Основные характеристики измерений

Погрешность — отклонение результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность возникает из-за несовершенства процесса измерений.

Конкретные причины и характер проявления погрешностей весьма разнообразны. Соответственно их классифицируют по многим критериям.

По способу выражения — абсолютные и относительные погрешности.

Абсолютная погрешность измерения — погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность измерения — отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины.

По характеру проявления — систематические и случайные погрешности.

Систематическая погрешность измерения — составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. В зависимости от характера изменения систематические погрешности подразделяют на постоянные, пропорциональные и погрешности, изменяющиеся по сложному закону.

Постоянные погрешности длительное время сохраняют свое значение, в частности, в течение всего периода выполнения измерений. Они встречаются наиболее часто. Хорошим примером такого вида систематической погрешности является постоянное, отличное от нуля значение холостого опыта.

Пропорциональные погрешности изменяются пропорционально значению измеряемой величины.

В зависимости от причин возникновения систематические погрешности подразделяют на инструментальные, погрешности метода измерений, субъективные, погрешности вследствие несоблюдения установленных условий измерений.

Инструментальные (аппаратурные) погрешности измерений обусловлены погрешностями применяемого средства измерения. Они возникают из-за износа деталей и прибора в целом, излишнего трения в механизме прибора, неточного нанесения штрихов при калибровке.

Погрешности метода измерений (теоретические) обусловлены несовершенством принятого метода измерений. Они являются следствием упрощенных представлений о явлениях и эффектах, лежащих в основе измерений.

Случайная погрешность измерения — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности неизбежны и неустранимы и всегда присутствуют в результатах измерений. Они вызывают рассеяние числовых значений измеряемой величины (различие их в последних значащих цифрах) при многократном и достаточно точном ее измерении при неизменных условиях.

Кроме того, выделяют грубую погрешность измерения — погрешность, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях проведения измерений.

Погрешность и неопределенность результата измерения Погрешность ДX = X изм. — X истин.

Истинное значение неизвестно, это порождает неопределенность результата измерения.

Х действ. часто находят, как среднее арифметическое значение результатов нескольких измерений.

Абсолютная погрешность СИ ДХ = Х изм. — Х действ.

Относительная погрешность СИ д = ДХ / Х действ.

Приведенная погрешность СИ г= ДХ / Х верх. предела Основная погрешность СИ — погрешность в нормальных условиях Дополнительная погрешность СИ — изменение погрешности из-за отклонения влияющей величины Систематическая погрешность — составляющая погрешности СИ, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся Случайная погрешность — составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом Неопределенность измерений — параметр*, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно приписать измеряемой величине. (РМГ 29 — 99).

*Параметром может быть СКО или половина интервала, имеющего указанный доверительный уровень Основными характеристиками измерений являются: принцип, метод, погрешность измерений, точность, сходимость и воспроизводимость результатов измерений.

Дадим определения этим характеристикам.

Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Например, определение элементного состава пробы методом атомно-эмиссионного анализа с индуктивно-связанной плазмой.

Методика выполнения измерений — установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом. Обычно методика выполнения измерений регламентируется нормативным или техническим документом.

Погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Сходимость результатов измерений — 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.

Воспроизводимость результатов измерений — близость друг к другу 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.).

Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.