ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ. Любое измерение всегда выполняется с некоторой погрешностью, источниками которой являются несовершенство методов и средств измерений
Любое измерение всегда выполняется с некоторой погрешностью, источниками которой являются несовершенство методов и средств измерений, непостоянство влияющих на результат измерения величин, а также индивидуальные особенности экспериментатора.
Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерения может быть представлена в форме абсолютной погрешности, выражаемой в единицах измеряемой величины и определяемой в обозначениях (1.1) как:
Δ=X-Q (1.3)
или относительной погрешности, определяемой как отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины
δ=Δ/Q . (1.4)
Широко применяется также понятие точность измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Другими словами, высокая точность соответствует малым погрешностям измерений. Поэтому количественно точность измерений можно оценивать величиной, обратной модулю относительной погрешности (δ).
При количественной оценке погрешностей важно помнить, что, поскольку истинное значение измеряемой величины Q нам неизвестно, вместо него необходимо пользоваться понятием действительного значения физической величины. Оно находится экспериментальным путём и настолько близко к истинному значению, что для поставленной измерительной задачи может быть использовано вместо него.
В зависимости от характера изменения погрешности измерений общепринято классифицировать на систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях, и случайные погрешности, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Встречается также грубая погрешность измерения (промах), которая существенно превышает ожидаемую при данных условиях. В практике измерений все эти погрешности присутствуют, как правило, одновременно, а в некоторых случаях даже не удается четко разграничить случайные и систематические погрешности. В связи с этим исключительно важное значение приобретают достоверная оценка погрешностей измерений и представление результатов измерений в одной из стандартных форм.
При количественной оценке погрешностей измерений очень важно уметь выявить все составляющие их, обусловленные различными источниками (причинами) возникновения. Типовая классификация этих составляющих учитывает методическую, инструментальную, внешнюю и субъективную погрешности измерения. Методическая погрешность (погрешность метода измерений) возникает из-за несовершенства метода измерений и обработки их результатов. Как правило, методическая погрешность является систематической и может иметь самые различные конкретные проявления. Примеры характерных методических погрешностей будут приведены в соответствующих главах учебника.
Инструментальная погрешность (часто называемая также аппаратурной) определяется погрешностями применяемых средств измерений. Очень важно четко разграничивать погрешности измерений и погрешности применяемых для их выполнения средств измерений. Несовершенство средства измерений является лишь одним из источников погрешности измерения и определяет только одну из ее составляющих — инструментальную погрешность. В свою очередь погрешность средства измерений является суммарной, составляющие которой — погрешности функциональных узлов, могут быть как систематическими, так и случайными.
Внешняя погрешность — составляющая погрешности измерения, вызываемая отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормальных значений или выходом их за пределы нормальной области (например, влияние температуры, внешних электрических и магнитных полей, механических воздействий и т. п.). Как правило, внешние погрешности являются систематическими и определяются дополнительными погрешностями применяемых средств измерений.
Субъективная (личная) погрешность обусловлена индивидуальными особенностями экспериментатора и может быть как систематической, так и случайной. Характерными примерами субъективных погрешностей являются погрешность отсчета в аналоговых измерительных приборах из-за параллакса и интерполяции, погрешность определения нулевых биений из-за нижнего порога слышимости и др.