1.3 Понятие о точности измерения, источник погрешности, методика определения суммарной погрешности

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В зависимости от решаемых задач различают три раздела метрологии: теоретический, законодательный и прикладной.

Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей в явном или неявном виде и получение значения этой величины.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность средства измерений – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разное время, с использованием различны методов и СИ, а также в различных по территориальному расположению местах.

Сходимость – это близость результатов измерений, полученных одним и тем же методом, идентичными средствами измерений, и близость к нулю случайной погрешности измерений.

Воспроизводимость результатов измерений характеризуется близостью результатов измерений, полученных различными средствами измерений (естественно одной и той же точности) различными методами.

Правильность результатов измерений определяется правильностью как самих методик измерений, так и правильностью их использования в процессе измерений, а также близостью к нулю систематической погрешности измерений.

Точность измерений характеризует качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины, т.е. близость к нулю погрешности измерений.

Средство измерения – техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения.

Ниже приводятся некоторые источники появления погрешностей измерений:

• неполное соответствие объекта измерений принятой его модели;

• неполное знание измеряемой величины;

• неполное знание влияния условий окружающей среды на измерение;

• несовершенное измерение параметров окружающей среды;

• неточность передачи значения единицы величины от эталонов к рабочим средствам измерений;

• неточные знания констант и других параметров, используемых в алгоритме обработки результатов измерения;

• аппроксимации и предположения, реализуемые в методе измерений;

• субъективная погрешность оператора при проведении измерений;

• изменения в повторных наблюдениях измеряемой величины при очевидно одинаковых условиях и другие.

Группируя перечисленные выше и другие причины появления погрешностей измерений, их можно разделить на погрешности метода измерений, средств измерений (инструмента) и оператора, проводящего измерения. Несовершенство каждого этого компонента измерения вносит вклад в погрешность измерения. Поэтому в общем виде погрешность можно выразить следующей формулой:

где – методическая погрешность (погрешность метода); – инструментальная погрешность (погрешность средств измерений); – личная (субъективная) погрешность.

Инструментальные погрешности, связанные с износом или старением средства измерения, имеют определенные характерные особенности. Процесс износа, как правило, проявляется в погрешностях измерения постепенно. Изменяются зазоры в сопрягаемых деталях, соприкасающиеся поверхности покрываются коррозией, изменяются упругости пружин и т. д. Изменяется масса гирь, уменьшаются размеры образцовых мер, изменяются электрические и физико-химические свойства узлов и деталей приборов, и все это приводит к изменению показаний приборов.

Методическая погрешность возникает из-за недостатков используемого метода измерений. Чаще всего это является следствием различных допущений при использовании эмпирических зависимостей между измеряемыми величинами или конструктивных упрощений в приборах, используемых в данном методе измерений.

Субъективная погрешность связана с такими индивидуальными особенностями операторов, как внимательность, сосредоточенность, быстрота реакции, степень профессиональной подготовленности. Такие погрешности чаще встречаются при большой доле ручного труда при проведении измерений и почти отсутствуют при использовании автоматизированных средств измерений.