Характеристика (виды) ошибок измерения

При измерении любой физической величины принципи­ально невозможно определить истинное значение этой вели­чины. Разность между измеренным и истинным (действительным) значениями физической величины называются погрешностью или ошибкой измерения. Многократное измерение одной и той же постоянной величины приводит к различным значениям этой величины, которые отличаются от действительного. Без оценки ошибок результат измерения становится ненадежным, а в ряде случаев может оказаться, что он вообще не содержит информацию об измеряемой величине.

Ошибки измерения могут быть связаны с техническими трудностями (несовершенство измерительных приборов, ограниченные возможности зрительного аппарата человека, с помощью которого во многих случаях регистрируются показания приборов и т. д.) и с целым рядом факторов, которые трудно или невозможно учесть (колебания температуры воздуха, движение потоков воздуха вблизи измерительного прибора, вибрация измерительного прибора вместе с лабора­торным столом и т. д.).

Различают три типа погрешностей (ошибок) измерения: грубые ошибки (промахи), систематические и случайные ошибки.

Грубые ошибки (промахи) обычно бывают связаны с не­исправностью измерительной аппаратуры, ошибкой экспериментатора в отсчете или записи показаний приборов, резким изменением условий измерений. В этих случаях результаты измерений необходимо отбрасывать и взамен производить новые измерения.

Систематические ошибки измерений – это такие ошибки, которые при многократном измерении одной и той же величины остаются постоянными или изменяются по определенному закону. Систематические ошибки включают в себя методические и инструментальные (приборные) погрешности измерений.

Методические погрешности вызываются недостатками применяемого метода измерения, несовершенством теории физического явления, к которому относится измеряемая величина, неточностью расчетной формулы. Например, при взвешивании тела на аналитических весах будет допущена систематическая методическая погрешность, если не будет вно­ситься поправка на различие выталкивающих сил, действую­щих со стороны окружающего воздуха на взвешиваемое те­ло и разновесы. Методические погрешности можно уменьшать путем совершенствования метода измерения, введением уточ­нений или поправок в расчетную формулу.

Инструментальные (приборные) погрешности вызывают­ся несовершенством конструкции и неточностью изготовле­ния измерительных приборов (небольшое различие в длинах плеч рычажных весов, применение отстающих или спешащих часов, несовпадение в стрелочном приборе центра шкалы с осью вращения стрелки и т. д.). Уменьшение приборной погрешности достигается применением более точных и совершенных приборов. Однако полностью устранить приборную погрешность невозможно.

Случайными ошибками измерений называются ошибки, абсолютная величина и знак которых изменяются при мно­гократных измерениях одной и той же физической величины. Равновеликие положительные и отрицательные случайные отклонения одинаково часто будут встречаться на опыте. Случайные погрешности вызываются многими факторами, эффекты действия которых столь незначительны, что их нель­зя выделить и учесть в отдельности. Например, на показа­ния чувствительных аналитических рычажных весов могут повлиять пылинки, оседающие во время взвешивания на чашки весов, вибрация здания от проезжающих по улице автомобилей, удлинение одного из плеч коромысла весов, нагревающегося от находящейся вблизи него руки экспериментатора, и др.

Полностью избавится от случайных погрешностей невоз­можно, но их можно уменьшить путем многократного повто­рения измерений. При этом происходит частичная компенсация случайных отклонений результатов измерений в сторону завышения и в сторону занижения. Расчет случайных погрешностей производится методами теории вероятностей и математической статистики.