§ 7. Качество измерений и способы его достижения
Процесс измерения неизбежно сопровождается ошибками, ко — торые вызываются несовершенством измерительных средств, не — стабильностью условий проведения измерений, несовершенством самого метода и методики измерений, недостаточным опытом и не — совершенством органов чувств человека, выполняющего измерения,
а также другими факторами.
Под качеством измерений понимают совокупность свойств, обусловливающих получение результатов с требуемыми точностны — ми характеристиками, в необходимом виде и в установленные сроки. Качество измерений характеризуется такими показателями, как точ — ность, правильность и достоверность.
При практическом использовании тех или иных измерений важно оценить их точность. Термин « точность измерений », т. е. степень
приближения результатов измерения к некоторому действительному значению, не имеет строгого определения и используется для каче — ственного сравнения измерительных операций. Для количественной
оценки используется понятие «погрешность измерений» (чем меньше погрешность, тем выше точность). Оценка погрешности из — мерений — одно из важных мероприятий по обеспечению единства измерений.
Введение понятия «погрешность» требует определения и четкого разграничения трех понятий:
1) Истинное значение измеряемой физической величины —
это значение, идеальным образом отражающее свойство данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. На практике оно практически всегда неизвестно.
2) Действительное значение измеряемой физической вели —
чины — значение, найденное экспериментально и настолько при — ближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него. Действительное значение может быть по — лучено при помощи рабочих эталонов.
3) Результат измерения — приближенная оценка истинного значения величины, найденная путем измерения (результат, полу — ченный с помощью рабочего средства измерения).
Погрешность результата измерения — это отклонение ре —
зультата измерения от истинного значения измеряемой величины.
По способу выражения различают:
1) Погрешность измерения, выраженную в единицах измеряемой величины, которая называется абсолютной . Она не всегда является информативной. Например, абсолютная погрешность 0,01 мм может быть достаточно большой при измерениях величин в десятые доли миллиметра и малой при измерениях величин, размеры которых пре — вышают несколько метров.
2) Более информативную относительную погрешность , под которой понимают отношение абсолютной погрешности измерения к
ее истинному значению (или математическому ожиданию). Именно относительная погрешность используется для характеристики точ — ности измерения.
3) Приведенную погрешность , представляющую собой отно —
шение абсолютной погрешности к нормирующему значению (посто — янному во всем диапазоне измерений или его части).
В зависимости от характера проявления, причин возник — новения и возможностей устранения различают систематиче —
скую и случайную составляющие погрешности измерений, а также грубые погрешности (промахи).
К систематическим погрешностям относят те, которые при повторных измерениях остаются постоянными или изменяются по какому-либо закону.
Систематические погрешности при измерении одним и тем же методом и одними и теми же измерительными средствами всегда имеют постоянные значения. К причинам, вызывающим их появле — ние, относят:
субъективную составляющую, связанную с индивидуальными особенностями оператора. Как правило, эта погрешность возни — кает из-за ошибок в отсчете показаний (примерно 0,1 деления шкалы) и неопытности оператора. В основном же систематиче — ские погрешности возникают из-за методической и инструмен — тальной составляющих;
методическая составляющая — погрешности метода, или теоретические погрешности, — происходят вследствие ошибок или недостаточной разработанности метода измерений. Сюда же можно отнести неправомерную экстраполяцию свойства, получен — ного в результате единичного измерения, на весь измеряемый объ — ект. Например, принимая решение о годности вала по единичному измерению, можно допустить ошибку, поскольку не учитываются такие погрешности формы, как отклонения от цилиндричности, круглости, профиля продольного сечения и др. Поэтому для ис — ключения такого рода систематических погрешностей в методике измерений рекомендуется проведение измерений в нескольких местах деталей и взаимно-перпендикулярных направлениях.
К погрешностям метода относят также влияние инструмента на свойства объекта (например, значительное измерительное усилие, изменяющее форму тонкостенной детали) или погрешности, связан — ные с чрезмерно грубым округлением результата измерения; инструментальная составляющая. Инструментальные по —
грешности связаны с погрешностями средств измерения, вызван — ными погрешностями изготовления или износом составных ча — стей измерительного средства;
погрешности, вызванные воздействием окружающей среды и условий измерения : температура (например, измерения еще не остывшей детали), вибрации, нежесткость поверхности, на ко — торую установлено измерительное средство, и т. п.
Одним из методов обнаружения систематической погрешности может быть замена средства измерений на аналогичное в случае, если оно предположительно является источником систематической погрешности. Подобным образом можно обнаружить систематиче — скую погрешность, вызванную внешними условиями: например, за — мена поверхности, на которую установлено измерительное средство, на более жесткую.
Появление систематической погрешности можно обнаружить статистически, нанося с заданной периодичностью результаты изме — рений на бумагу с заданными границами (например, предельными размерами). Устойчивое движение результата измерений в сторону одной из границ будет означать появление систематической погреш — ности и необходимости вмешательства в технологический процесс.
Для исключения систематической погрешности в производственных условиях проводят проверку средств измерений, устраняют те причины, которые вызваны воздействиями окружающей среды, сами измерения проводят в строгом соответствии с рекомендуемой методикой, прини — мая в необходимых случаях меры по ее совершенствованию.
Постоянные систематические погрешности не влияют на значе — ния случайных отклонений измерений от средних арифметических, поэтому их сложно обнаружить статистическими методами. Анализ таких погрешностей возможен только на основании априорных зна — ний о погрешностях, получаемых, в частности, при поверке средств измерений. Например, при поверке средств измерений линейных величин измеряемая величина обычно воспроизводится образцовой мерой (концевой мерой длины), действительное значение которой известно. Систематические погрешности приводят к искажению ре — зультатов измерений и потому должны выявляться и учитываться при оценке результатов измерений. Полностью систематическую по — грешность исключить практически невозможно; всегда в процессе измерения остается некая малая величина, называемая неисключен — ной систематической погрешностью. Эта величина учитывается пу — тем внесения поправок.
Разность между средним арифметическим значением результа —
тов измерения и значением меры с точностью, определяемой погреш — ностью при ее аттестации, называется поправкой . Она вносится в
паспорт аттестуемого средства измерения и принимается за искомую систематическую погрешность.
Оставшаяся необнаруженной систематическая составляющая опаснее случайной: если случайная погрешность вызывает вариа — цию (разброс) результатов, то систематическая устойчиво их иска — жает (смещает). В любом случае отсутствие или незначительность (с целью пренебрежения) систематической погрешности нужно до — казать.
В ряде случаев систематическая составляющая может быть ис — ключена за счет устранения источников погрешности до начала из — мерений (профилактика), а в процессе измерений — путем внесения известных поправок в результаты.
Профилактика погрешности — наиболее рациональный спо —
соб ее снижения, заключается в устранении влияния, например, тем — пературы (термостатированием и термоизоляцией), магнитных полей (магнитными экранами), вибраций и т. п. Сюда же относятся регу — лировка, ремонт и поверка СИ.
Исключение постоянных систематических погрешностей в про — цессе измерений осуществляют методом сравнения (замещения, противопоставления), компенсации по знаку (предусматривают два наблюдения, чтобы в результат каждого измерения систематическая погрешность входила с разным знаком), а исключение переменных и прогрессирующих — способами симметричных наблюдений или
наблюдением четное число раз через полупериоды.
Случайные погрешности — это погрешности, принимающие при повторных измерениях различные, независимые по знаку и величине значения, не подчиняющиеся какой-либо закономерно — сти. Причин, вызывающих случайные погрешности, может быть много: например, колебание припуска на обработку, механические свойства материалов, посторонние включения, точность установ — ки деталей на станок, точность средства измерения в заготовке, изменение измерительного усилия крепления детали на станке, силы резания и др.
Как правило, индивидуальное влияние каждой из этих причин на результаты измерения невелико и не поддается оценке, тем более, что, как всякое случайное событие, оно в каждом конкретном случае может произойти или нет.
Для случайных погрешностей характерен ряд условий:
малые по величине случайные погрешности встречаются чаше, чем большие;
отрицательные и положительные относительно средней величи — ны измерений, равные по величине погрешности, встречаются одинаково часто;
для каждого метода измерений есть свой предел, за которым по — грешности практически не встречаются (в противном случае, эта погрешность будет грубым промахом).
Выявление случайных погрешностей особенно необходимо при точных, например, лабораторных измерениях. Для этого использу — ют многократные измерения одной и той же величины, а их резуль — таты обрабатываются методами теории вероятностей и математиче — ской статистики. Это позволяет уточнить результаты выполненных измерений.
Влияние случайных погрешностей выражается в разбросе полу — ченных результатов относительно математического ожидания, поэто — му количественно наличие случайных погрешностей хорошо оцени — вается среднеквадратическим отклонением (СКО).
Случайные погрешности измерения, не изменяя точности ре — зультата измерений, тем не менее, оказывают влияние на его до — стоверность.
При этом дисперсия среднего арифметического ряда измерений всегда имеет меньшую погрешность, чем погрешность каждого опре — деленного измерения. Если необходимо повысить точность резуль — тата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то
количество измерений надо увеличить в 4 раза.
Грубые погрешности ( промахи ) — это погрешности, не харак —
терные для технологического процесса или результата, приводящие к явным искажениям результатов измерения. Наиболее часто они допускаются неквалифицированным персоналом при неправильном обращении со средством измерения, неверном отсчете показаний, ошибках при записи или вследствие внезапно возникшей посторон — ней причины при реализации технологических процессов обработки деталей. Они сразу видны среди полученных результатов, т. к. из — влеченные значения отличаются от остальных значений совокуп — ности измерений.
Если в процессе измерений удается найти причины, вызываю — щие существенные отличия, и после устранения этих причин по — вторные измерения не подтверждают подобных отличий, то такие измерения могут быть исключены из рассмотрения. Но необдуман —
Источник
Качество измерений и способы его достижения
Тема по Метрологии и Стандартизации
Просмотр содержимого документа
«Качество измерений и способы его достижения»
тема по метрологии и стандартизации: Качество измерений и способы его достижения
Качество измерений – это совокупность свойств состояния измерений, обусловливающих получение результатов измерений с требуемыми точностными характеристиками, в необходимом виде и в установленный срок.
К основным свойствам состояния измерений относятся:
— точность результатов измерений – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения; считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность; она характеризуется погрешностями средств и методов измерений;
— сходимость результатов измерений – это близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью; сходимость измерений двух групп многократных измерений может характеризоваться размахом, средней квадратической или средней арифметической погрешностью;
— воспроизводимость результатов измерений – это близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.); воспроизводимость измерений может характеризоваться средними квадратическими погрешностями сравниваемых рядов измерений;
— быстрота получения результатов – это свойство измерений, которое зависит от рационально составленной методики измерений, уровня автоматизации измерений и обработки полученных данных;
— единство измерений – это состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.
Таким образом, единство измерений основано на четырех основных принципах:
— результаты выражены в узаконенных единицах;
— размер единиц, хранимых средствами измерений, равен размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами;
— погрешности результатов измерений известны;
— погрешности измерений не выходят за установленные пределы.
Без выполнения этих условий невозможно добиться единства измерений. Наиболее важным условием обеспечения единства измерений является «привязка» измерений к государственным эталонам, что в соответствии со стандартами ИСО серии 9000 является обязательным в обеспечении качества продукции.
Качество измерений также зависит от средств измерений; эргономических показателей, характеризующих систему «человек – объект измерения – средство измерения»; экологических показателей, характеризующих уровень вредных воздействий на окружающую среду при проведении измерений, безопасности обслуживающего персонала, осуществляющего измерения.
Все перечисленные свойства прямо или косвенно влияют на точность, своевременность и объем получаемой измерительной информации.
Только при наличии надежных средств измерений, правильном их выборе и применении можно обеспечить высокое качество измерений.
Источник
