Абсолютная методическая погрешность. Большая энциклопедия нефти и газа

Очень важным показателем становится их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоторому действительному значению, которая используется для качественного сравнения измерительных операций. А в качестве количественной оценки, как правило, используется погрешность измерений. Причем чем погрешность меньше, тем считается выше точность.

Обычно количественно выразить случайную ошибку через повторяемость. Повторяемость измерительного прибора выражает симметричный диапазон значений, в пределах которого при статистически определенной вероятности обнаруживается случайная ошибка индикатора.

На рисунке 2 показан пример, где оцениваются ошибки цифровой электронной шкалы. Заранее известно, что значение стандартной массовой ошибки незначительно по отношению к ошибкам, обычно ожидаемым для этого баланса. В этом случае значение этой массы можно считать истинным истинным значением измеряемой величины.

Согласно закону теории погрешностей, если необходимо повысить точность результата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то число измерений необходимо увеличить в 4 раза; если требуется увеличить точность в 3 раза, то число измерений увеличивают в 9 раз и т. д.

Процесс оценки погрешности измерений считается одним из важнейших мероприятий в вопросе обеспечения единства измерений. Естественно, что факторов, оказывающих влияние на точность измерения, существует огромное множество. Следовательно, любая классификация погрешностей измерения достаточно условна, поскольку нередко в зависимости от условий измерительного процесса погрешности могут проявляться в различных группах. При этом согласно принципу зависимости от формы данные выражения погрешности измерения могут быть: абсолютными, относительными и приведенными.

Однако при измерении один раз невозможно идентифицировать компоненты систематических и случайных ошибок. Значения показаний, полученных в одиннадцати дополнительных измерениях, показали изменения. Поскольку это инвариантная величина, дисперсия значений показаний объясняется эффектами случайных ошибок измерительной системы.

Определялось среднее значение показаний, и с этой целью оценка была оценена с помощью уравнения. Если фактическое значение массы, примененное к шкале, было неизвестно, непрофессионал, скорее всего, после эксперимента испытал бы, что значение массы. При этом он допустил бы серьезную ошибку, не считая существования систематической ошибки.

Кроме того, по признаку зависимости от характера проявления, причин возникновения и возможностей устранения погрешности измерений могут быть составляющими При этом различают следующие составляющие погрешности: систематические и случайные.

Систематическая составляющая остается постоянной или меняется при следующих измерениях того же самого параметра.

Оцененные значения тренда и повторяемости измерительной системы обычно получаются не только в одной точке, но повторяются в разных точках вдоль ее диапазона измерения. Эти значения могут быть представлены графически, что упрощает. Полученный граф называется кривой ошибки.

Процедура, выполняемая в примере на фиг. 2, повторяется для дополнительных значений масс, известные известные истинные значения. Они обычно используются около 10 баллов в измерительном диапазоне. Классификация ошибок. Что касается ошибок, можно сказать, что они подразделяются на три категории.

Случайная составляющая изменяется при повторных изменениях того же самого параметра случайным образом. Обе составляющие погрешности измерения (и случайная, и систематическая) проявляются одновременно. Причем значение случайной погрешности не известно заранее, поскольку оно может возникать из-за целого ряда неуточненных факторов Данный вид погрешности нельзя исключить полностью, однако их влияние можно несколько уменьшить, обрабатывая результаты измерений.

Давайте посмотрим на каждую из них: Гросс-ошибки. Эти ошибки происходят чаще всего из-за отсутствия опыта и внимания человека, выполняющего измерение. Это связано с тем, что человек, выполнивший измерение, не знает об использовании измерителя в стандарте измерения. Случайные ошибки Эти ошибки возникают из-за того, что существуют некоторые неопределенные причины, что приводит к непредвиденным последствиям для мер.

Мы можем сказать, что эти ошибки неизбежны, поскольку они приводят к нескольким причинам, которые невозможно предвидеть, например, изменения температуры окружающей среды, землетрясения, изменение гигрометрического состояния воздуха, а также изменение атмосферного давления.

Систематическая погрешность, и в этом ее особенность, если сравнивать ее со случайной погрешностью, которая выявляется вне зависимости от своих источников, рассматривается по составляющим в связи с источниками возникновения.

Составляющие погрешности могут также делиться на: методическую, инструментальную и субъективную. Субъективные систематические погрешности связаны с индивидуальными особенностями оператора. Такая погрешность может возникать из-за ошибок в отсчете показаний или неопытности оператора. В основном же систематические погрешности возникают из-за методической и инструментальной составляющих. Методическая составляющая погрешности определяется несовершенством метода измерения, приемами использования СИ, некорректностью расчетных формул и округления результатов. Инструментальная составляющая появляется из-за собственной погрешности СИ, определяемой классом точности, влиянием СИ на итог и разрешающей способности СИ. Есть также такое понятие, как «грубые погрешности или промахи», которые могут появляться из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или непредвиденных изменений ситуации измерений. Такие погрешности, как правило, обнаруживаются в процессе рассмотрения результатов измерений с помощью специальных критериев. Важным элементом данной классификации является профилактика погрешности, понимаемая как наиболее рациональный способ снижения погрешности , заключается в устранении влияния какого-либо фактора.

Системные ошибки Эти ошибки возникают из-за дефектов в измерительном приборе, способа его использования и наблюдателя. Амперметр считается прибором, который используется для измерения интенсивности электрических токов. Его сопротивление считается малым, близким к значениям обычных сопротивлений.

Когда человек использует амперметр, он должен наблюдать, совпадает ли указатель с нулем шкалы, но если это не так, он должен немедленно внести корректировку. Если вы забудете выполнить настройку, когда вы включите устройство и начнете измерение, результаты измерений будут систематически ошибочными, потому что полученные значения будут больше фактических результатов.

14. Виды погрешностей

Выделяют следующие виды погрешностей:

1) абсолютная погрешность;

2) относительна погрешность;

3) приведенная погрешность;

4) основная погрешность;

5) дополнительная погрешность;

6) систематическая погрешность;

7) случайная погрешность;

8) инструментальная погрешность;

9) методическая погрешность;

Основные понятия 1 Определение Измерение - это древняя операция и имеет фундаментальное значение для всех видов деятельности человека. Метрология - это набор научно-технических знаний, охватывающих все теоретические и практические аспекты, связанные с измерениями. Обеспечить национальное и международное признание. Измерение - это способ описания мира. Великие научные открытия, великие классические теории были и все еще сформулированы из экспериментальных наблюдений. Описание величин, участвующих в каждом явлении, дается посредством измерения. Важность измерения науки, в которой встроена метрология, выросла пропорционально безудержному стремлению бразильских компаний к повышению качества, повышению конкурентоспособности производимой ими продукции. Стандарты Системы обеспечения качества включают метрологическую часть и устанавливают процедуры, которые необходимо соблюдать при выборе, использовании, калибровке, контроле и поддержании стандартов измерений и измерительного оборудования. Среди многих атрибутов, которые позволяют нации быть конкурентоспособными, выделяются технологии, производительность процесса, цена и качество продукции. Понятно, что метрология играет одну из своих самых важных ролей. Метрология незаменима для любого процесса контроля качества и напрямую связана со степенью конкурентоспособности страны. Юридическая метрология Относится к юридическим, техническим и административным требованиям, связанным с единицами измерения, измерительными приборами и материализованными мерами, которые влияют на торговлю, здоровье и защиту потребителей. Это в основном предназначено для коммерческих операций, где измерения принимают на себя роль крайне актуальной в аспектах точности и лояльности. Для контроля за измерительными приборами, задействованными в таких операциях, правительство устанавливает законы и технические регламенты, регулирующие деятельность, связанную с процессом проверки документов, надзора и утверждения приборов измерения. Область законодательной метрологии также распространяется на инструменты, используемые для поддержания общественного здоровья, такие как клинические термометры, сфигмоманометры, медицинские шприцы и т.д. А также используемые в государственных нагарантиях безопасности, такие как манометры, спидометры, термометры и т.д. бразильская метрологическая структура В Бразилии основные функции промышленных технологий были включены в единую систему. Он также способствует фундаментальным совместным исследованиям в области метрологии, участию национальных стандартов в региональных и международных программах сопоставления и присутствию его исследователей на глобальных форумах по метрологии, обеспечивая постоянный поток стратегической информации для обновления своих действий. Путем добавления технических компетенций и лабораторных возможностей в нескольких регионах страны независимые лаборатории, промышленные лаборатории, университеты и научно-исследовательские институты, специализирующиеся на предоставлении калибровочных услуг и испытаний, направленных на оценку и оценку соответствия продукции, требующей сертификации, Рекомендации по обработке номеров Для многих профессионалов измерение просто означает получение одного или нескольких номеров из единицы. За этой, казалось бы, простой операцией существует большое количество факторов, необходимо знать их и контролировать, их всегда легко сделать. Измерение кажется легким, но делать ошибки все же намного проще. Выражение и манипуляция заданным числом являются основой для любой измерительной работы. Численные данные, полученные в результате измерения, должны быть четкими, не оставляя сомнений ни в количественном, ни в неопределенном измерении, на котором оно покрыто. Это вызывает необходимость заботы о качестве числового представления. Это должно быть выражено надежно, требуя правильного манипулирования данными. Существует не техника, которая полностью предотвращает ошибки, связанные с процессом представления числовых данных. Важно следовать соответствующей методологии с целью обеспечения простоты, ясности и надежности. Мы представляем некоторые рекомендации по представлению и обработке определенного числа, например: округление, чтение, запись и организация таблицы. Каждый номер должен быть представлен таким образом, чтобы не было сомнений в его правильной интерпретации. Существуют элементарные правила для отображения числовых данных: избегайте использования небольших символов, которые могут затруднить чтение и выравнивание всех чисел по горизонтали и по вертикали. По возможности рекомендуется использовать предварительно детализированные детали. Вертикальное выравнивание должно быть получено положением запятой. Напиши цифры с отдельными цифрами в группах по три. В целых числах отделите группы справа. В десятичных числах, отдельно от запятой, вправо и влево. Не рекомендуется использовать точку для трехзначных групп. Единицы правовых мер в Бразилии соответствуют единицам Международной системы единиц. 2 Научная нотация Научная нотация - это сокращенная форма численного представления через десятичные деполяризации. Числа, написанные в научной нотации, состоят из двух частей: амантисса и экспонента. Показатель определяет порядок величины числа, т.е. число десяти, которое умножает его. Значимые числа в числе можно понять, так как каждая цифра имеет определенный смысл. Следует отметить, что использование выражений «часть за миллион», «часть за миллиард» и «часть триллиона» неприемлемо для выражения значений величин. Округление - это процесс замены одной или нескольких цифр заданного числа. Замещенные цифры считаются несущественными. Если цифры, которые нужно отменить, начинаются с числа больше 5, предыдущая цифра должна быть увеличена. Если цифры, которые нужно отменить, начинаются с цифры менее 5, предыдущая цифра должна оставаться неизменной. Если цифры, которые нужно отбросить, начинаются с 5, и по крайней мере одна из следующих цифр больше 0, цифра, предшествующая 5, увеличивается с того момента, когда количество выражается в одном блоке, и это преобразуется в другое, умножая его на коэффициент преобразования, некоторые меры предосторожности должны приниматься в округлении, так что внутренняя неопределенность остается совместимой с необработанным численным значением. Это связано с тем, что внутренняя неопределенность непревращенного значения составляет ± 0, 5 м эквивалента в относительном выражении до ± 1, 4%. Если он поднят до 11 м, внутренняя неопределенность будет эквивалентна ± 4, 5%, что приведет к ухудшению результата по отношению к непревращенному значению. Округление должно применяться только к окончательному результату. Повинуясь правилам округления чисел, мы не должны применять последовательное округление к параметрам округления и частичным результатам численных выражений, так как кумулятивная ошибка округления будет иметь тенденцию к росту. Когда во время расчетов требуется округление, в частичных результатах необходимо поддерживать две (2) значащие цифры, превышающую количество значащих цифр, указанных для окончательного результата. В качестве общих рекомендаций по чтению и записи числовых данных необходимо: - Удобно читать и записывать число, как оно представлено, без приближений округления, хотя обычно считается, что погрешность измерения инструмента больше разрешения. Когда масштабирование соответствует 0, 2 мк.с.; 0, 5 или 1, 0 индикация должна считываться до двух знаков после запятой. Кроме того, его вариация не всегда является унитарной, частота составляет порядка 5 единиц, а иногда и 2 единицы. В этих случаях необходимо регистрировать, по крайней мере, самое большое и наименьшее число, указанное в последней цифре, в цикле измерения, чтобы обнаружить наибольшее изменение цифр; - Если доступны два наблюдателя, следует прочитать, в то время как другой должен предоставить показания. Оба наблюдателя должны менять позиции и выполнять больше циклов измерений, по крайней мере три; - Все записи должны записываться точно так, как они были получены, без поправок. В случае некорректной транскрипции вам нужно только поцарапать номер, чтобы он был по-прежнему разборчивым, набрав правильный номер. Это позволяет обнаруживать возможные источники ошибок. Устранение грубых ошибок требует внимания. Наблюдатель должен быть уверен, что зарегистрированное число соответствует числу прочитанного, что позволяет избежать ошибок транскрипции из-за неправильной записи или интерпретации. Эти ошибки можно избежать, повторив удаление или повторную проверку номера после его записи и анализ того, являются ли наблюдаемые и аннотированные значения согласованными. Другим основным требованием, которое необходимо соблюдать, является независимость измерений, то есть измерение не должно зависеть от предыдущих измерений. В дополнение к любым проблемам во время регистрации некоторые данные требуют манипуляций перед использованием. Это случай записи в непрерывных диаграммах, которые следует читать и интерпретировать. Крайне важно, чтобы наблюдатель обладал необходимой квалификацией, необходимой для выполнения такой функции, помимо необходимости устанавливать процедуры на всех уровнях, для обзора и контроля числовых данных. В случае чтения и интерпретации данных задача не должна распространяться на длительные непрерывные поездки. Существует потребность в интервалах отдыха, чтобы не было значительного увеличения вероятности возникновения грубых ошибок. Следует отметить любые аномалии или изменения нормального потока работы, которые могут возникать во время измерения, включая обмен наблюдателями. Кроме того, каждая запись должна содержать дату, имя наблюдателя, идентификацию всех используемых инструментов, условия окружающей среды и любую другую соответствующую информацию. Часто данные собираются в беспорядке. Они должны быть заказаны для облегчения их обработки и интерпретации. Например, если это числовые данные, вы можете сортировать их по возрастанию или по убыванию, упорядочив их в таблицах. Существует множество способов организации таблицы. Этот текст направлен на предоставление необходимых знаний либо для промышленного, лабораторного или исследовательского, либо технологического применения с основной целью укрепления базовых знаний, что облегчит понимание любой метрологической процедуры. Международная система единиц Потребность в международной основной системе для проведения измерения заключается в существовании единицы, установленной стандартом, в соответствии с ее собственной региональной, национальной или международной конвенцией. С течением времени в разных регионах мира было создано несколько систем единиц. Хотя значение каждой величины всегда фиксировано, нередко возникает форма изменения величия. Когда они происходят, эти изменения заменяются некоторым технологическим прогрессом, который создает лучшие репродуктивные условия единичной ценности этого величия, то есть практичность и незначительные ошибки. Производные единицы Производные единицы - это единицы, которые формируются путем объединения базовых единиц в соответствии с алгебраическими отношениями, которые коррелируют соответствующие величины. Они составляют подавляющее большинство используемых количеств. Это единицы, чье определение чисто математическое, без необходимости иметь шаблон или физический элемент. Это, в основном, единицы плоского угла и телесного угла, как показано в таблице. Угол плоскости - это соотношение между двумя длинами, а телесный угол - зависимость между площадью и квадратом длины. Отмечается, что эти единицы также могут быть объединены с базовыми единицами для образования новых производных единиц. Этот килограмм представляет собой единицу массы: Масса равна массе международного прототипа кг 10-9 килограмма. Имена нескольких десятичных кратных единицы массы формируются путем добавления префиксов к слову «грамм». Например: 10-6 кг = 1 миллиграмм, но никогда не 1 микрограмма. Эти подразделения играют такую ​​важную роль, которую им необходимо сохранить для общего использования с Международной системой единиц. Они представлены в таблице. Эти единицы должны, тем не менее, вводиться в тех доменах, где они больше не используются. Удельное количество, подвергнутое измерению. Он обычно записывается в документ и имеет достаточно подробные сведения, позволяющие оператору выполнить измерение без дополнительной информации. Полное выражение включает информацию об неопределенности измерений. Термин точность не должна использоваться как точность. Обычно это оценивается по средним значениям погрешности индикации соответствующего количества повторных измерений. Используется так называемое условное истинное значение, то есть известное значение с ошибками не более одной десятой ожидаемой ошибки измерения. Даже при знании ошибки измерения все же можно получить достоверную информацию об измерениях при условии, что известны порядок величины и характер ошибки. Системная ошибка Системная ошибка - это часть ошибки, всегда присутствующая в измерениях, выполненных в тех же условиях эксплуатации. Это может быть вызвано проблемой регулировки или износа измерительной системы или факторами конструкции. Это может быть связано с используемым принципом измерения или даже под влиянием внешних факторов или факторов, таких как условия окружающей среды. Для каждого отдельного значения измеряемой величины возможно различное значение для систематических ошибок. Что касается среднего значения, можно отметить, что эти изменения происходят непредсказуемо, как для значений выше среднего, так и ниже. Существование дефолиации, трения, вибраций, колебаний электрического напряжения, внутренней нестабильности, условий окружающей среды или других влияний способствует возникновению этого типа дефекта. Его внешний вид можно суммировать в очень спорадических случаях, при условии, что работа измерения осуществляется сознательно. Его значение будет считаться нуклонным текстом. Пример 1 иллюстрирует ситуацию, когда можно охарактеризовать систематические ошибки в общении. Каждый танк имеет прямой выстрел из 15 выстрелов. Кадры танков А пролились на относительно большую площадь вокруг центра цели. Эти метки можно вписать в круг, нарисованный на рисунке. Хотя этот круг имеет относительно большой радиус, его центр примерно совпадает с центром цели. Радиус пунктирной окружности связан с разбрызгиванием снимков, которые следуют непосредственно из случайной ошибки. Среднее положение выстрелов, которое примерно совпадает с положением центра круга, отражает влияние систематической ошибки. В состоянии С в танке дисперсия намного меньше, но положение центра пунктирной линии все еще далека от центра цели, что указывает на уменьшение ошибок ошибок и большую систематическую ошибку. Сравнивая результаты танков С с А, можно утверждать, что танк С лучше. Хотя ни один из выстрелов, выпущенных танком С, не приблизился к центру цели, его рассеяние намного меньше. Как в примере на рисунке 1, так и в задачах измерения систематическая ошибка столь же важна, как и случайная ошибка. Оценка ошибок измерения. Если ошибка измерения была полностью известна, ее можно было бы исправить из-за ее влияния полностью аннулирован. Приближенное знание систематической ошибки и характеристика графика всегда желательно, так как это делает возможным его частичную коррекцию и делимитацию диапазона неопределенности, все еще присутствующей в результате измерения. Обратите внимание, что когда измерение повторяется несколько раз, ошибка ошибки принимает как положительные, так и отрицательные значения. Фактически, ошибку обычно можно моделировать как имеющую приблизительно нормальное распределение со средним значением. На практике его среднее стремится к нулю по мере увеличения числа наблюдаемых данных, поскольку оно имеет тенденцию распределять его симметрично в положительных значениях. Невзирая на грубую ошибку и предполагая, что было сделано достаточно большое количество измерений, влияние случайной ошибки на среднее значение измерений, вероятно, будет незначительным. Таким образом, среднее значение большого числа измеренных измерений многократно будет зависеть от систематической ошибки. Термин «коррекция» относится к его типичному использованию, когда он обычно добавляется к индикатору, чтобы «исправить» последствия систематической ошибки. является наиболее часто используемым в сертификатах калибровки. Эта ошибка изменяется с каждым измерением совершенно непредсказуемым образом. Мгновенное значение случайной ошибки практически или практически не имеет практического смысла, поскольку оно всегда является переменным и непредсказуемым. Характеристика случайной ошибки выполняется посредством процедур Неопределенность слова «неопределенность» означает «сомнение» или «неопределенность» в определении термина «неопределенность», «Неопределенность измерения» означает «сомнение в результате измерения». Поэтому неопределенность связана с результатом измерения. Это не соответствует случайной системе измерения, хотя это один из ее компонентов. Другие компоненты обусловлены действием величин влияния на процесс измерения, неопределенностью тренда, количеством выполненных измерений, ограниченным разрешением и т.д. поэтому нет явной математической взаимосвязи между неопределенностью процесса измерения и повторяемостью измерительной системы. Неопределенность обычно выражается в терминах стандартной неопределенности, связанной неопределенности или расширенной неопределенности. Стандартная неопределенность данного случайного эффекта соответствует оценке, эквивалентной стандартным отклонениям эффекта этого эффекта от показания. Объединенная неопределенность процесса измерения оценивается с учетом одновременного действия всех источников неопределенности и по-прежнему соответствует стандартным отклонениям полученного распределения. Оценка неопределенности включает дополнительные соображения и будет подробно рассмотрена в следующей главе. Источники ошибок На каждое измерение влияют ошибки. Эти ошибки вызваны изолированным или комбинированным действием нескольких факторов, которые влияют на процесс измерения, включая измерительную систему, процедуру измерения, действие влияющих величин и оператора. Его характеристики, как правило, деградируют с использованием, особенно при очень тяжелых условиях использования. Принятая методика измерения должна быть совместима с характеристиками купола. Число и положение выполненных измерений, принятая расчетная модель, интерпретация полученных результатов также могут вносить компоненты неопределенности в результат измерения. Изменение температуры вызывает масштабирование измерителей длины так же, как и на измеряемой величине, например, путем изменения длины измеряемой части. Изменение температуры также может быть внутренним нарушением. Примером является неустойчивость электрических измерительных систем в течение определенного периода времени после их включения. Существует необходимость ждать термостабилизации, которая минимизирует влияние температуры. Существование трений, пробелов, конструктивных несовершенств и неидеального поведения физических элементов - другие примеры внутреннего возмущения. Неправильная модификация измеряемой величины с помощью измерительной системы или оператора может иметь несколько причин. Например, в размерной метрологии размерность изменяется в зависимости от применяемой измерительной силы. На рисунке 3 показана ситуация, когда температура кофе должна быть измерена. Для этого используется ламповый термометр. При вставке в стакан подается поток энергии от кофе к термометру: лампа нагревается, пока кофе охлаждается, пока температура равновесия не будет достигнута. Именно эта температура ниже начальной температуры кофе, которая будет указана термометром. Пример, когда оператор изменяет измеряемую величину, - это когда установлен термометр для измерения температуры внутри холодильной камеры и по какой-то причине необходимо войти в эту камеру, чтобы прочитать температуру. Присутствие оператора может изменить измеряемую величину, в этом случае температуру камеры. Оператор также может ввести дополнительные ошибки в процесс измерения. Его количественная оценка очень сложна, обычно оценивается повторяющимися измерениями в контрольном образце с участием разных моментов, инструментов, операторов и типичных условий окружающей среды. Большая трудность, вызванная этими различными факторами, заключается в том, что эти возмущения накладываются на измерительный сигнал, и невозможно определить и отделить то, что ошибка от изменения измеряемой величины. Только в этих диапазонах можно гарантировать метрологические характеристики измерительных систем. Вы должны знать об этих ограничениях. Для адекватной оценки неопределенности, связанной с процессом измерения, необходимо учитывать все возможные источники неопределенности, даже те, которые кажутся несущественными. Рекомендуется, чтобы решение об актуальности каждого источника неопределенности не принималось априори. После объединения различных вкладов будет ясно, какие источники неопределенности являются доминирующими и которые незначительны. Необходимо учитывать не только внутренние ошибки самой измерительной системы, но также влияние каждой величины влияния и даже ретроакции измерительной системы на измеряемую величину. Необходимо определить как случайные, так и систематические эффекты. Насколько это возможно, влияние систематических эффектов должно быть известно и должным образом компенсироваться. Однако, поскольку невозможно точно знать значение систематических ошибок, его компенсация не может быть идеальной, что порождает неопределенность. В совокупности эти различные компоненты неопределенности, будь то остаточные или нет, должны учитываться при расчете суммарной неопределенности посредством статистических процедур. Чтобы облегчить количественную оценку вклада каждого источника ошибки, они делятся в соответствии с процедурой, используемой для их определения. Оценка достоверности А выполняется на основе статистических процедур. Следует подчеркнуть, что модели и процедуры, принятые в этой главе, применимы только для случая, когда измеряемая величина является инвариантной, т.е. имеет уникальное, четко определенное значение и остается стабильной в том периоде, в котором выполняется измерение. 7 Стандартная неопределенность Каждый источник ошибок систематически и случайным образом влияет на ошибку измерения. После компенсации систематической части случайная часть, которая будет считаться, остается. Для количественной оценки случайного графика обычно экспериментально оценивать его дисперсию стандартным отклонением. Стандартная неопределенность источника ошибки затем определяется как диапазон дисперсии вокруг центрального значения, эквивалентного одному стандартным отклонениям. Стандартная неопределенность должна оцениваться для каждого источника ошибки. Важно провести критический анализ процесса измерения для выявления значительных ошибок и количественного определения соответствующих значений соответствующих стандартных неопределенностей каждого компонента. Следует помнить, что для того, чтобы оценка по вышеуказанному уравнению была надежной, необходимо задействовать достаточно большое количество независимых наблюдений. Тем не менее, по-прежнему необходимо оценить влияние каждого источника неопределенности для оценки суммарной неопределенности измерения. Определение В стандартной неопределенности источника неопределенности осуществляется нестатистическими средствами. В общем случае рассматривается другая информация, известная априори, например, предыдущие измерения, сертификаты калибровки, технические характеристики прибора, технические руководства и другие сертификаты и даже оценки, основанные на предварительных знаниях и опыте экспериментатора. Оценка типа В обычно зависит от обширного практического опыта практикующего и может быть столь же надежной, как тип А. Сертификаты калибровки стандартов или модули измерительной системы являются многогранными источниками для этого типа информации. Также должны использоваться исторические записи метрологических или эксплуатационных характеристик элементов, используемых в измерении или самих влиятельных величин. Если ничего не сказано об обратном, и если сбор информации включает в себя выразительный объем данных, основанный на центральной предельной теореме, то принято считать, что поведение ссылочного источника ошибок может быть достаточно хорошо смоделировано нормальным распределением. В этих случаях характеризуются верхний и нижний пределы, в которых характеризуются эффекты источника ошибки на индикацию анализируемой системы измерения. С статистической точки зрения недостаточно информации, чтобы принять форму распределения вероятностей, связанных с эффектами этого источника неопределенностей. Как правило, существование прямоугольного распределения вероятности принимается защитой, т.е. существует такая же вероятность того, что эффект находится в любой точке в установленных пределах. Известно, что систематические эффекты влияют на результат, но мы решили не компенсировать их. Очевидно, что, хотя это и реализует уровни неопределенностей, присутствующих в результате измерения, оно может быть совершенно справедливым, пока возникающие уровни неопределенности все еще недостаточно малы для выполнения требований измерения. В этом случае распределение эффекта этих ошибок часто не симметрично относительно нуля. Их лечение с статистической точки зрения сложнее. Хотя в этих случаях можно получить более надежные оценки влияний анализируемых источников ошибок, обычно приложенное дополнительное усилие не оправдывает полученный выигрыш. Эти случаи выходят за рамки этого текста и здесь не рассматриваются. Баланс неопределенности Чтобы оценить возникающую неопределенность в процессе измерения, необходимо объединить их после проведения точного обследования и количественного определения влияния различных источников неопределенности. Чтобы систематизировать анализ этих различных источников ошибок, предлагается собрать баланс неопределенности, объединив следующие элементы: 1 Идентификация источников неопределенности Каждый источник неопределенностей должен быть четко определен. Рекомендуется использовать простые термины и избегать двусмысленных интерпретаций. Если это удобно, символ может быть связан с источником неопределенностей. Также рекомендуется уточнить блок, в котором будут выражены значения относительно источника неопределенностей. Если этот блок отличается от единицы измерения, рекомендуется также указать мультипликативный коэффициент, который преобразует эффект источника ошибки в изменения в показаниях измерительной системы. Если это соотношение не является линейным, оно должно быть четко представлено в мемориале расчета. 2 Оценка систематических эффектов Системное воздействие каждого источника неопределенностей должно быть количественно определено. Потеря значимости влияния по отношению к его идеальной величине может быть представлена ​​в ее естественной единице, но исправление, вытекающее из этого систематического воздействия на указание измерительной системы, должно быть преобразовано и представлено в единице измерения. 3 Оценка случайных эффектов Информация должна быть собрана для оценки неопределенности, связанной с источником ошибки. Рекомендуется представить значение, связанное с пределами изменения источника неопределенности в вашей естественной единице, и определить тип распределения вероятности. В зависимости от типа распределения будет определен делитель, используемый для преобразования известного значения в стандартную неопределенность. Для нормальных распределений это значение обычно неэкономично в случае оценки неопределенности типа А или оно совпадает с коэффициентом покрытия, используемым в источнике информации, когда рассматривается оценка типа В. В случае прямоугольных распределений делитель - это стандартная неопределенность, которая затем вычисляется после этого деления и его эффекта, выражаемого в единицах измеряемой величины. Следует также указать количество степеней свободы. Если задействованы нормальные или прямоугольные распределения, в практическом плане может быть принят ряд степеней бесконечной свободы. 4 Рабочая таблица оценки Эта информация может быть организована в виде таблицы оценки. Данные, необходимые для составления объединенной неопределенности, связанной с принятым процессом измерения, являются необходимыми данными. 5 Памятная записка Удобно отслеживать соображения, преобразования единиц и другие вычисления, связанные с заполнением различных полей на листе. Эта информация может быть полезной в будущем и подтверждать принятую строгость. Кроме того, они собирают дополнительную информацию из различных источников ошибок. Комбинированная неопределенность в прямых измерениях Помимо оценки индивидуального влияния каждого источника ошибки на результаты анализируемого процесса измерения, необходимо прийти к одному числу, которое оценивает общую неопределенность этих различных источников ошибок. Если различные источники ошибок действуют независимо, это число не может быть получено простым суммированием каждой неопределенности. Следует учитывать статистические аспекты. Две случайные величины считаются статистически независимыми, если их вариации ведут себя совершенно несвязанным образом, т.е. нет никакой связи между ростом одного и ростом другого. С статистической точки зрения эти переменные называются некоррелированными, а их коэффициент корреляции равен нулю. Это наиболее распространенная ситуация среди источников ошибок при прямых измерениях. Говорят, что две случайные величины являются статистически зависимыми, если их изменения происходят соответствующим образом, т.е. существует четкая связь между ростом одного и ростом другого пропорциональным образом первому. С статистической точки зрения эти переменные называются коррелированными, а их коэффициент корреляции положителен и отрицателен. Существует также случай, когда рост первого явно связан с пропорциональным уменьшением последнего. В этом случае эти переменные все еще коррелированы, и их коэффициент корреляции также является унитарным, но отрицательным. Источники статистически зависимых ошибок вряд ли присутствуют в прямых измерениях. Приходит, что существует сумма эффектов нескольких случайных величин. Выражение справедливо только для оценки объединенной неопределенности, если все неопределенности объединяются аддитивным образом и взаимно статистически независимы. Объединенное действие систематических эффектов можно оценить, просто добавив алгебраическую поправку, присвоенную каждому источнику неопределенностей. Таким образом получается комбинированная коррекция. Расширенная неопределенность Объединенная неопределенность, оцененная через уравнение, отражает совокупное влияние различных источников рассматриваемых ошибок. Полученное значение представляет собой диапазон значений вокруг среднего значения, в пределах которого с статистически определенной вероятностью предполагается найти ошибку измерения. Обычно это соответствует вероятности создания около 68% и нормального распределения. Выбор подходящего значения коэффициента покрытия должен учитывать в дополнение к желаемой достоверности количество эффективных степеней свободы, связанных с этим случаем. Из применения уравнения получается число эффективных степеней свободы. Правильная характеристика неопределенностей, связанных с этими ошибками, имеет большое значение, так что результат измерения можно безопасно оценить. В этой главе в общих чертах представлены характерные аспекты калибровки и связанные с ней операции. Основные операции для оценки калибровочных калибровочных систем. Калибровка - экспериментальная процедура, посредством которой устанавливаются конкретные отношения между значениями, указанными измерительным прибором или измерительной системой, или значениями, представленными материализованным измерительным или эталонным материалом, и соответствующие значения величин, установленных стандартами. Эффективное значение «стандартного резистора». Результат калибровки позволяет как устанавливать значения для определения показаний, так и определения поправок. Калибровка также может определять другие метрологические свойства, такие как влияние влияющих величин на индикацию или поведение систем измерения в неблагоприятных условиях использования. Результат калибровки обычно записывается в специальный документ, называемый сертификатом калибровки. Сертификат калибровки содержит несколько сведений о метрологических характеристиках анализируемой измерительной системы и четко описывает выполняемые процедуры.

  • Эта работа была разработана командой, имена которой связаны между собой.
  • Технический курс по конечным технологиям природного газа: метрология.
Единственными меридианами, значения которых прекрасно известны, являются стандартными величинами, поскольку их значение фиксировано условным образом.

10) личная погрешность;

11) статическая погрешность;

12) динамическая погрешность.

Погрешности измерений классифицируются по следующим признакам.

По способу математического выражения погрешности делятся на абсолютные погрешности и относительные погрешности.

По взаимодействию изменений во времени и входной величины погрешности делятся на статические погрешности и динамические погрешности.

По характеру появления погрешности делятся на систематические погрешности и случайные погрешности.

Абсолютная погрешность – это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины.

Абсолютная погрешность вычисляется по следующей формуле:

где AQn – абсолютная погрешность;

Q n – значение некой величины, полученное в процессе измерения;

Q 0

Абсолютная погрешность меры – это значение, вычисляемое как разность между числом, являющимся номинальным значением меры, и настоящим (действительным) значением воспроизводимой мерой величины.

Относительная погрешность – это число, отражающее степень точности измерения.

Относительная погрешность вычисляется по следующей формуле:

где ΔQ – абсолютная погрешность;

Q 0 – настоящее (действительное) значение измеряемой величины.

Приведенная погрешность – это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погрешности к нормирующему значению.

Нормирующее значение определяется следующим образом:

1) для средств измерений, для которых утверждено номинальное значение, это номинальное значение принимается за нормирующее значение;

2) для средств измерений, у которых нулевое значение располагается на краю шкалы измерения или вне шкалы, нормирующее значение принимается равным конечному значению из диапазона измерений. Исключением являются средства измерений с существенно неравномерной шкалой измерения;

3) для средств измерений, у которых нулевая отметка располагается внутри диапазона измерений, нормирующее значение принимается равным сумме конечных численных значений диапазона измерений;

4) для средств измерения (измерительных приборов), у которых шкала неравномерна, нормирующее значение принимается равным целой длине шкалы измерения или длине той ее части, которая соответствует диапазону измерения. Абсолютная погрешность тогда выражается в единицах длины.

Погрешность измерения включает в себя инструментальную погрешность , методическую погрешность и погрешность отсчитывания. Причем погрешность отсчитывания возникает по причине неточности определения долей деления шкалы измерения.

Инструментальная погрешность – это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.

Методическая погрешность – это погрешность, возникающая по следующим причинам:

1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения;

2) неверное применение средств измерений.

Субъективная погрешность – это погрешность возникающая из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, а также из-за погрешности зрительных органов человека, т. е. причиной возникновения субъективной погрешности является человеческий фактор.

Погрешности по взаимодействию изменений во времени и входной величины делятся на статические и динамические погрешности.

Статическая погрешность – это погрешность, которая возникает в процессе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины.

Динамическая погрешность – это погрешность, численное значение которой вычисляется как разность между погрешностью, возникающей при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью значения измеряемой величины в определенный момент времени).

По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.

Основная погрешность – это погрешность, полученная в нормальных условиях эксплуатации средства измерений (при нормальных значениях влияющих величин).

Дополнительная погрешность – это погрешность, которая возникает в условиях несоответствия значений влияющих величин их нормальным значениям, или если влияющая величина переходит границы области нормальных значений.

Нормальные условия – это условия, в которых все значения влияющих величин являются нормальными либо не выходят за границы области нормальных значений.

Рабочие условия – это условия, в которых изменение влияющих величин имеет более широкий диапазон (значения влияющих не выходят за границы рабочей области значений).

Рабочая область значений влияющей величины – это область значений , в которой проводится нормирование значений дополнительной погрешности.

По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивная погрешность – это погрешность, возникающая по причине суммирования численных значений и не зависящая от значения измеряемой величины, взятого по модулю (абсолютного).

Мультипликативная погрешность – это погрешность, изменяющаяся вместе с изменением значений величины, подвергающейся измерениям.

Надо заметить, что значение абсолютной аддитивной погрешности не связано со значением измеряемой величины и чувствительностью средства измерений. Абсолютные аддитивные погрешности неизменны на всем диапазоне измерений.

Значение абсолютной аддитивной погрешности определяет минимальное значение величины, которое может быть измерено средством измерений.

Значения мультипликативных погрешностей изменяются пропорционально изменениям значений измеряемой величины. Значения мультипликативных погрешностей также пропорциональны чувствительности средства измерений Мультипликативная погрешность возникает из-за воздействия влияющих величин на параметрические характеристики элементов прибора.

Погрешности, которые могут возникнуть в процессе измерений, классифицируют по характеру появления. Выделяют:

1) систематические погрешности;

2) случайные погрешности.

В процессе измерения могут также появиться грубые погрешности и промахи.

Систематическая погрешность – это составная часть всей погрешности результата измерения, не изменяющаяся или изменяющаяся закономерно при многократных измерениях одной и той же величины. Обычно систематическую погрешность пытаются исключить возможными способами (например, применением методов измерения, снижающих вероятность ее возникновения), если же систематическую погрешность невозможно исключить, то ее просчитывают до начала измерений и в результат измерения вносятся соответствующие поправки. В процессе нормирования систематической погрешности определяются границы ее допустимых значений. Систематическая погрешность определяет правильность измерений средств измерения (метрологическое свойство).

Систематические погрешности в ряде случаев можно определить экспериментальным путем. Результат измерений тогда можно уточнить посредством введения поправки.

Способы исключения систематических погрешностей делятся на четыре вида:

1) ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений;

2) устранение погрешностей в процессе уже начатого измерения способами замещения, компенсации погрешностей по знаку, противопоставлениям, симметричных наблюдений;

3) корректировка результатов измерения посредством внесения поправки (устранение погрешности путем вычислений);

4) определение пределов систематической погрешности в случае, если ее нельзя устранить.

Ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений. Данный способ является самым оптимальным вариантом, так как его использование упрощает дальнейший ход измерений (нет необходимости исключать погрешности в процессе уже начатого измерения или вносить поправки в полученный результат).

Для устранения систематических погрешностей в процессе уже начатого измерения применяются различные способы

Способ введения поправок базируется на знании систематической погрешности и действующих закономерностей ее изменения. При использовании данного способа в результат измерения, полученный с систематическими погрешностями, вносят поправки, по величине равные этим погрешностям, но обратные по знаку.

Способ замещения состоит в том, что измеряемая величина заменяется мерой, помещенной в те же самые условия, в которых находился объект измерения. Способ замещения применяется при измерении следующих электрических параметров: сопротивления, емкости и индуктивности.

Способ компенсации погрешности по знаку состоит в том, что измерения выполняются два раза таким образом, чтобы погрешность, неизвестная по величине, включалась в результаты измерений с противоположным знаком.

Способ противопоставления похож на способ компенсации по знаку. Данный способ состоит в том, что измерения выполняют два раза таким образом, чтобы источник погрешности при первом измерении противоположным образом действовал на результат второго измерения.

Случайная погрешность – это составная часть погрешности результата измерения, изменяющаяся случайно, незакономерно при проведении повторных измерений одной и той же величины. Появление случайной погрешности нельзя предвидеть и предугадать. Случайную погрешность невозможно полностью устранить, она всегда в некоторой степени искажает конечные результаты измерений. Но можно сделать результат измерения более точным за счет проведения повторных измерений. Причиной случайной погрешности может стать, например, случайное изменение внешних факторов, воздействующих на процесс измерения. Случайная погрешность при проведении многократных измерений с достаточно большой степенью точности приводит к рассеянию результатов.

Промахи и грубые погрешности – это погрешности, намного превышающие предполагаемые в данных условиях проведения измерений систематические и случайные погрешности. Промахи и грубые погрешности могут появляться из-за грубых ошибок в процессе проведения измерения, технической неисправности средства измерения, неожиданного изменения внешних условий.

15. Качество измерительных приборов

Качество измерительного прибора – это уровень соответствия прибора своему прямому предназначению. Следовательно, качество измерительного прибора определяется тем, насколько при использовании измерительного прибора достигается цель измерения.

Главная цель измерения – это получение достоверных и точных сведений об объекте измерений.

Для того чтобы определить качество прибора, необходимо рассмотреть следующие его характеристики:

1) постоянную прибора;

2) чувствительность прибора;

3) порог чувствительности измерительного прибора;

4) точность измерительного прибора.

Постоянная прибора – это некоторое число, умножаемое на отсчет с целью получения искомого значения измеряемой величины, т. е. показания прибора. Постоянная прибора в некоторых случаях устанавливается как цена деления шкалы, которая представляет собой значение измеряемой величины, соответствующее одному делению.

Чувствительность прибора – это число, в числителе которого стоит величина линейного или углового перемещения указателя (если речь идет о цифровом измерительном приборе, то в числителе будет изменение численного значения, а в знаменателе – изменение измеряемой величины, которое вызвало данное перемещение (или изменение численного значения)).

Порог чувствительности измерительного прибора – число, являющееся минимальным значением измеряемой величины, которое может зафиксировать прибор.

Точность измерительного прибора – это характеристика , выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины. Точность измерительного прибора определяется посредством установления нижнего и верхнего пределов максимально возможной погрешности.

Практикуется подразделение приборов на классы точности, основанное на величине допустимой погрешности.

Класс точности средств измерений – это обобщающая характеристика средств измерений, которая определяется границами основных и дополнительных допускаемых погрешностей и другими, определяющими точность характеристиками Классы точности определенного вида средств измерений утверждаются в нормативной документации . Причем для каждого отдельного класса точности утверждаются определенные требования к метрологическим характеристикам Объединение установленных метрологических характеристик определяет степень точности средства измерений, принадлежащего к данному классу точности.

Класс точности средства измерений определяется в процессе его разработки. Так как в процессе эксплуатации метрологические характеристики как правило ухудшаются, можно по результатам проведенной калибровки (поверки) средства измерений понижать его класс точности.

16. Погрешности средств измерений

Погрешности средств измерений классифицируются по следующим критериям:

1) по способу выражения;

2) по характеру проявления;

3) по отношению к условиям применения. По способу выражения выделяют абсолютную и относительную погрешности.

Абсолютная погрешность вычисляется по формуле:

ΔQn =Qn −Q0,

где Δ Q n – абсолютная погрешность проверяемого средства измерения;

Q n – значение некой величины, полученное с помощью проверяемого средства измерения;

Q 0 – значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).

Относительная погрешность – это число, отражающее степень точности средства измерения. Относительная погрешность вычисляется по следующей формуле:

где Δ Q – абсолютная погрешность;

Q 0 – настоящее (действительное) значение измеряемой величины.

Относительная погрешность выражается в процентах.

По характеру проявления погрешности подразделяют на случайные и систематические.

По отношению к условиям применения погрешности подразделяются на основные и дополнительные.

Основная погрешность средств измерения – это погрешность, которая определяется в том случае, если средства измерения применяются в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средств измерения – это составная часть погрешности средства измерения, возникающая дополнительно, если какая-либо из влияющих величин выйдет за пределы своего нормального значения.

17. Метрологическое обеспечение измерительных систем

Метрологическое обеспечение – это утвержение и использование научно-технических и организационных основ, технических приборов, норм и стандартов с целью обеспечения единства и установленной точности измерений. Метрологическое обеспечение в своем научном аспекте базируется на метрологии.

Можно выделить следующие цели метрологического обеспечения:

1) достижение более высокого качества продукции;

2) обеспечение наибольшей эффективности системы учета;

3) обеспечение профилактических мероприятий, диагностики и лечения;

4) обеспечение эффективного управления производством;

5) обеспечение высокого уровня эффективности научных работ и экспериментов;

6) обеспечение более высокой степени автоматизации в сфере управления транспортом ;

7) обеспечение эффективного функционирования системы нормирования и контроля условий труда и быта;

8) повышение качества экологического надзора;

9) улучшение качества и повешение надежности связи;

10) обеспечение эффективной системы оценивания различных природных ресурсов.

Метрологическое обеспечение технических устройств – это

совокупность научно-технических средств, организационных мероприятий и мероприятий, проводимых соответствующими учреждениями с целью достижения единства и требуемой точности измерений, а также установленных характеристик технических приборов.

Измерительная система – средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и другое, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.

Измерительные системы используются для:

1) технической характеристики объекта измерений, получаемой путем проведения измерительных преобразований некоторого количества динамически изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин;

2) автоматизированной обработки полученных результатов измерений;

3) фиксирования полученных результатов измерений и результатов их автоматизированной обработки;

4) перевода данных в выходные сигналы системы. Метрологическое обеспечение измерительных систем подразумевает:

1) определение и нормирование метрологических характеристик для измерительных каналов;

2) проверку технической документации на соответствие метрологическим характеристикам;

3) проведение испытаний измерительных систем для установления типа, к которому они принадлежат;

4) проведение испытаний для определения соответствия измерительной системы установленному типу;

5) проведение сертификации измерительных систем;

6) проведение калибровки (проверки) измерительных систем;

7) обеспечение метрологического контроля над производством и использованием измерительных систем.

Измерительный канал измерительной системы – это часть измерительной системы, технически или функционально обособленная, предназначенная для выполнения определенной завершающейся функции (например, для восприятия измеряемой величины или для получения числа или кода, являющегося результатом измерений этой величины). Разделяют:

1) простые измерительные каналы;

2) сложные измерительные каналы.

Простой измерительный канал – это канал, в котором используется прямой метод измерений, реализующийся посредством упорядоченных измерительных преобразований.

В сложном измерительном канале выделяют первичную часть и вторичную часть. В первичной части сложный измерительный канал является объединением некоторого числа простых измерительных каналов. Сигналы с выхода простых измерительных каналов первичной части применяются для косвенных, совокупных или совместных измерений или для получения пропорционального результату измерений сигнала во вторичной части.

Измерительный компонент измерительной системы – это средство измерений, обладающее отдельно нормированными метрологическими характеристиками. Примером измерительного компонента измерительной системы может послужить измерительный прибор. К измерительным компонентам измерительной системы принадлежат также аналоговые вычислительные устройства (устройства, выполняющие измерительные преобразования). Аналоговые вычислительные устройства принадлежат к группе устройств с одним или несколькими вводами.

Измерительные компоненты измерительных систем бывают следующих видов.

Связующий компонент – это технический прибор или элемент окружающей среды, применяющиеся в целях обмена сигналами, содержащими сведения об измеряемой величине, между компонентами измерительной системы с минимально возможными искажениями. Примером связующего компонента может послужить телефонная линия, высоковольтная линия электропередачи, переходные устройства.

Вычислительный компонент – это цифровое устройство (часть цифрового устройства), предназначенное для выполнения вычислений, с установленным программным обеспечением. Вычислительный компонент применяется для вычи

сления результатов измерений (прямых, косвенных, совместных, совокупных), которые представляют собой число или соответствующий код, вычисления производятся по итогам первичных преобразований в измерительной системе. Вычислительный компонент выполняет также логические операции и координирование работы измерительной системы.

Комплексный компонент – это составная часть измерительной системы, представляющая собой технически или территориально объединенную совокупность компонентов Комплексный компонент завершает измерительные преобразования, а также вычислительные и логические операции, которые утверждены в принятом алгоритме обработки результатов измерений для других целей.

Вспомогательный компонент – это технический прибор, предназначенный для обеспечения нормального функционирования измерительной системы, но не принимающий участия в процессе измерительных преобразований.

Согласно соответствующим ГОСТам метрологические характеристики измерительной системы должны быть в обязательном порядке нормированы для каждого измерительного канала, входящего в измерительную систему, а также для комплексных и измерительных компонентов измерительной системы.

Как правило, изготовитель измерительной системы определяет общие нормы на метрологические характеристики измерительных каналов измерительной системы.

Нормированные метрологические характеристики измерительных каналов измерительной системы призваны:

1) обеспечивать определение погрешности измерений с помощью измерительных каналов в рабочих условиях;

2) обеспечивать эффективный контроль над соответствием измерительного канала измерительной системы нормированным метрологическим характеристикам в процессе испытаний измерительной системы. В случае, если определение или контроль над метрологическими характеристиками измерительного канала измерительной системы не могут осуществляться экспериментальным путем для всего измерительного канала, нормирование метрологических характеристик проводится для составных частей измерительного канала. Причем, объединение этих частей должно представлять собой целый измерительный канал

Нормировать характеристики погрешности в качестве метрологических характеристик измерительного канала измерительной системы можно как при нормальных условиях использования измерительных компонентов, так и при рабочих условиях, для которых характерно такое сочетание влияющих факторов, при котором модуль численного значения характеристик погрешности измерительного канала имеет максимально возможное значение. Для большей эффективности для промежуточных сочетаний влияющих факторов также нормируются характеристики погрешностей измерительного канала. Данные характеристики погрешности измерительных каналов измерительной системы необходимо проверять посредством их расчета по метрологическим характеристикам компонентов измерительной системы, представляющих собой в целом измерительный канал. Причем рассчитанные значения характеристик погрешности измерительных каналов могут и не проверяться экспериментальным путем. Но тем не менее в обязательном порядке должен осуществляться контроль метрологических характеристик для всех составных частей (компонентов) измерительной системы, нормы которых являются исходными данными в расчете.

Нормированные метрологические характеристики комплексных компонентов и измерительных компонентов должны:

1) обеспечивать определение характеристик погрешности измерительных каналов измерительной системы при рабочих условиях применения с использованием нормированных метрологических характеристик компонентов;

2) обеспечивать осуществление эффективного контроля над данными компонентами в процессе испытаний, проводимых с целью установления типа, и поверке соответствия нормированным метрологическим характеристикам. Для вычислительных компонентов измерительной системы, в случае, если их программное обеспечение не учитывалось в процессе нормирования метрологических характеристик, нормируются погрешности вычислений, источником которых является функционирование программного обеспечения (алгоритм вычислений, его программная реализация). Для вычислительных компонентов измерительной системы могут также нормироваться другие характеристики, при условии учета специфики вычислительного компонента, которая может воздействовать на характеристики составляющих частей погрешности измерительного канала (характеристики составляющей погрешности), если составляющая погрешность возникает из-за использования данной программы обработки результатов измерений.

Техническая документация по эксплуатации измерительной системы должна включать в себя описание алгоритма и программы, работающей в соответствии с описанным алгоритмом. Данное описание должно позволять рассчитывать характеристики погрешности результатов измерений с использованием характеристик погрешности составной части измерительного канала измерительной системы, расположенной перед вычислительным компонентом.

Для связующих компонентов измерительной системы нормируются два вида характеристик:

1) характеристики, обеспечивающие такое значение составляющей погрешности измерительного канала, вызванной связующим компонентом, которым можно пренебречь;

2) характеристики, позволяющие определить значение составляющей погрешности измерительного канала, вызванной связующим компонентом.

18. Выбор средств измерений

При выборе средств измерений в первую очередь должно учитываться допустимое значение погрешности для данного измерения, установленное в соответствующих нормативных документах.

В случае, если допустимая погрешность не предусмотрена в соответствующих нормативных документах, предельно допустимая погрешность измерения должна быть регламентирована в технической документации на изделие .

При выборе средств измерения должны также учитываться:

1) допустимые отклонения;

2) методы проведения измерений и способы контроля. Главным критерием выбора средств измерений является соответствие средств измерения требованиям достоверности измерений, получения настоящих (действительных) значений измеряемых величин с заданной точностью при минимальных временных и материальных затратах.

Для оптимального выбора средств измерений необходимо обладать следующими исходными данными:

1) номинальным значением измеряемой величины;

2) величиной разности между максимальным и минимальным значением измеряемой величины, регламентируемой в нормативной документации;

3) сведениями об условиях проведения измерений.

Если необходимо выбрать измерительную систему, руководствуясь критерием точности, то ее погрешность должна вычисляться как сумма погрешностей всех элементов системы (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей), в соответствии с установленным для каждой системы законом.

Предварительный выбор средств измерений производится в соответствии с критерием точности, а при окончательном выборе средств измерений должны учитываться следующие требования:

1) к рабочей области значений величин, оказывающих влияние на процесс измерения;

2) к габаритам средства измерений;

3) к массе средства измерений;

4) к конструкции средства измерений.

При выборе средств измерений необходимо учитывать предпочтительность стандартизированных средств измерений.

19. Методы определения и учета погрешностей

Методы определения и учета погрешностей измерений используются для того, чтобы:

1) на основании результатов измерений получить настоящее (действительное) значение измеряемой величины;

2) определить точность полученных результатов, т. е. степень их соответствия настоящему (действительному) значению.

В процессе определения и учета погрешностей оцениваются:

1) математическое ожидание;

2) среднеквадратическое отклонение.

Точечная оценка параметра (математического ожидания или среднеквадратического отклонения) – это оценка параметра, которая может быть выражена одним числом. Точечная оценка является функцией от экспериментальных данных и, следовательно, сама должна быть случайной величиной, распределенной по закону, зависящему от закона распределения для значений исходной случайной величины Закон распределения значений точечной оценки будет зависеть также от оцениваемого параметра и от числа испытаний (экспериментов).

Точечная оценка бывает следующих видов:

1) несмещенная точечная оценка;

2) эффективная точечная оценка;

3) состоятельная точечная оценка.

Несмещенная точечная оценка – это оценка параметра погрешности, математическое ожидание которой равно этому параметру.

Эффективная точечная оценка – это точечная оценка. дисперсия которой меньше, чем дисперсия другой какой угодно оценки этого параметра.

Состоятельная точечная оценка – это оценка, которая при увеличении числа испытаний стремится к значению параметра, подвергающегося оценке.

Основные методы определения оценок:

1) метод максимального правдоподобия (метод Фишера);

2) метод наименьших квадратов.

6) использование полученных результатов измерений при обязательном условии оценки погрешности данных результатов с установленной вероятностью;

7) обеспечение контроля над соответствием средств измерений метрологическим правилам и характеристикам;

8) обеспечение государственного и ведомственного надзора за средствами измерений.

Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» был принят в 1993 г. До принятия данного Закона нормы в области метрологии не были регламентированы законодательно На момент принятия в Законе присутствовало много новшеств начиная от утвержденной терминологии и заканчивая лицензированием метрологической деятельности в стране В Законе были четко разграничены обязанности государственного метрологического контроля и государственного метрологического надзора, установлены новые правила калибровки, введено понятие добровольной сертификации средств измерений.

Основные положения.

Прежде всего цели закона состоят в следующем:

1) осуществление защиты законных прав и интересов граждан Российской Федерации, правопорядка и экономики РФ от возможных негативных последствий, вызванных недостоверными и неточными результатами измерений;

2) помощь в развитии науке, технике и экономике посредством регламентирования использования государственных эталонов единиц величин и применения результатов измерений, обладающих гарантированной точностью. Результаты измерений должны быть выражены в установленных в стране единицах измерения;

3) способствование развитию и укреплению международных и межфирменных отношений и связей;

4) регламентирование требований к изготовлению, выпуску, использованию, ремонту, продаже и импорту средств измерений, производимых юридическими и физическими лицами;

5) интеграция системы измерений Российской Федерации в мировую практику.

Сферы приложения Закона: торговля; здравоохранение; защита окружающей среды; экономическая и внешнеэкономическая деятельность; некоторые сферы производства, связанные с калибровкой (поверкой) средств измерений метрологическими службами, принадлежащими юридическим лицам, проводимой с применением эталонов, соподчиненных государственным эталонам единиц величин.

В Законе законодательно утверждены основные понятия:

1) единство измерений;

2) средство измерений;

3) эталон единицы величины;

4) государственный эталон единицы величины;

5) нормативные документы по обеспечению единства измерений;

6) метрологическая служба;

7) метрологический контроль;

8) метрологический надзор;

9) калибровка средств измерений;

10) сертификат о калибровке.

Все определения, утвержденные в Законе, базируются на официальной терминологии Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).

В основных статьях закона регламентируется:

4) качество товаров и другие объекты, утвержденные законодательной метрологией.

Область применения Государственного метрологического контроля и надзора распространяется на:

1) здравоохранение;

2) ветеринарную практику;

3) охрану окружающей среды;

4) торговлю;

5) расчеты между экономическими агентами;

6) учетные операции, осуществляемые государством;

7) обороноспособность государства;

8) геодезические работы;

9) гидрометеорологические работы;

10) банковские операции;

11) налоговые операции;

12) таможенные операции;

13) почтовые операции;

14) продукцию, поставки которой осуществляются по государственным контрактам;

15) проверку и контроль качества продукции на выполнение обязательных требований государственных стандартов Российской Федерации;

16) измерения, которые осуществляются по запросам судебных органов, прокуратуры и других государственных органов;

17) регистрацию спортивных рекордов государственного и международного масштабов.

Необходимо отметить, что неточность и недостоверность измерений в непроизводственных сферах, таких как здравоохранение, могут повлечь за собой серьезные последствия и угрозу безопасности. Неточность и недостоверность измерений в сфере торговых и банковских операций, например, могут вызвать огромные финансовые потери как отдельных граждан, так и государства.

Объектами Государственного метрологического контроля и надзора могут являться, например, следующие средства измерений:

1) приборы для измерения кровяного давления;

2) медицинские термометры;

3) приборы для определения уровня радиации;

4) устройства для определения концентрации окиси углерода в выхлопных газах автомобилей;

5) средства измерений, предназначенные для контроля качества товара.

В Законе Российской Федерации установлено три вида государственного метрологического контроля и три вида государственного метрологического надзора.

Виды государственного метрологического контроля:

1) определение типа средств измерений;

2) поверка средств измерений;

3) лицензирование юридических и физических лиц, занимающихся производством и ремонтом средств измерений. Виды государственного метрологического надзора:

1) за изготовлением, состоянием и эксплуатацией средств измерений, аттестованными методами выполнения измерений, эталонами единиц физических величин, выполнением метрологических правил и норм;

2) за количеством товаров, которые отчуждаются в процессе торговых операций;

3) за количеством товаров, расфасованных в упаковки любого вида, в процессе их фасовки и продажи.

Будучи точной наукой, математика не терпит приведения ситуаций к общему без учета особенностей конкретного примера. В частности, невозможно сделать в математике, физике правильное измерение буквально «на глазок», не учтя при этом появляющуюся погрешность.

О чем идет речь?

Учеными были найдены разные виды погрешности, поэтому в наши дни можно смело говорить, что ни один знак после запятой не остаётся без внимания. Конечно же, нельзя без округлений, иначе все люди на планете только и занимались бы, что счетом, уходя вглубь тысячных и десятитысячных долей. Как известно, многие числа не могут быть поделены друг на друга без остатка, а измерения, получаемые в ходе экспериментов - это попытка поделить непрерывное на отдельные части, чтобы измерить их.

Практически и вычислений действительно очень важна, так как является одним из основных параметров, позволяющих говорить о корректности данных. Виды погрешности отражают, насколько близки полученные цифры к реальности. Что касается количественного выражения: погрешность измерений - вот то, что показывает, насколько верным вышел результат. Точность выше, если погрешность оказалась меньше.


Законы науки

Согласно найденным закономерностям, действующим в существующей ныне теории погрешностей, в ситуации, когда точность результата должна быть выше, нежели имеющаяся, вдвое, придется вчетверо увеличить количество экспериментов. В случае когда точность увеличивают трижды, экспериментов должно стать больше в 9 раз. Исключается систематическая погрешность.

Метрология считает, измерение погрешностей принадлежит к числу наиболее важных этапов, позволяющих гарантировать единство измерений. Придется учитывать: точность подвержена влиянию широкого спектра факторов. Это привело к разработке очень сложной системы классификации, действующей лишь с оговоркой, что она условна. В реальных условиях результаты сильно зависят не только от свойственной процессу погрешности, но и от особенностей самого процесса получения информации для анализа.


Система классификации

Виды погрешности, выделяемые современными учеными:

  • абсолют;
  • относительная;
  • приведенная.
  • систематическая погрешность;
  • случайность.

Первая величина постоянна, зависит от особенностей измерительного процесса и остается неизменной, если при каждой следующей манипуляции условия сохраняются прежними.

А вот случайная погрешность может меняться, если испытатель повторяет аналогичные проведенным исследования, используя ту же аппарату и находясь в идентичных первому периоду условиях.

Систематическая, случайная погрешность проявляются одновременно и бывают в любых испытаниях. Значение случайной величины заранее неизвестно, так как ее провоцируют непредсказуемые факторы. Несмотря на невозможность исключения, разработаны алгоритмы уменьшения этой величины. Они применяются на этапе обработки полученных при проведении исследований данных.

Систематическая в сравнении со случайной отличается явственностью источников, ее провоцирующих. Она выявляется заранее и может быть рассмотрена учеными при учете взаимосвязи с ее причинами.

А если разбираться подробнее?

Чтобы иметь полное представление о понятии, нужно знать не только виды погрешности, но и то, каковы составляющие этого явления. Математики выделяют следующие компоненты:

  • связанный с методикой;
  • обусловленный инструментами;
  • субъективные.

Производя расчет погрешности, оператор зависит от конкретных, только ему присущих, индивидуальных особенностей. Именно они и формируют субъективный компонент погрешности, нарушающей точность анализа информации. Возможно, причина будет в недостатке опыта, иной раз - в ошибках, связанных со стартом отсчета показаний.

Преимущественно расчет погрешности учитывает два других пункта, то есть инструментальный и методический.

Важные составляющие компоненты

Точность и погрешность - понятия, без которых невозможна ни физика, ни математика, ни ряд других естественных и точных наук, на них основанных.

При этом необходимо помнить, что все известные человечеству методики получения данных в ходе экспериментов несовершенны. Именно этим и спровоцирована методическая погрешность, избежать которой совершенно невозможно. На нее влияют также принятая система исчисления и неточности, свойственные расчетным формулам. Безусловно, свое влияние оказывает и необходимость округлять результаты.

Выделяют грубые промахи, т. е. погрешности, причина которых - неправильное поведение оператора в ходе эксперимента, а также поломка, некорректное функционирование приборов или возникновение непредвиденной ситуации.

Обнаружить грубую погрешность значений можно, проанализировав полученные данные и выявив неправильные значения при сравнении данных со специальными критериями.

О чем сегодня говорят математика, физика? Погрешность может быть предотвращена профилактическими мерами. Изобретено несколько рациональных способов уменьшения этого понятия. Для этого устраняют тот или иной фактор, приводящий к неточности результата.


Категорийность и классификация

Существуют погрешности:

  • абсолютная;
  • методическая;
  • случайная;
  • относительная;
  • приведенная;
  • инструментальная;
  • основная;
  • дополнительная;
  • систематическая;
  • личная;
  • статическая;
  • динамичная.

Формула погрешности для разных видов отличается, поскольку в каждом конкретном случае учитывает ряд факторов, оказавших влияние на формирование неточности данных.

Если говорить о математике, то при таковом выражении выделяют только относительную и абсолютную погрешности. А вот когда в заданном временном промежутке происходит взаимодействие изменений, можно говорить о наличии динамический, статической составляющих.

Формула погрешности, учитывающая взаимодействие целевого объекта с внешними условиями, содержит учет дополнительной, основной цифр. Зависимость показаний от входных данных для конкретного эксперимента будет говорить о мультипликативной погрешности либо аддитивной.


Абсолютная

Под этим термином принято понимать данные, вычисляются которые выделением разности показателей, снятых во время эксперимента, действительными. Была изобретена следующая формула:

А Qn =Qn - А Q0

А Qn - искомые данные, Qn - выявленные в эксперименте, а нулевые - это базовые цифры, с которыми производится сравнение.

Приведённая

Под этим термином принято понимать такую величину, которой выражается соотношение между абсолютной погрешностью и нормой.

При вычислении этого типа погрешности важны не только недочеты, связанные с работой инструментов, задействованных в эксперименте, но и методическая составляющая, а также приближенная погрешность отсчитывания. Последняя величина спровоцирована недостатками шкалы деления, присутствующей на измерительном приборе.

Тесно сопряжена с этим понятием и инструментальная погрешность. Она возникает в том случае, когда прибор был произведен неправильно, ошибочно, некорректно, отчего выдаваемые им показания становятся недостаточно точными. Впрочем, сейчас наше общество находится на таком уровне технологического прогресса, когда создание приборов, вовсе не имеющих инструментальной погрешности, пока еще недостижимо. Что уж тут говорить о применяемых в школьных и студенческих экспериментах устаревших образцах. Поэтому, рассчитывая контрольные, лабораторные работы, пренебрегать инструментальной погрешностью недопустимо.


Методическая

Эта разновидность спровоцирована одной из двух причин либо комплексом:

  • применяемая в исследованиях математическая модель оказалась недостаточно точной;
  • выбраны некорректные способы измерения.

Субъективная

Термин применяют к такой ситуации, когда при получении информации в ходе вычислений или экспериментов были допущены ошибки из-за недостаточной квалифицированности производящего операции человека.

Нельзя говорить, что возникает она лишь только в том случае, когда в проекте принял участие необразованный или неумный человек. В частности, погрешность провоцируется несовершенством зрительной системы человека. Следовательно, причины могут не зависеть напрямую от участника эксперимента, тем не менее классифицируются они как человеческий фактор.

Статика и динамика для теории погрешностей

Определенная погрешность всегда связана с тем, как взаимодействуют входная и выходная величина. В частности, анализируется процесс взаимосвязи в заданном временном промежутке. Принято говорить о:

  • Погрешности, появляющейся при вычислении некоторой величины, постоянной в заданном временном промежутке. Таковую называют статической.
  • Динамической, сопряженной с появлением разности, выявленной, измеряя непостоянные данные, описанным пунктом выше типом.

Что первично и что вторично?

Безусловно, допустимая погрешность провоцируется основными величинами, влияющими на конкретную задачу, тем не менее, влияние неоднородно, что позволило научным сотрудникам подразделить группу на две категории данных:

  • Вычисленные в норме эксплуатационных условий при стандартах численных выражениях всех оказывающих воздействие цифр. Таковые именуют основными.
  • Дополнительные, сформированные под воздействием нетипичных факторов, несоответствующих нормальным величинам. Об этом же типаже говорят и в случае, когда основная величина выходит за границы нормы.

А что происходит вокруг?

Выше уже не раз упоминался термин «норма», но не было дано объяснения тому, какие именно условия в науке принято называть нормальными, а также упоминания о том, что выделяют и другие виды условий.

Итак, нормальные - это такие условия, когда все воздействующие на рабочий процесс величины находятся в пределах выявленных для них нормальных значений.

А вот рабочие - термин, применимый к условиям, в которых происходит изменение величин. В сравнении с нормальными тут рамки гораздо более широкие, тем не менее влияющие величины должны укладываться в заданную для них рабочую область.

Рабочая норма оказывающей влияние величины предполагает такой промежуток оси значений, когда возможно нормирование за счет введения дополнительной погрешности.


На что влияет входная величина?

Производя расчет погрешности, приходится помнить о том, что входная величина оказывает влияние на то, какие именно типы погрешности возникают в конкретной ситуации. При этом говорят об:

  • аддитивной, которой свойственна погрешность, вычисляемая как сумма разных значений, взятых по модулю. При этом на показатель не оказывает никакого влияния то, насколько велика измеряемая величина;
  • мультипликативной, которая будет меняться, когда измеряемая величина подвергается влиянию.

Следует помнить о том, что абсолютная аддитивная - это погрешность, не имеющая связи с величиной, измерить которую - цель проводимого эксперимента. На любом участке диапазона значений показатель сохраняется постоянным, на него не оказывают воздействия и параметры средства измерения, включая чувствительность.

Аддитивная погрешность показывает то, насколько маленькой может быть величина, получаемая при применении выбранного средства измерения.

А вот мультипликативная будет изменяться не случайным образом, но пропорционально, так как связана с параметрами измеряемого значения. То, насколько велика погрешность, вычисляют, изучив чувствительность прибора, так как значение будет ему пропорционально. Возникает этот подвид погрешности именно по причине того, что входная величина воздействует на измерительное средство и меняет его параметры.


Как убрать погрешность?

В некоторых случаях можно исключить погрешность, хотя справедливо это не для каждого вида. К примеру, если речь идет о приведенной, класс погрешности в этом случае зависит от параметров прибора и значение может быть изменено выбором более точного, современного средства. В то же время нельзя полностью исключить недостатки измерений, связанные с техническими особенностями используемых машин, поскольку всегда будут присутствовать факторы, снижающие достоверность данных.

Классические выделяют четыре метода устранения либо минимизации погрешности:

  • Устранение причины, источника до начала эксперимента.
  • Устранение погрешности в ходе мероприятий по получению данных. Для этого используют замещающие способы, пытаются компенсировать по знаку и противопоставить наблюдения друг другу, а также прибегают к симметричным наблюдениям.
  • Исправление полученных результатов в ходе внесения правок, то есть вычислительный способ исключения погрешности.
  • Определение того, каковы пределы систематической погрешности, учет их в случае, когда устранению таковая не подлежит.

Наиболее оптимальный вариант - это устранение причин, источников возникновения погрешности в ходе экспериментального получения данных. Несмотря на то что метод причисляют к наиболее оптимальным, он не усложняет рабочий процесс, наоборот, даже делает его проще. Связано это с тем, что оператору не нужно исключать погрешность уже в ходе непосредственно получения данных. Не придется и править готовый результат, подгоняя его под нормативы.

А вот когда было решено устранять погрешности уже в ходе измерений, прибегают к одной из популярных технологий.


Известные варианты исключения

Наиболее широко применяют введение правок. Для использования их необходимо точно знать, какова систематическая погрешность, свойственная конкретному эксперименту.

Кроме того, востребован вариант замещения. Прибегая к нему, специалисты вместо интересующей их величины используют замещенную, поставленную в аналогичную среду. Это распространено, когда измерять необходимо электрические величины.

Противопоставление - метод, требующий проведения экспериментов дважды, при этом источник на втором этапе воздействует на итог противоположно в сравнении с первым. Близка логика работы к этому методу варианта, именуемого «компенсация по знаку», когда величина в одном эксперименте должна быть положительной, в другом - отрицательной, а конкретное значение вычисляют, сравнивая результаты двух измерений.

Loading...Loading...