Классификация и источники ошибок опыта

Возможные ошибки опыта могут быть разделены на две основные группы: систематические и случайные.

Систематические ошибки - это такие, которые повторяются от опыта к опыту. Примером источника систематической ошибки может служить неточная установка измерительного прибора или не правильная градуировка датчика. Допустим, что перед началом опыта стрелка выключенного прибора не была поставлена на ноль. Тогда первоначальное отклонение стрелки будет давать систематическую погрешность при снятии всех отчетов с данного прибора в период проведения всех исследований. Подобные ошибки легко устранимы до начала экспериментов при условии достаточной внимательности, грамотности и технологической дисциплинированности исследователя. Труднее обнаружить и исключить ошибки градуировки; для их выявления рекомендуется перед началом опытов провести выборочную проверку шкалы градуировки каждого датчика по нескольким контрольным точкам равномерно распределенным по шкале.

Вторым примером систематической ошибки могут служить упущенные из внимания температурные колебания окружающей среды, которые могут дать существенные погрешности при точном измерении длины деталей. Эти ошибки тоже могут быть устранены введением в результат измерений поправки, определенной путем расчета

Таким образом, систематические ошибки могут быть предотвращены или устранены из результата опыта с помощью тщательной проверки методики, схемы экспериментальной установки и приборов до начала опытов, а также введением специальных поправок в результаты измерений при их регистрации. Вместе с тем, именно систематические ошибки могут быть учтены и выявлены общей теорией ошибок опыта. Для выявления систематических ошибок необходимо повторение всего эксперимента в проверенных условиях. Систематические ошибки служат показателем невнимательности и не квалифицированности исследователя.

В отличие от систематических ошибок, случайные ошибки не устранимы из опыта, однако могут быть выявлены и оценены количественно; эти ошибки определяют точность эксперимента. Случайные ошибки изменяются от опыта к опыту и порождаются множеством факторов: неопределенностям, присущим выбранной принципиальной схеме машины, совокупности отклонений изменяемых параметров, конкретным условиям эксперимента и т.п.

Величина случайных ошибок сильно зависит от качества изготовителя экспериментального образца машины; стабильности и точности повторения варьируемых параметров от опыта к опыту, от точности и стабильности работы измерительной аппаратуры и от выбранной принципиальной схемы исследований. Правильная постановка эксперимента, правильное направление и способы изменения измеряемых величин позволяют заметить и вычислить элементы случайных ошибок возникающих от факторов, учет влияния которых возможны, если знать заранее о их появлении.

Сравнение возможных результатов исследования одного и того же явления в совершенно подобных условиях, но с применением разных методов позволяет выявить наиболее подходящий -величина случайной ошибки, при использовании которого, будет наименьшей.

Второе правило, позволяющее уменьшить значения случайных ошибок опыта, состоит в том, что средства измерения и точность снятия показаний приборов, применяемых при эксперименте, должны соответствовать точности изменения варьируемых параметров.

Третьим источником случайных ошибок опыта являются отклонения от проектного идеального режима работы исследуемой машины. К числу этих ошибок относятся ошибки за счет неточности изготовления и регулирования деталей, узлов и других элементов машины, неопределенности взаимодействия рабочего органа машины с объектом обработки, неточностей срабатывания элементов управления и др. В этом плане, важно, чтобы величина отклонений от идеального режима работы машины учитывалась при определении необходимой точности применяемых в эксперименте измерительных приборов. Не следует применять сверхточные измерительные средства при большой нестабильности работы исследуемой машины, т.е. при больших отклонениях ее режимов от идеального.

Оценка точности опыта

Оценка точности опыта может быть сделана по абсолютной величине ошибки. Например при измерении величины хода исполнительного органа машины поступательного действия определяется обычно и точность до 1 мм. Следовательно абсолютная ошибка опыта в таком случае находится в пределах

Абсолютная ошибка является важной, но не достаточной характеристикой точности, так как не дает полного представления о точности эксперимента. Более того, численно равные абсолютные ошибки опыта в разных случаях отображают совершенно различные по точности результаты исследования.

Например, при измерениях амплитуды колебаний сита грохота с точностью до 1 мм при значении амплитуды 25 мм и 5мм по существу не отображает различия точностей измерений. Для более яркого отображения точности используют понятие относительная ошибка. Она определяется по формуле:

где — точность измерения в абсолютных единицах; Ь - измеряемая величина. Для рассматриваемых опытов относительная ошибка будет соответственно

и

Итак при получении равноценных абсолютных ошибок в процессе измерения величин различной абсолютной величины мы получаем разную точность эксперимента, если ее сравнивать по значению относительной ошибки опыта

Всегда следует остерегаться возможности неправильного расчета относительной точности опыта. Часто относительную ошибку опыта определяют как отношение абсолютной ошибки к одному из предельных значений измеряемой величины, а не к конкретно измеряемой величине. Например, при абсолютной ошибке опыта 1 мм считают, что относительную ошибку можно определить по значению максимальной амплитуды 25 мм, т.е. относительная ошибка будет равна:

Такая точность достаточно высока. Однако реальная точность при измерении колебаний с амплитудой А=5 мм оказывается значительно меньше:

(1/5)400%=t*20%

Следовательно при изучении количественных закономерностей, для установления относительной точности опыта абсолютную ошибку опыта необходимо относить не к предельной величине измеряемых параметров, а к величине изменения измеряемой величины в пределах конкретного опыта.