Основные термины и определения

С 1 января 2001 г. постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 17 мая 2000 г. № 139 введены в действие Рекомендации РМГ 29—99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения». Рекомендации разработаны взамен ранее действующего ГОСТ 16263—70 и являются фактически межгосударственным стандартом, принятым во всех странах СНГ.

В указанных Рекомендациях, в частности, узаконены основные термины и определения, касающиеся погрешностей измерений и средств измерений.

Далее приводятся наиболее часто используемые термины и определения погрешностей, установленные в Рекомендациях.

Погрешность результата измерений — это отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях. На практике используют действительное значение величины хд. Погрешность измерения определяют по формуле

∆X_изм = Х_изм – Х_Д

где Х_изм — измеренное значение величины.

Синонимом термина «погрешность измерения» является термин «ошибка измерения», применять который не рекомендуется.

Систематическая погрешность измерений — это составляющая погрешности результата измерений, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же физической величины. В зависимости от характера измерения систематические погрешности подразделяют на постоянные; прогрессивные; периодические; погрешности, изменяющиеся по сложному закону.

К постоянным относятся погрешности, которые длительное время сохраняют свое значение, например в течение времени выполнения всего ряда измерений. Они встречаются наиболее часто.

Прогрессивными являются непрерывно возрастающие или убывающие погрешности. К ним относятся, например, погрешности вследствие износа измерительных наконечников, контактирующих с деталью при контроле ее прибором активного контроля.

Периодические погрешности представляют собой погрешности, значение которых является периодической функцией времени или перемещения указателя измерительного прибора.

Погрешности, изменяющиеся по сложному закону, появляются вследствие совместного действия нескольких систематических погрешностей.

Инструментальная погрешность измерений — это составляющая погрешности измерений, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений.

Погрешность методов измерений — это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений. Вследствие упрощений, принятых в уравнениях для измерений, нередко возникают существенные погрешности, для компенсации действия которых следует вводить поправки. Погрешность метода также называют теоретической погрешностью. Иногда погрешность метода может проявляться как случайная.

Субъективная погрешность измерений — это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индивидуальными особенностями оператора. Встречаются операторы, которые систематически опаздывают снимать отсчеты показаний средств измерений или опережают сроки снятия показателей. Иногда субъективную погрешность называют личной погрешностью или личной разностью.

Случайная погрешность измерений — это составляющая погрешности результата измерений, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

Абсолютная погрешность измерений — это погрешность измерений, выраженная в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность измерений — это погрешность измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины. Относительную погрешность (δ) в долях или процентах находят из отношений

δ = ∆х/х или δ = ∆х/х*100

где ∆х — абсолютная погрешность измерений; х — действительное, или измеренное, значение величины.

Рассеяние результатов в ряду измерений — это несовпадение результатов измерений одной и той же величины в ряду равноточных измерений, как правило, обусловленное действием случайных погрешностей.

Размах результатов измерений представляет собой оценку Рп рассеяния результатов единичных измерений физической величины, образующих ряд (или выборку из n измерений), вычисляемую по формуле

R_n = x_max – x_min,

где x_max и x_min — наибольшее и наименьшее значения физическойвеличины в данном ряду измерений.

Средняя квадратичная погрешность результатов единичных измерений в ряду измерений — это оценка рассеяния единичных результатов измерений в ряду равноточных измерений одной и той же физической величины около среднего их значения, вычисляемая по формуле

 

где N — общее количество измерений; х _i — результат i -го единичного измерения; — среднее арифметическое значение измеряемой величины из n единичных результатов.

На практике широко распространен термин «среднее квадратичное отклонение» (СКО). Под отклонением в соответствии с формулой (2. 1) понимают отклонение единичных результатов в ряду измерений от их среднего значения.

Доверительные границы погрешности результата измерений представляют собой наибольшее и наименьшее значения погрешности измерений, ограничивающие интервал, внутри которого с заданной вероятностью находится искомое (истинное) значение погрешности результата измерений.

Поправка — это значение величины, вводимое в неисправленный результат измерений в целях исключения составляющих систематической погрешности. Знак поправки противоположен знаку погрешности. Поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению меры, а поправку, вводимую в показание измерительного прибора, — поправкой к показанию прибора.

Точность результата измерений — это одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерений. Считают, что чем меньше погрешность измерений, тем больше их точность.

Статическая погрешность измерений — это погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения.

Динамическая погрешность измерений — это погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения.

Промах — это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Иногда вместо термина «промах» применяют термин «грубая погрешность измерений».

 

 

         2.2.ПОГРЕШНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Основные термины и определения. В Рекомендациях РМГ 29—99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения» узаконены термины и определения (см. подразд. 2. 1), которые выражают погрешности средств измерений. Приведем наиболее часто употребляемые термины и определения погрешностей средств измерений в соответствии с указанными Рекомендациями.

Погрешность средства измерений представляет собой разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Для меры показанием является ее номинальное значение.

Систематическая погрешность средства измерений — это составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерную изменяющуюся величину. Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, будет отличаться от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений этого же типа, поэтому для группы однотипных измерений систематическая погрешность иногда может рассматриваться как случайная.

Случайная погрешность средства измерений является составляющей погрешности измерений, изменяющейся случайным образом.

Абсолютная погрешность средства измерений представляет собой погрешность средства измерений, выраженную в единицах измеряемой физической величины.

Относительная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, выраженная путем отношения абсолютной погрешности средства измерений к результату измерений или к действительному значению измеренной физической величины.

Приведенная погрешность средства измерений показывает относительную погрешность, выраженную отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Условно принятое значение величины называют нормирующим значением. Часто за нормирующее значение принимают верхний предел измерений.

Основная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений является составляющей погрешности средства измерений, возникающей дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или ее выхода за пределы нормальной области значений.

Статическая погрешность средства измерений представляет собой погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.

Динамическая погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся в процессе измерений физической величины.

Класс точности средства измерений — обобщенная характеристика данного типа средств измерений, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допустимых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности средств измерений дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений одного типа, но он не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Класс точности средств измерений конкретного типа устанавливают в стандартах технических требований (условий) или других нормативных документах.

Точностные характеристики средства измерений показывают совокупность метрологических характеристик (МХ) средства измерений, влияющих на погрешность измерения. К точностным характеристикам относят погрешность средства измерений, нестабильность, порог чувствительности, дрейф нуля и др.

Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. Подход к оценке погрешностей средств измерений и нормированию их МХ определяет ГОСТ 8.009—84 «Государственная система обеспечения единства измерения. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». Основная направленность стандарта заключается в стремлении приблизить оценку погрешностей средств измерений, и в частности аналоговых электроизмерительных приборов (АЭП), к ее действительному значению. Принципиальным отличием стандарта является то, что некоторые МХ АЭП при необходимости должны отображать свойства не одного экземпляра средства измерений, а всей совокупности средств измерений данного типа.

В отличие от использования старых ГОСТов при нормировании МХ АЭП применение новых документов позволяет решать важнейшие задачи теории и практики измерений, например задачу подбора комплекта аналоговых измерительных преобразователей, обеспечивающих получение заданной погрешности АЭП и минимизации общей погрешности АЭП, т. е. перейти к решению задач проектирования оптимальных АЭП.

В стандарте предусмотрена регламентация четырех составляющих погрешности, обусловленных:

1) отличием реальной характеристики преобразования средств измерений в нормальных условиях эксплуатации от номинальной характеристики преобразования. Эта составляющая погрешности называется основной погрешностью средств измерений;

2) изменением характеристик аналоговых средств измерений при изменении влияющих факторов окружающей среды и неинформативных параметров входного сигнала. Данная составляющая погрешности именуется дополнительной погрешностью АЭП;

3) неидеальностью динамических характеристик АЭП и преобразователей. Эта составляющая погрешности называется динамической погрешностью. Величина динамической погрешности зависит как от свойств аналоговых средств измерений, так и от характеристик входных сигналов;

4) мощностью, потребляемой средствами измерений. Погрешность зависит от свойств средств измерений и источника измерительных сигналов, а также от характеристик этих сигналов. Она называется погрешностью взаимодействия.

Метрологические характеристики аналоговых средств измерений, регламентируемые стандартами. Для аналоговых средств измерений нормируются следующие метрологические характеристики:

1) номинальная статическая характеристика преобразования в

нормальных условиях эксплуатации f _ном (х);

2) характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений  ;

3) характеристики случайной составляющей    погрешности средств измерений;

4) характеристики погрешности ∆ средств измерений;

 5) вариация показаний (В);

6) дрейф показаний (d);

7) входное (Z _вх) и выходное (Z _вых) полные сопротивления электрической цепи;

8) динамические характеристики средств измерений;

9) неинформативные параметры входного сигнала;

10) функция влияния на систематическую погрешность средств измерений [Ψ(ξ)];

11) наибольшее допустимое изменение метрологической характеристики, вызываемое изменением внешних влияющих факторов и неинформативных параметров входного сигнала [∆₁(ξ)];

12) диапазон измерений;

13) классы точности в соответствии с ГОСТ 8.401—80.

Основная погрешность. Такая погрешность отражает свойства средств измерений и нормируется для нормальных или рабочих условий эксплуатации, если дополнительные погрешности малы. Для аналоговых средств измерений, применяемых в качестве самостоятельных приборов, может нормироваться только основная погрешность для указанной области значений влияющих факторов, если изменение погрешности средств измерений во всей рабочей области значений влияющих факторов составляет менее половины основной погрешности. Для аналоговых средств измерений, предназначенных для информационной связи с другими средствами измерений, основная погрешность нормируется для нормальных условий эксплуатации в случае, если наибольшее изменение погрешности средств измерений во всей рабочей области значений влияющих факторов составляет более 20 % основной погрешности.

Характеристики основной погрешности в общем случае должны отражать свойства всей совокупности средств измерений данного типа. Для каждого конкретного средства измерений ее можно определить, если задаться моделью погрешности средств измерений.

 

                                  ГЛАВА 3