Причины возникновения и способы исключения систематических погрешностей
Природа и происхождение систематических погрешностей обычно обусловлены спецификой конкретного эксперимента, поэтому обнаружение и исключение систематических погрешностей во многом зависят от мастерства экспериментатора. Вместе с тем существуют некоторые общие причины возникновения систематических погрешностей, в соответствии с которыми их подразделяют на методические, инструментальные и субъективные.
Методические погрешности обусловлены несовершенством метода измерений, использования упрощающих предположений и допущений при выводе применяемых формул, влияния измерительного прибора на объект измерения.
Инструментальные погрешности зависят от погрешностей применяемых средств измерений. К причинам их возникновения относят неточность градуировки, конструктивные несовершенства, изменения характеристик прибора в процессе эксплуатации и др.
Субъективные погрешности вызываются неправильными отсчетами показаний прибора человеком (оператором). Это может случиться, например, из-за неправильного направления взгляда при наблюдении за показаниями стрелочного прибора (погрешность от параллакса). Использование цифровых приборов и автоматических методов измерения позволяет исключить такие погрешности.
Дополнительные погрешности обусловлены отклонением от нормальных условий, в которых работает прибор.
Динамические погрешности возникают из-за инерционности применяемых технических средств, при быстрых изменениях измеряемой величины. Все эти погрешности отличают от инструментальных, поскольку они связаны не столько с самими средствами измерений, сколько с условиями, при которых они работают.
Систематические погрешности могут оставаться постоянными либо закономерно изменяться. В последнем случае их подразделяют на прогрессирующие (возрастающие или убывающие), периодические и изменяющиеся по сложному закону.
Обнаружение причин и источников систематических погрешностей позволяет принять меры к их устранению или исключению посредством введения поправки. Поправкой называется значение величины, одноименной с измеряемой, которое нужно прибавить к полученномупри измерении значению величины для исключения систематической погрешности.
В некоторых случаях используют поправочный множитель — число, на которое умножают результат измерений для исключения систематической погрешности.
Поправка или поправочный множитель определяется с помощью калибровки технического средства, составления и использования соответствующих таблиц и графиков.
Существуют специальные методы организации измерений, устраняющие систематические погрешности. К ним относятся, например, метод замещения и метод компенсации погрешности по знаку.
Метод замещения заключается в том, что измеряемая величина замещается известной величиной, получаемой с помощью регулируемой меры. Если такое замещение производится без каких-либо других изменений в экспериментальной установке и после замещения установлены те же показания приборов, то измеряемая величина равняется известной величине, значение которой отсчитывается по указателю регулируемой меры. Этот прием позволяет исключить постоянные систематические погрешности. Погрешность измерений при использовании метода замещения определяется погрешностью меры и погрешностью, возникающей при отсчете значения величины, замещающей неизвестную.
Метод компенсации погрешности по знаку применяется для исключения систематических погрешностей, которые в зависимости от условий измерений могут входить в результат измерений с тем или иным знаком (погрешность от влияния напряжения постоянного электрического тока или магнитного поля и др.). В этом случае можно провести измерения дважды так, чтобы погрешность входила в результаты измерений один раз с одним знаком, а при повторном измерении — с обратным знаком. Среднее значение из двух полученных результатов будет являться окончательным результатом измерений, свободным от указанных ранее систематических погрешностей.