Погрешности измерений способы выражения погрешностей

Погрешности измерений способы выражения погрешностей

ГОСТ 8.381-80
(СТ СЭВ 403-76)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Способы выражения погрешностей

State system for ensuring the uniformity of measurements.
Standards. The ways of expressing the errors

Дата введения 1981-01-01

РАЗРАБОТАН Государственным комитетом СССР по стандартам

М.Н.Селиванов, канд. техн. наук; Б.Ф.Лосев, канд. техн. наук

ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по стандартам

Член Госстандарта Л.К.Исаев

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 13 мая 1980 г. N 2087

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 3, 1981 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

Настоящий стандарт распространяется на эталоны СЭВ, государственные первичные (специальные) и вторичные эталоны и устанавливает способы выражения их погрешностей в нормативно-технической документации в области метрологии.

Стандарт соответствует СТ СЭВ 403-76 в части установления общих положений, способов выражения погрешностей эталонов и обозначений (см. справочное приложение 5).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Погрешность эталонов СЭВ и государственных первичных (специальных) эталонов (далее — первичных эталонов) характеризуется:

неисключенной систематической погрешностью;

Допускается указывать случайную погрешность воспроизведения единицы с учетом передачи ее размера или последнюю указывать отдельно.

1.2. Оценку неисключенной систематической погрешности первичного эталона находят на основании экспериментальных данных исследований эталона, анализа погрешностей метода воспроизведения единицы и погрешностей от действия влияющих величин, а также на основании международных сличений эталона с эталонами других стран и с эталоном СЭВ, если он имеется.

1.3. Оценку случайной погрешности первичного эталона находят на основании экспериментальных данных, полученных при исследовании эталона, и на основе анализа влияющих величин.

1.4. Оценку нестабильности первичного эталона, вызываемую влиянием старения его отдельных элементов и другими причинами, находят на основании исследований эталона во времени, а также по данным периодических международных сличений.

1.5. В оценку погрешности передачи размера единицы должны входить как неисключенные систематические, так и случайные погрешности метода и средств передачи.

1.6. Оценки погрешности вторичных эталонов должны характеризовать отклонения размеров хранимых ими единиц от размера единицы, воспроизводимой при помощи первичного эталона.

Для вторичного эталона указывают суммарную погрешность, включающую случайные погрешности сличаемых эталонов и погрешность передачи размера единицы от первичного (или более точного вторичного) эталона, а также нестабильность вторичного эталона.

Допускается суммарную погрешность вторичного эталона определять с учетом его неисключенной систематической погрешности.

Допускается указывать отдельно неисключенную систематическую погрешность вторичного эталона, а также его нестабильность.

По требованию заказчика могут быть указаны отдельно и другие составляющие погрешности вторичного эталона.

1.7. Нестабильность вторичного эталона должна определяться на основании сличений с первичным эталоном в начале и конце периода, для которого она определяется.

1.8. Оценку погрешности эталонов следует указывать либо в абсолютной форме в единицах измеряемой величины, либо в относительной форме.

Примечание. Если зависимость погрешности от значения воспроизводимой величины сложнее, чем линейная, погрешность может быть указана в виде таблицы по выбранным диапазонам (в абсолютной или относительной форме) или в виде функции зависимости этой погрешности.

1.9. Определения нестандартизованных терминов, употребляемых в данном стандарте, приведены в справочном приложении 1.

Примеры формул для вычисления погрешностей приведены в справочном приложении 2. Обозначения погрешностей приведены в справочном приложении 3. Примеры вычисления погрешностей приведены в справочном приложении 4.

2. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПЕРВИЧНЫХ ЭТАЛОНОВ

2.1. Неисключенная систематическая погрешность (НСП) первичного эталона, лежащая в границах ± , характеризуется границей без указания знака.

2.2. Случайная погрешность характеризуется средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений при воспроизведении единицы (или при воспроизведении единицы и передаче ее размера) с указанием числа независимых наблюдений.

2.3. Нестабильность эталона следует характеризовать изменением размера единицы за определенный промежуток времени, который указывается.

2.4. Погрешность передачи размера единицы характеризуют указанием среднего квадратического отклонения результата измерений , обусловленного влиянием случайных и неисключенных систематических погрешностей метода и средств измерений, примененных при передаче размера единицы.

3. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВТОРИЧНЫХ ЭТАЛОНОВ

3.1. Суммарная погрешность вторичного эталона характеризуется средним квадратическим отклонением результата измерений ( ) при его сличении с первичным эталоном или вышестоящим по поверочной схеме вторичным эталоном или же в виде доверительной границы погрешности с доверительной вероятностью 0,99.

При учете неисключенной систематической погрешности через следует выражать среднее квадратическое отклонение суммы неисключенных систематических и случайных погрешностей эталона.

Если неисключенную систематическую погрешность и нестабильность вторичного эталона указывают отдельно, то их выражают в виде, принятом для первичного эталона (пп.2.1, 2.3).

Источник

Погрешности измерений и их классификация. Лекция

Погрешности измерений и их классификация .

При измерении физических величии с помощью даже самых точных и совершенных средств и методов их результат всегда отличается от истин­ного значения измеряемой физической величины, т.е. определяется с неко­торой погрешностью. Источниками погрешностей измерения являются сле­дующие причины: несовершенство используемых методов и средств измере­ний, нестабильность измеряемых физических величин, непостоянство климатических условий, внешние и внутренние помехи, а также различные субъек­тивные факторы экспериментатора.

Определение «погрешность» является одним из центральных в метрологии, в котором используются понятия «погрешность результата измере­ния» и «погрешность средства измерения».

Погрешностью результата измерения (погрешностью измерения) называется отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической величины. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то при количественной оценке погрешности пользуются дейст­вительным значением физической величины.

Это значение находится экспериментальным путем и настолько близко к истинному значению, что для поставленной измерительной задачи может быть использовано вместо него.

Погрешность средства измерения (СИ) — разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Она характеризует точность результатов измерений, проводимых дан­ным средством

Существует пять основных признаков , по которым классифицируются погрешности измерения.

По способу количественного выражения погрешности измерения делятся на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютной погрешностью △ , выражаемой в единицах измеряемой величины, называется отклонение результата измерения х от истинного зна­чения х_н: (1.1)

и знак полученной погрешности, но не определяет качество самого проведенного измерения.

Понятие погрешности характеризует как бы несовершенство измере­ния. Характеристикой качества измерения является используемое в метроло­гии понятие точности измерений, отражающее меру близости результатов измерений к истинному значению измеряемой физической величины. Точ­ность и погрешность связаны обратной зависимостью. Иначе говоря, высо­кой точности измерений соответствует малая погрешность. Так, например, измерение силы тока в 10 А и 100 А может быть выполнено с идентичной аб­солютной погрешностью ∆ = ±1 А. Однако качество (точность) первого из­мерения ниже второго. Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать каче­ство измерений, введено понятие относительной погрешности.

Относительной погрешностью δ называется отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

Мерой точности измерений служит величина, обратная модулю отно­сительной погрешности, т.е. 1/|δ|. Погрешность δ часто выражают в про­центах:

δ = 100 △ /х_н (%). Поскольку обычно △⋍ х_н, то относительная по­грешность может быть определена как δ ⋍ △ /х или δ = 100 △ /х (%).

Если измерение выполнено однократно и за абсолютную погрешность результата измерения △ принята разность между показанием прибора и ис­тинным значением измеряемой величины х_Н то из соотношения (1.2) следу­ет, что значение относительной погрешности δ уменьшается с ростом вели­чины х_н (здесь предполагается независимость △ от х_н ). Поэтому для изме­рений целесообразно выбирать такой прибор, показания которого были бы в последней части его шкалы (диапазона измерений), а для сравнения различ­ных приборов использовать понятие приведенной погрешности.

Приведенной погрешностью δ_пр, выражающей потенциальную точ­ность измерений, называется отношение абсолютной погрешности △ к неко­торому нормирующему значению X_N (например, к конечному значению шкалы прибора или сумме конечных значений шкал при двусторонней шка­ле).

По характеру (закономерности) изменения погрешности измерений подразделяются на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематические погрешности △ _с — составляющие погрешности из­мерений, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся , при многократных (повторных) измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Такие погрешности могут быть выявлены путем детального анализа возможных их источников и уменьшены (применением более точных приборов, калибровкой приборов с помощью рабочих мер и пр.). Однако полностью их устранить нельзя.

По характеру изменения во времени систематические погрешности подразделяются на постоянные (сохраняющие величину и знак), прогресси­рующие (возрастающие или убывающие во времени), периодические, а также изменяющиеся во времени по сложному непериодическому закону. Основ­ные из этих погрешностей — прогрессирующие.

Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — это непредсказуемая по­грешность, медленно меняющаяся во времени. Прогрессирующие погрешно­сти характеризуются следующими особенностями:

• возможна их коррекция поправками только в данный момент времени, а далее эти погрешности вновь непредсказуемо изменяются;

• изменения прогрессирующих погрешностей во времени представляют со­бой нестационарный случайный процесс (характеристики которого изменяются во времени), и поэтому в рамках достаточно полно разработанной теории стационарных случайных процессов они могут быть описаны лишь с некоторыми ограничениями.

Случайные погрешности — составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом при повторных (многократных) измере­ниях одной и той же величины в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей нет каких-либо закономерностей, они проявляются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Практически случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда имеют место в результатах измерений. Описание случайных погрешностей возможно только на основе теории случайных процессов и математической статистики. В отличие от систематических случайные погрешности нельзя исклю­чить из результатов измерений путем введения поправки, однако их можно существенно уменьшить путем многократного измерения этой величины и последующей статистической обработкой полученных результатов.

Грубые погрешности (промахи) — погрешности, существенно превы­шающие ожидаемые при данных условиях измерения. Такие погрешности возникают из-за ошибок оператора или неучтенных внешних воздействий. Их выявляют при обработке результатов измерений и исключают из рас­смотрения, пользуясь определенными правилами.

По причинам возникновения погрешности измерения подразделяются на методические, инструментальные, внешние и субъективные.

Методические погрешности возникают обычно из-за несовершенства метода измерений, использования неверных теоретических предпосылок (допущений) при измерениях, а также из-за влияния выбранного средства изме­рения на измеряемые физические величины. При подключении электроизме­рительного прибора от источника сигнала потребляется некоторая мощность. Это приводит к искажению режима работы источника сигнала и вызывает погрешность метода измерения (методическую погрешность).

Так, например, если вольтметр обладает недостаточно высоким входным сопротивлением, то его подключение к исследуемой схеме способно из­менить в ней распределение токов и напряжений. При этом результат изме­рения может существенно отличаться от действительного. Для расчета мето­дической погрешности при измерении токов и напряжений необходимо знать внутренние сопротивления амперметров R_A и вольтметров R_v . Методическую погрешность можно уменьшить путем применения бо­лее точного метода измерения.

Инструментальные (аппаратурные, приборные) погрешности возни­кают из-за несовершенства средств измерения» т.е. из-за погрешностей средств измерений. Источниками инструментальных погрешностей могут быть, например, неточная градуировка прибора и смещение нуля, вариация показаний прибора в процессе эксплуатации и т.д. Уменьшают инструмен­тальные погрешности применением более точного прибора.

Внешняя погрешность — важная составляющая погрешности измере­ния, связанная с отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормальных значений или выходом их за пределы нормальной области (на­пример, влияние влажности, температуры , внешних электрических и магнит­ных полей, нестабильности источников питания, механических воздействий и т.д.). В большинстве случаев внешние погрешности являются систематиче­скими и определяются дополнительными погрешностями применяемых средств измерений. .

Субъективные погрешности вызываются ошибками оператора при от­счете показаний средств измерения (погрешности от небрежности и невни­мания оператора, от параллакса, т.е. от неправильного направления взгляда при отсчете показаний стрелочного прибора и пр.). Подобные погрешности устраняются применением современных цифровых приборов или автомати­ческих методов измерения.

По характеру поведения измеряемой физической величины в процессе измерений различают статические и динамические погрешности.

Статические погрешности возникают при измерении установившего­ся значения измеряемой величины, т.е. когда эта величина перестает изме­няться во времени.

Динамические погрешности имеют место при динамических измерени­ях, когда измеряемая величина изменяется во времени и требуется установить закон ее изменения. Причина появления динамических погрешностей состо­ит в несоответствии скоростных (временных) характеристик прибора и ско­рости изменения измеряемой величины.

Средства измерений могут применяться в нормальных и рабочих усло­виях.

Эти условия для конкретных видов СИ ( средств измерения ) установлены в стандартах или технических условиях.

Нормальным условиям применения средств измерений должен удовлетворять ряд следующих (основных) требований:

температура окружающего воздуха (20±5) °С;

относительная влажность (65±15) %;

атмосферное давле­ние (100±4) кПа;

напряжение питающей сети (220±4) В и (115±2,5) В;

частота сети (50±1) Гц и (400±12) Гц.

Как следует из перечисленных требований, нормальные условия применения СИ характеризуются диапазоном значений влияющих на них величин типа климатических факторов и параметров элек­тропитания.

Рабочие условия применения СИ определяются диапазоном значений влияющих величин не только климатического характера и параметров электропитания, но и типа механических воздействий. В частности, диапазон климатических воздействий делится на ряд групп, охватывающих широкий диапазон изменения окружающей температуры.

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник