2.Система передачи единиц измерений

Как уже отмечалось, любая измерительная процедура состоит в сравнении неизвестного размера измеряемой величины с известным размером, в качестве которого используется размер соответствующей единицы. Хранителем размера единицы опосредовано является средство измерений, используемое при проведении конкретной измерительной процедуры. Информация о размерах единиц закладывается в средства измерений при их изготовлении и выпуске в обращение путем приписывания определенных (номинальных) значений мерам, отметкам шкал измерительных приборов, функциям преобразования измерительных преобразователей. Подобная метрологическая процедура называется градуировкой средств измерений. В некоторых случаях составляются градировочные таблицы или графики. Для ряда средств измерений, как правило, высокой точности, бывает необходимо определить поправки, используемые для уточнения результатов измерений, получены с помощью этих средств. Для этого определяют действительные значения величин, воспроизводимых мерами, или величин, соответствующих отметкам шкал измерительных приборов или определенным выходным сигналам измерительных преобразователей. Такая метрологическая процедура называется калибровкой средств измерений. Сохранность информации о размерах единиц, заложенной в средства измерений, в процессе их эксплуатации контролируется путем поверки средств измерений. Таким образом, путем градуировки, калибровки, поверки средств измерений осуществляется передача средствам измерений размеров единиц величин. Эти метрологические процедуры проводят путем сравнения значений величин, полученных с помощью данных средств измерений, с заведомо более точно известными значениями соответствующих величин.

1. Разновидности погрешностей

Погрешностью называют отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величи­ны. При этом следует иметь в виду, что истинное значение фи­зической величины считается неизвестным и применяется в тео­ретических исследованиях; действительное значение физиче­ской величины устанавливается экспериментальным путем в предположении, что результат эксперимента (измерения) в мак­симальной степени приближается к истинному значению. По­грешности измерений приводятся обычно в технической доку­ментации на средства измерений или в нормативных документах. Правда, если учесть, что погрешность зависит еще и от ус­ловий, в которых проводится само измерение, от эксперимен­тальной ошибки методики и субъективных особенностей чело­века в случаях, где он непосредственно участвует в измерениях, то можно говорить о нескольких составляющих погрешности измерений либо о суммарной погрешности.

Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

по способу выражения – абсолютные, относительные;

по характеру проявления – систематические, случайные;

по отношению к условиям применения – основные, дополнительные.

Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с первой группировкой – с абсолютными и относительными погрешностями.

Абсолютная погрешность - это разность между

∆Х_п= Х_п– Х₀ (1)

где ∆Х_п – погрешность;

Х_п – значение величины, найденное с помощью поверяемого средства измерения;

Х₀ – значение, принятое за базу для сравнения, т.е. действитель­ное значение.

Определяемая по формуле (1) ∆Х_п является абсолютной погрешностью. Однако в большей степени точность СИ характе­ризует относительная погрешность δ, т.е. выраженное в про­центах отношение абсолютной погрешности к действительно­му значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным СИ: δ=(100∙∆Х_п)/Х₀.

Систематическая погрешность – составляющая погрешно­сти результата измерения, остающаяся постоянной (или же за­кономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность граду­ировки, в частности погрешность показаний прибора с круго­вой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некото­рую величину относительно центра шкалы. Если эта погреш­ность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок.

При нормировании систематической составляющей погреш­ности СИ устанавливают пределы допускаемой систематичес­кой погрешности СИ — конкретного типа — Д. Величина сис­тематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ.

Случайная погрешность – составляющая погрешности ре­зультата измерения, изменяющаяся случайным образом (по зна­ку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономер­ности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точ­ном измерении они порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средняя арифмети­ческая погрешность, средняя квадратическая погрешность, раз­мах результатов измерений. Поскольку рассеяние носит вероят­ностный характер, то при указании на значения случайной по­грешности задают вероятность.

Укажем в качестве примера на две нормируемые метрологичес­кие характеристики, отражающие точность СИ.

Доверительная погрешность – верхняя и нижняя границы ин­тервала погрешности результата измерений при данной довери­тельной вероятности. Например, в поверочной схеме для гирь и в есов установлено для гирь 1–3-го разрядов значение до­верительной абсолютной погрешности (δ) при вероятности 0,95.

Средняя квадрапшческая погрешность (среднее квадратическое отклонение (S_δ)) – характеристика рассеяния результатов измере­ний одной и той же величины вследствие влияния случайных по­грешностей. Применяется для оценки точности первичных и вто­ричных эталонов. Она представляет среднюю квадратическую погрешность ре­зультата измерений, состоящую из случайных и неисключенных систематических погрешностей.

Наконец, показатели точности могут устанавливаться в связи с группировкой погрешностей СИ по условиям измерения.

Основная погрешность СИ – погрешность, определяемая в нормальных условиях применения СИ.

Дополнительная погрешность СИ – составляющая погрешно­сти СИ, дополнительно возникающая вследствие отклонения ка­кой-либо из влияющих величин (температуры, относительной влажности, напряжения сети переменного тока и пр.) от ее нормаль­ного значения.

Обычно метрологические характеристики нормируют раздель­но для нормальных и рабочих условий применения СИ. Нормаль­ными считаются условия, при которых изменением характеристик под воздействием внешних факторов (температура, влажность и пр.) принято пренебрегать. Так, для многих типов СИ нормальны­ми условиями применения являются температура (293 ± 5) К. ат­мосферное давление (100 ± 4) кПа, относительная влажность (65 ± ± 15)%, электрическое напряжение в сети питания 220 В ± 10%. Ра­бочие условия отличаются от нормальных более широкими диапа­зонами изменения влияющих величин. И те и другие метрологичес­кие характеристики указываются в нормативных документах.