Причины возникновения и классификация систематических погрешностей

Как известно, в зависимости от характера проявления, возможностей устранения и причин возникновения различают систематическую и случайную погрешности.

Систематической θ называют составляющую погрешности измерений, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины.

Различают следующие группы систематических погрешностей:

Инструментальные погрешности, связанные с несовершенством конструкции прибора, неправильностью технологии его изготовления, например:

- отклонение параметров реального средства измерений от расчетных значений, предусмотренных схемой;

- погрешность градуировки или сдвиг шкалы;

- упругая деформация деталей средства измерений, имеющих малую жесткость, приводящая к дополнительным перемещениям;

- износ рабочих поверхностей деталей средства измерений, с помощью которых осуществляется контакт звеньев механизма (например, износ контактных поверхностей микрометра или штангенциркуля);

- усталостные изменения упругих свойств деталей, а также их естественное старение;

- отклонение напряжений питания или опорных напряжений от номинальных значений и т.д.

Погрешности внешних влияний. Особенно часто в измерительной практике приходится сталкиваться с влиянием климатических условий - температуры, давления, влажности. Кроме того, весьма распространенным источником такого рода погрешностей является влияние внешних электромагнитных полей и изменения в напряжении сети питания измерительных приборов.

Погрешности метода измерения. Этот вид погрешности может быть связан как с неточностью знания свойства объекта измерения, так и с одинаковым влиянием разных факторов на датчик измерительного прибора. Сюда же можно отнести погрешности пробоподготовки в определении состава веществ и материалов.

Субъективные погрешности, связанные либо с недостаточным вниманием, ошибкой, опиской (случайные субъективные погрешности, промахи), либо с невысокой квалификацией или неправильным обучением персонала, обслуживающего прибор (систематические субъективные погрешности, погрешности оператора). Особенно большое значение этот вид погрешности имеет при пользовании приборами с визуальным отсчетом.

Постоянные систематические погрешности внешне себя не проявляют. Обнаружить их можно только поверкой нуля средства измерений и/или чувствительности при его последующей поверке. Далее приведены несколько критериев классификации погрешностей измерений и средств измерений.

1. Классификация погрешностей по способу представления

1.1 Разница между результатами измерения Х_изм и истинным (действительным) значением Х_и(д) измеряемой величины является абсолютной погрешностью измерения:

Если абсолютная погрешность постоянна во времени и носит систематический характер, то величина такой абсолютной погрешности , взятая с обратным знаком, может быть скомпенсирована поправкой измерительного прибора:

_{где - поправка}

 1.2. Относительная погрешность измерений: - отношение абсолютной погрешности к истинной величине. Определяется, как правило, в %

1.3. Приведенная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности к некоторому нормированному значению Х_n

В качестве нормирующего значения принимается значение, характерное для данного вида измерительного прибора. Это может быть, например, диапазон измерений, верхний предел измерений, длина шкалы и т.д.

2. Классификация погрешностей по зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины

По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины различают (см. рис.1)

 Рис. 1

2.1. аддитивные погрешности Δа, не зависящие от значений измеряемой величины (а);

2.2. мультипликативные погрешности  Δм, которые прямо пропорциональны измеряемой величине (б);

2.3.  нелинейные погрешности Δн, имеющие нелинейную зависимость от измеряемой величины (в).

Эти погрешности применяют в основном для описания метрологических характеристик СИ. Разделение погрешностей на аддитивные, мультипликативные и нелинейные весьма существенно при решении вопроса о нормировании и математическом описании погрешностей СИ. Такого рода погрешности всегда присутствуют при аналого-цифровом преобразовании.

Примеры аддитивных погрешностей:

- погрешность, возникающая вследствие постоянного груза на чашке весов или неравного веса чашек;

- погрешность, возникающая вследствие неточной установки на нуль стрелки прибора перед измерением,

- погрешность, причиной возникновения которой является паразитная термо-ЭДС в цепях постоянного тока.

Причинами возникновения мультипликативных погрешностей могут быть:

- изменение коэффициента усиления усилителя,

- изменение жесткости мембраны датчика манометра или пружины прибора,

- изменение опорного напряжения в цифровом вольтметре.

3. Классификация погрешностей По влиянию внешних условий

По влиянию внешних условий различают основную и дополнительную погрешности СИ.

Основной называется погрешность СИ, определяемая в нормальных условиях его применения. Для каждого СИ в нормативно-технических документах оговариваются условия эксплуатации — совокупность влияющих величин (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение и частота питающей сети и др.), при которых нормируется его погрешность.

Дополнительной называется погрешность СИ, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин.

оглавление

практическая часть