3.5. Похибки засобів вимірювальної техніки.

Найважливішими властивостями засобів вимірювань є ті, від яких залежить якість одержуваної за їх допомогою вимірюваної інформації. Вимірювання фізичних величин не можна виконати абсолютно точно через недосконалість методів і засобів вимірювальної техніки, а також через вплив зовнішнього середовища та залежно від індивідуальних особливостей спостерігача.

Від похибок, які властиві засобам вимірювань, залежить похибка результата вимірювань будь-якої фізичної величини, тобто похибка засобів вимірюваннь є важливою складовою, яка суттєво впливає на якість вимірювань.

Теоретично похибка засобу вимірювань – це є різниця між значенням величини, отриманим за допомогою цього засобу і істинним значенням. Оскільки істинне значення величини невідомо, на практиці замість нього користуються значенням величини, отриманим за допомогою більш точного засобу вимірюваннь.

Для робочого засобу вимірювань більш точним є зразковий засіб вимірювань, для зразкового – еталон. Державний еталон звіряють з міжнародним еталоном.

В загальному вигляді різницю в показах повіряємого і зразкового засобів вимірювань вважають похибкою повіряємого засобу вимірювань, тобто

= , (3.5)

де – похибка повіряємого засобу вимірювань;

– значення величини, отримане за допомогою зразкового засобу вимірювань або еталона (дійсне значення);

– значення величини, знайдене за допомогою повіряємого засобу вимірювань.

Похибки засобів вимірювань класифікують за наступними ознаками:

1. за характером прояву – систематичні і випадкові;

2. за умовами виникнення – основні і додаткові;

3. по відношенню до вимірюваної величини – динамічні і статичні;

4. за способом вираження – абсолютні, відносні і приведені;

5. за способом сумування – адитивні і мультиплікативні.

Розрізняють похибки мір і вимірювальних приладів, похибки первинних і вторинних еталонів, вимірювальних перетворювачів і вимірювальних систем (або установок), стабільність, нестабільність, точність і класи точності засобів вимірювань. Важливими поняттями є “границя допустимої похибки” і “нормовані метрологічні характеристики”.

Границя допустимої похибки засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) – найбільше значення похибки засобу вимірювань, яке встановлюється нормативно-технічним документом для даного типу засобів вимірювань, при якому він ще вважається придатним до застосування.

При перевищенні встановленної границі похибки засіб вимірювань вважається непридатним до застосування. Звичайно встановлються границі допустимої похибки. Наприклад, для амперметрів 1-го класа точності вказуються границі допустимої приведеної похибки, які дорівнюють ±1% від верхньої границі вимірювань; для 100-міліметрової кінцевої міри довжини 1-го класу точності встановлено границю значення похибки, яка дорівнює ±50 мкм.

Нормовані метрологічні характеристики ЗВТ – це є найбільш раціональна сукупність складових похибки конкретного типу засобів вимірювань, яка встановлюється нормативно-технічними документами на засоби вимірювань.

Систематична похибка ЗВТ – складова похибки засобу вимірювань, яка приймається сталою або змінною по будь-якому закону. Тому її завжди можна врахувати при кінцевих результатах досліджень.

Систематичні похибки у загальному випадку є функцією вимірюваної величини, чинників впливу (температури, тиску, вологості та ін.) конструктивних характеристик засобів вимірювань та методів вимірювань.

Систематичні похибки визначаються при повірках та атестаціях зразкових та робочих ЗВТ, а в результатах вимірювань враховуються як поправки з протилежним знаком.

Випадкова похибка ЗВТ – складова похибки засобу вимірювань, яка змінюються випадковим чином.

У загальному випадку випадкові похибки слід розглядати як випадкову функцію часу, вимірюваної величини та зовнішніх чинників.

Основна похибка ЗВТ – похибка засобу вимірювань, яка визначається при нормальних умовах його використання.

Під нормальними розуміють такі умови використання засобів вимірювань, при яких величини, що впливають на процес вимірювання (температура, тиск, вологість, частота, напруга, зовнішні магнітні поля, вібрація тощо) мають нормальні значення. Останні встановлюються стандартами або вказуються у технічних умовах для відповідних засобів вимірювання як номінальні значення з відхиленнями.

Наприклад, температура навколишнього середовища повинна становити 20 2^оС; атмосферний тиск 1∙10⁵ Па (760 мм.рт.ст.); вологість повітря – не перевищувати 80%; напруга – 220 10В та інші.

Додаткова похибка ЗВТ – складова похибки засобу вимірювань, яка виникає внаслідок відхилення будь-якої із впливаючих величин від нормального її значення.

Статична похибка ЗВТ – похибка засобу вимірювань, який використовується при вимірюванні фізичної величини в статичному режимі.

Статичні похибки мають місце при вимірюванні величини після закінчення перехідних процесів в елементах та перетворювачах засобу вимірювання.

Динамічна похибка ЗВТ – похибка засобу вимірювань, яка виникає при вимірюванні змінної фізичної величини. Динамічні похибки зумовлені інерційними властивостями засобів вимірювань

Адитивна похибка ЗВТ – складова систематичної похибки засобу вимірювань, однакова на всьому діапазоні вимірювань.

Мультиплікативна похибка ЗВТ – складова систематичної похибки засобу вимірювань, яка змінюється пропорційно значенню вимірюваної величини.

Абсолютна похибка засобу вимірювань (позначається Δ) – похибка засобу вимірювань, виражена в одиницях вимірюваної величини.

Абсолютною похибкою засобу вимірювань називається різниця між показом засобу вимірювань та істинним (дійсним) значенням вимірюваної величини за відсутності методичних похибок і похибок від взаємодії засобу вимірювань з об’єктом вимірювання:

, (3.6)

де - покази засобу вимірювань;

- дійсне значення вимірюваної величини.

Відносна похибка засобу вимірювань – похибка засобу вимірювань, виражена відношенням абсолютної похибки засобу вимірювань до істинного або дійсного значення вимірюваної величини в межах діапазону вимірювань:

(3.7)

Приведена похибка засобу вимірювань – відносна похибка, яка визначається відношенням абсолютної похибки до умовно прийнятого значення величини, сталого на всьому діапазоні вимірювань або в частині діапазону:

, (3.8)

де - умовно прийняте значення величини.

Умовно прийняте значення величини називають нормуючим значенням. За нормуюче значення часто приймають верхню границю вимірювань або розмах шкали засобу вимірювань.

Наприклад, приведена похибка показів вольтметра з верхньою границею вимірювань 150,0 В при показі 100,9 В і дійсному значенні напруги 100,0 В складає: [ (100,9-100,0)/150,0]· 100 = 0,6 %.

Похибка вимірювального приладу – алгебраїчна різниця між показами приладу і дійсним значенням вимірюваної величини, визначеним більш точним методом.

Похибки вимірювальних приладів є однією з найважливіших метрологічних характеристик приладів. Вони відбивають недосконалість вимірювального пристрою і виникають внаслідок багатьох причин, а саме:

• недосконалість конструкцій, матеріалів і технології виготовлення;

• незадовільної якості виготовлення;

• похибки градуювання та інших.

Похибка міри – алгебраїчна різниця між номінальним і дійсним значенням міри.

Похибки мір є результатом неточностей, допущених при виготовленні мір. Вони залишаються сталими на протязі тривалого часу. Точність міри розглядається і визначається при суворо визначених умовах.

Номінальне значення міри – це значення даної фізичної величини, присвоєне мірі, і яке нею відворюється. Номінальне значення міри позначається на мірі (або її футлярі). Це визначення відноситься головним чином до однозначних мір.

Якщо, наприклад, номінальне значення маси гирі 1 кг, а її дійсне значення 0, 999 кг, то похибка міри гирі становить + 0,001 кг.

Дійсне значення міри – це значення міри, знайдене вимірюванням з точністю, яка дозволяє використати його замість істинного значення.

Варіація показів – це найбільша різниця між показами, отриманими при багатократних вимірюваннях однієї і тієї ж величини.

Відносна похибка міри або вимірювального приладу - похибка, яка виражається відношенням похибки міри або вимірювального приладу до значення самої вимірюваної величини.

Поправка – значення, яке додається алгебраїчно до результата вимірювань, отриманого за допомогою засобу вимірювань, з метою виключення систематичних похибок. По знаку поправка протилежна похибці.

Наприклад, якщо абсолютна похибка приладу Δх – це різниця між показами приладу х і істинним значенням х_о вимірюваної величини, то поправка П = - Δх.