центров), значение которой неизвестно; — значение угла конуса, свободное от данной погрешности. Тогда, например, ,a

Среднее значение угла

Способ противопоставления имеет большое сходство со способом компенсации по знаку. Он заключается в том, что измерения проводят два раза, причем так, чтобы причина, вызывающая погрешность, при первом измерении оказывала противоположное действие на результат второго. Например, при взвешивании на равноплечих весах для исключения погрешности от остаточной неравноплечести при первом взвешивании массу х помещают на одну чашку весов, уравновешивают гирями с общей массой помещена. Другую чашку. Тогда

где -где действительное отношение плеч . Затем взвешиваемую массу перемещают на ту чашку, где находились гири, а гири — на ту, где находилась масса. Так как отношение плеч не точно равно единице, равновесие достигается при использовании гирь общей массой

Разделив первое равенство на второе, получим ,или, если и отличаются друг от друга незначительно, то

Способ применяется в тех случаях, когда сравнивается измеряемая величина с мерой примерно равного значения.