Цель любого измерения физической величины (ФВ) – получение действительного значения ФВ, значит, при измерениях должно быть получено такое значение ФВ, которое достоверно (с пренебрежимо малой погрешностью) представляло бы ее истинное значение. Достоверной можно считать оценку, погрешностью которой можно пренебречь в соответствии с поставленной измерительной задачей.

По РМГ 29 – 99 измерительная задача – задача, заключающаяся в определении значения физической величины путем ее измерения с требуемой точностью в данных условиях измерений. Конкретных видов таких задач документ не приводит.

Для проектирования МВИ задачи измерений желательно формулировать с позиций, позволяющих нормировать их требуемую точность. Типовые задачи измерений в метрологии можно рассматривать в зависимости от ожидаемого использования результатов измерений конкретного исследуемого параметра, заданного нормированной ФВ.

Корректно поставленными задачами измерений в метрологии считают те, в условиях которых установлена норма допустимой неопределенности измеряемой физической величины. К ним можно отнести следующие типовые задачи:

· измерительный приемочный контроль по заданному параметру, если нормированы его предельные значения (задан допуск параметра);

· сортировка объектов на группы по заданному параметру;

· арбитражная перепроверка результатов приемочного контроля;

· поверка средства измерений .

Возможно включение в список и некоторых других корректно поставленных задач, в исходных условиях которых зафиксирована норма допустимой неопределенности измеряемой величины.

Измерения параметра при установленной норме допустимой неопределенности измеряемой величины можно рассматривать как тривиальные задачи, для которых допустимую погрешность измерений определяют, исходя из традиционного в метрологической практике соотношения

[Δ] = (1/5...1/3)А,

где А – норма неопределенности измеряемого параметра (допуск контролируемого параметра, погрешность измерения в ходе приемочного контроля или основная погрешность поверяемого СИ).

Соотношение [Δ] ≤ А/3 будет удовлетворительным при случайном распределении множества контролируемых параметров и доминирующей случайной составляющей погрешности измерений.

Предельное соотношение [Δ] = А/3 определяется необходимостью обеспечения пренебрежимо малой погрешности измерений и подтверждено в теоретической метрологии. Второе ограничение [Δ] = А/5 носит чисто рекомендательный характер и обусловлено только экономическими соображениями. В случае, когда доступная методика выполнения измерений обеспечивает точность выше минимально необходимой, и отношение [Δ] < А/3 не требует существенных затрат, его можно считать вполне допустимым.

При разработке МВИ для корректно поставленных задач измерений могут встречаться существенно различающиеся виды назначения допустимых погрешностей измерений. Подходы к назначению допустимых погрешностей зависят от специфики разрабатываемых МВИ. Можно представить следующие наиболее общие типовые МВИ:

· МВИ одного параметра (одной физической величины одного размера или ряда размеров в узком диапазоне с одним допуском);

· МВИ однородных параметров (однородных физических величин ряда размеров в широком диапазоне с неодинаковыми допусками);

· МВИ неоднородных параметров, представленных однородными физическими величинами (ряд различающихся реализаций, требующих применения разнотипных СИ);

· МВИ комплекса разноименных физических величин;

· МВИ косвенных измерений (измерений комплекса разноименных физических величин с последующим вычислением результата по полученным аргументам исходной функции).

При разработке МВИ физической величины одного размера назначают одно конкретное значение допустимой погрешности измерений. Для методики выполнения измерений однородных физических величин в определённом диапазоне, если нормирован один допуск физической величины на весь диапазон, можно назначить одно значение допустимой погрешности измерений. Если в диапазоне величин нормирован ряд допусков, то для каждого из поддиапазонов назначают свою допустимую погрешность измерений. Можно ограничиться выбором одной допустимой погрешности измерений (наименьшее из значений), если это не приведёт к существенному удорожанию измерений.

При разработке методики выполнения измерений одноименных физических величин, представленных разными параметрами (например, размеры вала, размеры отверстия и глубина ступени) будут использоваться разные средства измерений, и не исключено, что для каждого из параметров даже при одинаковой их относительной точности придётся назначить свою допустимую погрешность измерений.

Методика выполнения измерений комплекса разноименных физических величин в определённых диапазонах потребует индивидуального решения каждой из конкретных задач назначения допустимой погрешности измерений.

Специфический подход к назначению допустимых погрешностей прямых измерений разноименных физических величин необходим при разработке методики выполнения косвенных измерений. Особенностью выбора допустимых погрешностей для каждого из прямых измерений является необходимость учитывать весовые коэффициенты частных погрешностей в погрешности косвенных измерений. Можно предложить последовательность назначения допустимых погрешностей, которая включает назначение допустимой погрешности косвенных измерений, а затем декомпозицию этой погрешности на частные погрешности прямых измерений, допустимые значения которых следует назначать с учётом их весовых коэффициентов. Весовые коэффициенты получают дифференцированием функции (уравнения косвенного измерения) в частных производных по соответствующим аргументам.

Представленный анализ показывает, что сложные методики выполнения измерений можно рассматривать как комплексы более простых МВИ, что позволяет находить их решения комплексированием решений составляющих задач.

Выбор допустимых погрешностей при решении некорректно поставленных задач измерений представляет собой достаточно сложную проблему. К некорректным (некорректно поставленным) относятся те задачи измерений, в условиях которых не задана норма неопределенности измеряемой физической величины. В таких задачах исходная информация недостаточна для априорного назначения допустимой погрешности измерений. К некорректно поставленным задачам можно отнести измерительный приемочный контроль объекта по параметру, ограниченному одним предельным значением (сверху или снизу), измеренияпри проведении научного исследования и оценка ненормируемой физической величины .

Для измерений параметра, ограниченного одним предельным значением можно назначить «условный допуск», тогда задача будет сведена к тривиальной. Во всех остальных рассматриваемых случаях назначение допустимой погрешности измерений осуществляют методом проб и ошибок в процессе выполнения измерений.

В стандарте ГОСТ 8.010 специально оговорено, что он не распространяется на МВИ, характеристики погрешности измерений по которым определяют в процессе или после их применения. При разработке таких МВИ можно использовать этот стандарт как информационный источник наряду с любой подходящей научно-технической литературой.

В разрабатываемой МВИ можно использовать структуру и содержание элементов стандарта ГОСТ 8.010, если это позволит рационализировать процесс разработки и его результаты.

Следует различать разработку МВИ для последующего многократного использования и оригинальные МВИ, разрабатываемые для конкретного исследования, имеющие разовое применение. В первой ситуации задачу желательно свести к корректно поставленной, после чего можно разработать МВИ, отвечающую требованиям ГОСТ 8.010. В предисловии к МВИ должны быть указаны принятые допущения, чтобы пользователь применял её только в том случае, если он с ними согласен.

Например, при приемочном контроле объекта по заданному параметру, еслинормировано только одно предельное значение параметра по типу Rmax = 0,5 мм или Lmin = 50 мм для приведения задачи к корректному виду её условия требуют дополнений.

Такую задачу можно свести к тривиальной, например, назначив некоторый условный допуск параметра (нормирующий допуск Tnor ) с полем допуска, ориентированным «внутрь» параметра. Значение нормирующего допуска можно логически обосновать, например, выбрав значение по аналогии с наиболее грубыми допусками аналогичных параметров. Назначить условный допуск параметра можно, исходя из результатов функционального анализа объекта. Возможны и другие подходы к выбору нормирующего допуска.

После назначения допуска для выбора допустимой погрешности можно воспользоваться очевидным подходом к решению тривиальной задачи измерений

[Δ] ≤ Тnor /3.

Дальнейшую разработку такой МВИ можно проводить в полном соответствии с требованиями ГОСТ 8.010.

При разработке методики для измерения исследуемого параметра(измерения в процессе экспериментального научного исследования) исходная информация, позволяющая назначить допустимую погрешность измерений, в условиях задачи отсутствует. Её получают методом проб и ошибок в ходе предварительного экспериментального исследования. Опорным значением для выбора допустимой погрешности измерений может быть ширина поля практического рассеяния исследуемого параметра при многократном воспроизведении эксперимента, но она может быть установлена только измерениями в ходе проведения исследований. Оценка рассеяния результатов эксперимента включает рассеяние значений исследуемой физической величины при ее многократном воспроизведении (R Q ), на которое накладывается погрешность измерений (удвоенное значение 2Δ, поскольку в культурном исследовании доминирует случайная погрешность с симметричным полем рассеяния). Рассеяние результатов эксперимента описывается выражением

R = R Q * 2Δ,

где* – знак объединения (комплексирования) членов уравнения.

Для выявления ширины реального поля практического рассеяния (R" ) многократно воспроизводимой физической величины, на которое погрешности измерений Δ не оказывали бы значительного искажающего воздействия, используют метод последовательных приближений. Назначая сначала Δ 1 , а затем при необходимости Δ 2 < Δ 1 , затем Δ 3 < Δ 2 и т.д., добиваются соотношения

Δ n ≈ (1/10)R" ,

после чего полученное значение погрешности измерения Δ n принимают за допустимое значение погрешности, т.е. [Δ] = Δ n . Соотношение принято из тех соображений, что для построения гистограммы и полигона исследуемого распределения желательно иметь от 8 до 12 столбцов (10 ± 2), причем допускается попадание результатов в соседние столбцы, но не через столбец.

В этом случае МВИ можно разрабатывать в соответствии с основными требованиями ГОСТ 8.010, но завершить её разработку можно только после экспериментального определения допустимого значения погрешности измерений. Окончательное оформление такой МВИ необходимо только для включения в отчёт о проведенной научно-исследовательской работе, поскольку тиражировать её для подобных исследований нельзя из-за возможного несоответствия ширины полей практического рассеяния исследуемых параметров.

В производственных условиях сравнительно часто выполняют исследования технологических процессов (обработки поверхностей, изготовления деталей, получения иных результатов). В метрологии типичными задачами исследований могут быть метрологическая аттестация средства измерений или методики выполнения измерений.

Абсолютную и относительную погрешность используют для оценки неточности в производимых расчетах с высокой сложностью. Также они используются в различных измерениях и для округления результатов вычислений. Рассмотрим, как определить абсолютную и относительную погрешность.

Абсолютная погрешность

Абсолютной погрешностью числа называют разницу между этим числом и его точным значением.
Рассмотрим пример : в школе учится 374 ученика. Если округлить это число до 400, то абсолютная погрешность измерения равна 400-374=26.

Для подсчета абсолютной погрешности необходимо из большего числа вычитать меньшее.

Существует формула абсолютной погрешности. Обозначим точное число буквой А, а буквой а – приближение к точному числу. Приближенное число – это число, которое незначительно отличается от точного и обычно заменяет его в вычислениях. Тогда формула будет выглядеть следующим образом:

Δа=А-а. Как найти абсолютную погрешность по формуле, мы рассмотрели выше.

На практике абсолютной погрешности недостаточно для точной оценки измерения. Редко когда можно точно знать значение измеряемой величины, чтобы рассчитать абсолютную погрешность. Измеряя книгу в 20 см длиной и допустив погрешность в 1 см, можно считать измерение с большой ошибкой. Но если погрешность в 1 см была допущена при измерении стены в 20 метров, это измерение можно считать максимально точным. Поэтому в практике более важное значение имеет определение относительной погрешности измерения.

Записывают абсолютную погрешность числа, используя знак ±. Например , длина рулона обоев составляет 30 м ± 3 см. Границу абсолютной погрешности называют предельной абсолютной погрешностью.

Относительная погрешность

Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности числа к самому этому числу. Чтобы рассчитать относительную погрешность в примере с учениками, разделим 26 на 374. Получим число 0,0695, переведем в проценты и получим 6%. Относительную погрешность обозначают процентами, потому что это безразмерная величина. Относительная погрешность – это точная оценка ошибки измерений. Если взять абсолютную погрешность в 1 см при измерении длины отрезков 10 см и 10 м, то относительные погрешности будут соответственно равны 10% и 0,1%. Для отрезка длиной в 10 см погрешность в 1см очень велика, это ошибка в 10%. А для десятиметрового отрезка 1 см не имеет значения, всего 0,1%.

Различают систематические и случайные погрешности. Систематической называют ту погрешность, которая остается неизменной при повторных измерениях. Случайная погрешность возникает в результате воздействия на процесс измерения внешних факторов и может изменять свое значение.

Правила подсчета погрешностей

Для номинальной оценки погрешностей существует несколько правил:

• при сложении и вычитании чисел необходимо складывать их абсолютные погрешности;
• при делении и умножении чисел требуется сложить относительные погрешности;
• при возведении в степень относительную погрешность умножают на показатель степени.

Приближенные и точные числа записываются при помощи десятичных дробей. Берется только среднее значение, поскольку точное может быть бесконечно длинным. Чтобы понять, как записывать эти числа, необходимо узнать о верных и сомнительных цифрах.

Верными называются такие цифры, разряд которых превосходит абсолютную погрешность числа. Если же разряд цифры меньше абсолютной погрешности, она называется сомнительной. Например , для дроби 3,6714 с погрешностью 0,002 верными будут цифры 3,6,7, а сомнительными – 1 и 4. В записи приближенного числа оставляют только верные цифры. Дробь в этом случае будет выглядеть таким образом – 3,67.

Что мы узнали?

Абсолютные и относительные погрешности используются для оценки точности измерений. Абсолютной погрешностью называют разницу между точным и приближенным числом. Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности числа к самому числу. На практике используют относительную погрешность, так как она является более точной.

Тест по теме

Оценка статьи

Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 603.

Здравствуйте, форумчане! Хочу спросить всех по вопросу формулы для определения предельно допустимой погрешность определения площади ЗУ. По вопросу погрешности точек много написано, а вот по поводу погрешности площади очень и очень мало.

В данный момент, из за того что нет утвержденных формул, во всех программах, в которых работают кадастровые инженера, используются две формулы... - одна из "метод.рекомендаций по проведению межевания " (утв- Росземкадастром от 17-02-2003), выглядит как - ΔР= 3,5 Mt √Р
вторая из "Инструкция по межеванию земель" (утв. Роскомземом 08.04.1996), никак не получается корректно ее написать, но Вы поняли...

хочу обсудить использование формулы №1 из метод.рекомендаций..ΔР= 3,5 Mt √Р
Если честно, к своему стыду, я никогда не всматривалась и не разбирала эти формулы досконально, оставляя это на совести разработчиков ПО, т.е. считает погрешность - программа..... а вот сейчас, после переезда в другой город, обстоятельства заставили....

Вы прекрасно знаете, что бывают случаи (и часто) когда в распоряжении, постановлении и т.п. стоит одна площадь, а фактически (в силу обстоятельств) чуть чуть отличается, прошу не путать с 10% и тому подобным увеличением при уточнении.

Всегда, по умолчанию использовала первую формулу, и для меня стало неожиданностью замечание местной КП - "а почему у Вас под знаком корня стоит фактическая площадь?". Я сначала, естестно, захотела возмутиться, но потом решила все таки почитать теоретическую часть, выяснила - откуда ноги растут.... и вроде как КП права... В исходнике, т.е. Метод.рекомендациях дается вполне понятная расшифровка допустимой погрешности. И главное - то, что используется под знаком корня документальная площадь из разрешений...
Я написала разработчикам ПО, с просьбой комментариев по этому моменту, так вот - их позиция вкратце - "под корнем должна быть фактическая площадь, ибо это вытекает из 921 приказа...
"Формулы, примененные для расчета предельной допустимой погрешности определения площади земельных участков (частей земельных участков) (), указываются в межевом плане с подставленными в данные формулы значениями и результатами вычислений ." И вроде тоже логично....

Но не совсем логично, что в другой формуле из инструкции используется фактическая площадь. Ну не может же быть такого... Я конечно не математик, но если хочешь получить результат вычислений, формулы то могут быть разными, но исходники то нет...

Так вот господа и дамы - я прекрасно знаю, пока нет НПА, единого мнения быть не может, но все-таки! у кого как считается эта формула в ПО??? я уже даже не заикаюсь о том, как же правильно... использованием под корнем фактической или разрешительной площади?

Я уже у коллег, работающих в другом ПО поинтересовалась, выяснилось, что у них считается формула точно по метод.рекомендациям, т.е. исходя их разрешительной площади, значит кто в лес - кто по дрова...

А то у меня сейчас небольшая вилка - кадастровая машет пальцем и грозит "не примем", в программе я изменить ничего не могу, разработчики отстаивают свою позицию.. а у меня что-то с аргументацией туговато..

Я конечно попробую сделать межевое с использованием второй формулы, вот только боюсь, что КП по аналогии не начнет требовать и там площадь из разрешительных..

Вследствие погрешностей, присущих средству измерений, выбранному методу и методике измерений, отличия внешних условий, в которых выполняется измерение, от установленных, и других причин результат практически каждого измерения отягощен погрешностью. Эта погрешность вычисляется или оценивается и приписывается полученному результату.

Погрешность результата измерений (кратко — погрешность измерений) — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Истинное значение величины вследствие наличия погрешностей остается неизвестным. Его применяют при решении теоретических задач метрологии. На практике пользуются действительным значением величины, которое заменяет истинное значение.

Погрешность измерения (Δх) находят по формуле:

x = x изм. - x действ. (1.3)

где х изм. — значение величины, полученное на основании измерений; х действ. — значение величины, принятое за действительное.

За действительное значение при однократных измерениях нередко принимают значение, полученное с помощью образцового средства измерений, при многократных измерениях — среднее арифметическое из значений отдельных измерений, входящих в данный ряд.

Погрешности измерения могут быть классифицированы по следующим признакам:

По характеру проявления — систематические и случайные;

По способу выражения — абсолютные и относительные;

По условиям изменения измеряемой величины — статические и динамические;

По способу обработки ряда измерений — средние арифметические и средние квадратические;

По полноте охвата измерительной задачи — частные и полные;

По отношению к единице физической величины — погрешности воспроизведения единицы, хранения единицы и передачи размера единицы.

Систематическая погрешность измерения (кратко — систематическая погрешность) — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной для данного ряда измерений или же закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

По характеру проявления систематические погрешности подразделяются на постоянные, прогрессивные и периодические. Постоянные систематические погрешности (кратко — постоянные погрешности) — погрешности, длительное время сохраняющие свое значение (например, в течение всей серии измерений). Это наиболее часто встречающийся вид погрешности.

Прогрессивные систематические погрешности (кратко — прогрессивные погрешности) — непрерывно возрастающие или убывающие погрешности (например, погрешности от износа измерительных наконечников, контактирующих в процессе шлифования с деталью при контроле ее прибором активного контроля).

Периодическая систематическая погрешность (кратко — периодическая погрешность) — погрешность, значение которой является функцией времени или функцией перемещения указателя измерительного прибора (например, наличие эксцентриситета в угломерных приборах с круговой шкалой вызывает систематическую погрешность, изменяющуюся по периодическому закону).

Исходя из причин появления систематических погрешностей, различают инструментальные погрешности, погрешности метода, субъективные погрешности и погрешности вследствие отклонения внешних условий измерения от установленных методиками.

Инструментальная погрешность измерения (кратко — инструментальная погрешность) является следствием ряда причин: износ деталей прибора, излишнее трение в механизме прибора, неточное нанесение штрихов на шкалу, несоответствие действительного и номинального значений меры и др.

Погрешность метода измерений (кратко — погрешность метода) может возникнуть из-за несовершенства метода измерений или допущенных его упрощений, установленных методикой измерений. Например, такая погрешность может быть обусловлена недостаточным быстродействием применяемых средств измерений при измерении параметров быстропротекающих процессов или неучтенными примесями при определении плотности вещества по результатам измерения его массы и объема.

Субъективная погрешность измерения (кратко — субъективная погрешность) обусловлена индивидуальными погрешностями оператора. Иногда эту погрешность называют личной разностью. Она вызывается, например, запаздыванием или опережением принятия оператором сигнала.

Погрешность вследствие отклонения (в одну сторону) внешних условий измерения от установленных методикой измерения приводит к возникновению систематической составляющей погрешности измерения.

Систематические погрешности искажают результат измерения, поэтому они подлежат исключению, насколько это возможно, путем введения поправок или юстировкой прибора с доведением систематических погрешностей до допустимого минимума.

Неисключенная систематическая погрешность (кратко — неисключенная погрешность) — это погрешность результата измерений, обусловленная погрешностью вычисления и введения поправки на действие систематической погрешности, или небольшой систематической погрешностью, поправка на действие которой не введена вследствие малости.

Иногда этот вид погрешности называют неисключенными остатками систематической погрешности (кратко — неисключенные остатки). Например, при измерении длины штрихового метра в длинах волн эталонного излучения выявлено несколько неисключенных систематических погрешностей (i): из-за неточного измерения температуры — 1 ; из-за неточного определения показателя преломления воздуха — 2 , из-за неточного значения длины волны — 3 .

Обычно учитывают сумму неисключенных систематических погрешностей (устанавливают их границы). При числе слагаемых N ≤ 3 границы неисключенных систематических погрешностей вычисляют по формуле

При числе слагаемых N ≥ 4 для вычислений используют формулу

(1.5)

где k — коэффициент зависимости неисключенных систематических погрешностей от выбранной доверительной вероятности Р при их равномерном распределении. При Р = 0,99, k = 1,4, при Р = 0,95, k = 1,1.

Случайная погрешность измерения (кратко — случайная погрешность) — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии измерений одного и того же размера физической величины. Причины случайных погрешностей: погрешности округления при отсчете показаний, вариация показаний, изменение условий измерений случайного характера и др.

Случайные погрешности вызывают рассеяние результатов измерений в серии.

В основе теории погрешностей лежат два положения, подтверждаемые практикой:

1. При большом числе измерений случайные погрешности одинакового числового значения, но разного знака, встречаются одинаково часто;

2. Большие (по абсолютному значению) погрешности встречаются реже, чем малые.

Из первого положения следует важный для практики вывод: при увеличении числа измерений случайная погрешность результата, полученного из серии измерений, уменьшается, так как сумма погрешностей отдельных измерений данной серии стремится к нулю, т. е.

(1.6)

Например, в результате измерений получен ряд значений электрического сопротивления (в которые введены поправки на действия систематических погрешностей): R 1 = 15,5 Ом, R 2 = 15,6 Ом, R 3 = 15,4 Ом, R 4 = 15,6 Ом и R 5 = 15,4 Ом. Отсюда R = 15,5 Ом. Отклонения от R (R 1 = 0,0; R 2 = +0,1 Ом, R 3 = -0,1 Ом, R 4 = +0,1 Ом и R 5 = -0,1 Ом) представляют собой случайные погрешности отдельных измерений в данной серии. Нетрудно убедиться, что сумма R i = 0,0. Это свидетельствует о том, что погрешности отдельных измерений данного ряда вычислены правильно.

Несмотря на то, что с увеличением числа измерений сумма случайных погрешностей стремится к нулю (в данном примере она случайно получилась равной нулю), обязательно производится оценка случайной погрешности результата измерений. В теории случайных величин характеристикой рассеяния значений случайной величины служит дисперсия о2. "|/о2 = а называют средним квадратическим отклонением генеральной совокупности или стандартным отклонением.

Оно более удобно, чем дисперсия, так как его размерность совпадает с размерностью измеряемой величины (например, значение величины получено в вольтах, среднее квадратическое отклонение тоже будет в вольтах). Так как в практике измерений имеют дело с термином «погрешность», для характеристики ряда измерений следует применять производный от него термин «средняя квадратическая погрешность». Характеристикой ряда измерений может служить средняя арифметическая погрешность или размах результатов измерений.

Размах результатов измерений (кратко — размах) — алгебраическая разность наибольшего и наименьшего результатов отдельных измерений, образующих ряд (или выборку) из n измерений:

R n = X max - Х min (1.7)

где R n — размах; X max и Х min — наибольшее и наименьшее значения величины в данном ряду измерений.

Например, из пяти измерений диаметра d отверстия значения R 5 = 25,56 мм и R 1 = 25,51 мм оказались максимальным и минимальным его значением. В этом случае R n = d 5 — d 1 = 25,56 мм — 25,51 мм = 0,05 мм. Это означает, что остальные погрешности данного ряда менее 0,05 мм.

Средняя арифметическая погрешность отдельного измерения в серии (кратко — средняя арифметическая погрешность) — обобщенная характеристика рассеяния (вследствие случайных причин) отдельных результатов измерений (одной и той же величины), входящих в серию из n равноточных независимых измерений, вычисляется по формуле

(1.8)

где Х і — результат і-го измерения, входящего в серию; х — среднее арифметическое из n значений величины: |Х і - X| — абсолютное значение погрешности i-го измерения; r — средняя арифметическая погрешность.

Истинное значение средней арифметической погрешности р определяется из соотношения

р = lim r, (1.9)

При числе измерений n > 30 между средней арифметической (r) и средней квадратической (s) погрешностями существуют соотношения

s = 1,25 r; r и= 0,80 s. (1.10)

Преимущество средней арифметической погрешности — простота ее вычисления. Но все же чаще определяют среднюю квадратическую погрешность.

Средняя квадратическая погрешность отдельного измерения в серии (кратко — средняя квадратическая погрешность) — обобщенная характеристика рассеяния (вследствие случайных причин) отдельных результатов измерений (одной и той же величины), входящих в серию из п равноточных независимых измерений, вычисляемая по формуле

(1.11)

Средняя квадратическая погрешность для генеральной выборки о, являющаяся статистическим пределом S, может быть вычислена при /і-мх > по формуле:

Σ = lim S (1.12)

В действительности число измерений всегда ограничено, поэтому вычисляется не σ, а ее приближенное значение (или оценка), которым является s. Чем больше п, тем s ближе к своему пределу σ.

При нормальном законе распределения вероятность того, что погрешность отдельного измерения в серии не превзойдет вычисленную среднюю квадратическую погрешность, невелика: 0,68. Следовательно, в 32 случаях из 100 или 3 случаях из 10 действительная погрешность может быть больше вычисленной.

Рисунок 1.2 Уменьшение значения случайной погрешности результата многократного измерения при увеличении числа измерений в серии

В серии измерений существует зависимость между средней квадратической погрешностью отдельного измерения s и средней квадратической погрешностью арифметического среднего S x:

которую нередко называют «правилом У n». Из этого правила следует, что погрешность измерений вследствие действия случайных причин может быть уменьшена в уn раз, если выполнять n измерений одного размера какой-либо величины, а за окончательный результат принимать среднее арифметическое значение (рис. 1.2).

Выполнение не менее 5 измерений в серии дает возможность уменьшить влияние случайных погрешностей более чем в 2 раза. При 10 измерениях влияние случайной погрешности уменьшается в 3 раза. Дальнейшее увеличение числа измерений не всегда экономически целесообразно и, как правило, осуществляется лишь при ответственных измерениях, требующих высокой точности.

Средняя квадратическая погрешность отдельного измерения из ряда однородных двойных измерений S α вычисляется по формуле

(1.14)

где x" i и х"" i — і-ые результаты измерений одного размера величины при прямом и обратном направлениях одним средством измерений.

При неравноточных измерениях среднюю квадратическую погрешность арифметического среднего в серии определяют по формуле

(1.15)

где p i — вес і-го измерения в серии неравноточных измерений.

Среднюю квадратическую погрешность результата косвенных измерений величины Y, являющейся функцией Y = F (X 1 , X 2 , X n), вычисляют по формуле

(1.16)

где S 1 , S 2 , S n — средние квадратические погрешности результатов измерений величин X 1 , X 2 , X n .

Если для большей надежности получения удовлетворительного результата проводят несколько серий измерений, среднюю квадратическую погрешность отдельного измерения из m серий (S m) находят по формуле

(1.17)

Где n — число измерений в серии; N — общее число измерений во всех сериях; m — число серий.

При ограниченном числе измерений часто необходимо знать погрешность средней квадратической погрешности. Для определения погрешности S, вычисляемой по формуле (2.7), и погрешности S m , вычисляемой по формуле (2.12), можно воспользоваться следующими выражениями

(1.18)

(1.19)

где S и S m — средние квадратические погрешности соответственно S и S m .

Например, при обработке результатов ряда измерений длины х получены

= 86 мм 2 при n = 10,

= 3,1 мм

= 0,7 мм или S = ±0,7 мм

Значение S = ±0,7 мм означает, что из-за погрешности вычисления s находится в пределах от 2,4 до 3,8 мм, следовательно, десятые доли миллиметра здесь ненадежны. В рассмотренном случае надо записать: S = ±3 мм.

Чтобы иметь большую уверенность в оценке погрешности результата измерений, вычисляют доверительную погрешность или доверительные границы погрешности. При нормальном законе распределения доверительные границы погрешности вычисляют как ±t-s или ±t-s x , где s и s x — средние квадратические погрешности соответственно отдельного измерения в серии и среднего арифметического; t — число, зависящее от доверительной вероятности Р и числа измерений n.

Важным понятием является надежность результата измерений (α), т.е. вероятность того, что искомое значение измеряемой величины попадет в данный доверительный интервал.

Например, при обработке деталей на станках в устойчивом технологическом режиме распределение погрешностей подчиняется нормальному закону. Предположим, что установлен допуск на длину детали, равный 2а. В этом случае доверительным интервалом, в котором находится искомое значение длины детали а, будет (а - а, а + а).

Если 2a = ±3s, то надежность результата a = 0,68, т. е. в 32 случаях из 100 следует ожидать выхода размера детали за допуск 2а. При оценивании качества детали по допуску 2a = ±3s надежность результата составит 0,997. В этом случае можно ожидать выхода за установленный допуск только трех деталей из 1000. Однако увеличение надежности возможно лишь при уменьшении погрешности длины детали. Так, для повышения надежности с a = 0,68 до a = 0,997 погрешность длины детали необходимо уменьшить в три раза.

В последнее время получил широкое распространение термин «достоверность измерений». В некоторых случаях он необоснованно применяется вместо термина «точность измерений». Например, в некоторых источниках можно встретить выражение «установление единства и достоверности измерений в стране». Тогда как правильнее сказать «установление единства и требуемой точности измерений». Достоверность нами рассматривается как качественная характеристика, отражающая близость к нулю случайных погрешностей. Количественно она может быть определена через недостоверность измерений.

Недостоверность измерений (кратко — недостоверность)— оценка несовпадения результатов в серии измерений вследствие влияния суммарного воздействия случайных погрешностей (определяемых статистическими и нестатистическими методами), характеризуемая областью значений, в которой находится истинное значение измеряемой величины.

В соответствии с рекомендациями Международного бюро мер и весов недостоверность выражается в виде суммарной средней квадратической погрешности измерений — Su включающей среднюю квадратическую погрешность S (определяемую статистическими методами) и среднюю квадратическую погрешность u (определяемую нестатистическими методами), т.е.

(1.20)

Предельная погрешность измерения (кратко — предельная погрешность) — максимальная погрешность измерения (плюс, минус), вероятность которой не превышает значение Р, при этом разность 1 - Р незначительная.

Например, при нормальном законе распределения вероятность появления случайной погрешности, равной ±3s, составляет 0,997, а разность 1-Р = 0,003 незначительна. Поэтому во многих случаях доверительную погрешность ±3s, принимают за предельную, т.е. пр = ±3s. В случае необходимости пр может иметь и другие соотношения с s при достаточно большом Р (2s, 2,5s, 4s и т.д.).

В связи с тем, в стандартах ГСИ вместо термина «средняя квадратическая погрешность» применен термин «среднее квадратическое откланение», в дальнейших рассуждениях мы будим придерживаться именно этого термина.

Абсолютная погрешность измерения (кратко — абсолютная погрешность) — погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Так, погрешность Х измерения длины детали Х, выраженная в микрометрах, представляет собой абсолютную погрешность.

Не следует путать термины «абсолютная погрешность» и «абсолютное значение погрешности», под которым понимают значение погрешности без учета знака. Так, если абсолютная погрешность измерения равна ±2мкВ, то абсолютное значение погрешности будет 0,2 мкВ.

Относительная погрешность измерения (кратко — относительная погрешность) — погрешность измерения, выраженная в долях значения измеряемой величины или в процентах. Относительную погрешность δ находят из отношений:

(1.21)

Например, имеется действительное значение длины детали х = 10,00 мм и абсолютное значение погрешности х = 0,01мм. Относительная погрешность составит

Статическая погрешность — погрешность результата измерения, обусловленная условиями статического измерения.

Динамическая погрешность — погрешность результата измерения, обусловленная условиями динамического измерения.

Погрешность воспроизведения единицы — погрешность результата измерений, выполняемых при воспроизведении единицы физической величины. Так, погрешность воспроизведения единицы при помощи государственного эталона указывают в виде ее составляющих: неисключенной систематической погрешности, характеризуемой ее границей; случайной погрешностью, характеризуемой средним квадратическим отклонением s и нестабильностью за год ν.

Погрешность передачи размера единицы — погрешность результата измерений, выполняемых при передаче размера единицы. В погрешность передачи размера единицы входят неисключенные систематические погрешности и случайные погрешности метода и средств передачи размера единицы (например, компаратора).

Неотъемлемой частью любого измерения является погрешность измерений. С развитием приборостроения и методик измерений человечество стремиться снизить влияние данного явления на конечный результат измерений. Предлагаю более детально разобраться в вопросе, что же это такое погрешность измерений.

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму погрешностей, каждая из которых имеет свою причину.

По форме числового выражения погрешности измерений подразделяются на абсолютные и относительные

– это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением.

(1.2), где X — результат измерения; Х 0 — истинное значение этой величины.

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике пользуются лишь приближенной оценкой абсолютной погрешности измерения, определяемой выражением

(1.3), где Х д — действительное значение этой измеряемой величины, которое с погрешностью ее определения принимают за истинное значение.

– это отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины:

По закономерности появления погрешности измерения подразделяются на систематические, прогрессирующие, и случайные .

Систематическая погрешность – это погрешность измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины.

Прогрессирующая погрешность – этонепредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Систематические и прогрессирующие погрешности средств измерений вызываются:

• первые - погрешностью градуировки шкалы или ее небольшим сдвигом;
• вторые - старением элементов средства измерения.

Систематическая погрешность остается постоянной или закономерно изменяющейся при многократных измерениях одной и той же величины. Особенность систематической погрешности состоит в том, что она может быть полностью устранена введением поправок. Особенностью прогрессирующих погрешностей является то, что они могут быть скорректированы только в данный момент времени. Они требуют непрерывной коррекции.

Случайная погрешность – это погрешность измерения изменяется случайным образом. При повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. В отличии от систематических погрешностей случайные нельзя устранить из результатов измерений.

По происхождению различают инструментальные и методические погрешности средств измерений.

Инструментальные погрешности - это погрешности, вызываемые особенностями свойств средств измерений. Они возникают вследствие недостаточно высокого качества элементов средств измерений. К данным погрешностям можно отнести изготовление и сборку элементов средств измерений; погрешности из-за трения в механизме прибора, недостаточной жесткости его элементов и деталей и др. Подчеркнем, что инструментальная погрешность индивидуальна для каждого средства измерений.

Методическая погрешность - это погрешность средства измерения, возникающая из-за несовершенства метода измерения, неточности соотношения, используемого для оценки измеряемой величины.

Погрешности средств измерений.

– это разность между номинальным ее значением и истинным (действительным) значением воспроизводимой ею величины:

(1.5), где X н – номинальное значение меры; Х д – действительное значение меры

– это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины:

(1.6), где X п – показания прибора; Х д – действительное значение измеряемой величины.

– это отношение абсолютной погрешности меры или измерительного прибора к истинному

(действительному) значению воспроизводимой или измеряемой величины. Относительная погрешность меры или измерительного прибора может быть выражена в (%).

(1.7)

– отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению. Нормирующие значение XN – это условно принятое значение, равное или верхнему пределу измерений, или диапазону измерений, или длине шкалы. Приведенная погрешность обычно выражается в (%).

(1.8)

Предел допускаемой погрешности средств измерений – наибольшая без учета знака погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано и допущено к применению. Данное определение применяют к основной и дополнительной погрешности, а также к вариации показаний. Поскольку свойства средств измерений зависят от внешних условий, их погрешности также зависят от этих условий, поэтому погрешности средств измерений принято делить на основные и дополнительные .

Основная – это погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях, которые обычно определены в нормативно-технических документах на данное средство измерений.

Дополнительная – это изменение погрешности средства измерений вследствии отклонения влияющих величин от нормальных значений.

Погрешности средств измерений подразделяются также на статические и динамические .

Статическая – это погрешность средства измерений, используемого для измерения постоянной величины. Если измеряемая величина является функцией времени, то вследствие инерционности средств измерений возникает составляющая общей погрешности, называется динамической погрешностью средств измерений.

Также существуют систематические и случайные погрешности средств измерений они аналогичны с такими же погрешностями измерений.

Факторы влияющие на погрешность измерений.

Погрешности возникают по разным причинам: это могут быть ошибки экспериментатора или ошибки из-за применения прибора не по назначению и т.д. Существует ряд понятий которые определяют факторы влияющие на погрешность измерений

Вариация показаний прибора – это наибольшая разность показаний полученных при прямом и обратном ходе при одном и том же действительном значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях.

Класс точности прибора – это обобщенная характеристика средств измерений (прибора), определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на точность, значение которой устанавливаются на отдельные виды средств измерений.

Классы точности прибора устанавливают при выпуске, градуируя его по образцовому прибору в нормальных условиях.

Прецизионность — показывает, как точно или отчетливо можно произвести отсчет. Она определяется, тем насколько близки друг к другу результаты двух идентичных измерений.

Разрешение прибора — это наименьшее изменение измеряемого значения, на которое прибор будет реагировать.

Диапазон прибора — определяется минимальным и максимальным значением входного сигнала, для которого он предназначен.

Полоса пропускания прибора — это разность между минимальной и максимальной частотой, для которых он предназначен.

Чувствительность прибора — определяется, как отношение выходного сигнала или показания прибора к входному сигналу или измеряемой величине.

Шумы — любой сигнал не несущий полезной информации.