Меню

Какие причины вызывают погрешность измерения



Виды погрешностей и причины их возникновения

Качество измерений характеризуется: точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений. Точность измерительного прибора это — метрологическая характеристика прибора, определяемая погрешностью измерения, в пределах которой можно обеспечить использование данного измерительного прибора.

Класс точности характеризует свойства средства измерения, но не является показателем точности выполненных измерений, поскольку при определении погрешности измерения необходимо учитывать погрешности метода, настройки и др.

В зависимости от точности приборы разделяются на классы: первый, второй и т.д. Допускаемые погрешности для разных типов приборов регламентируются государственными стандартами. Точность — это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Количественная оценка точности — обратная величина модуля относительной погрешности. Например, если погрешность измерений равна 10 в степени минус 6, то точность равна 10 в степени плюс 6.

Точность измерения зависит от погрешностей возникающих в процессе их проведения.

Абсолютная погрешность измерения — разность между значением величины, полученным при измерении, и ее истинным значением, выражаемая в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения — отношение абсолютной погрешности, измерения к истинному значению измеряемой величины.

Систематическая погрешность измерения — составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины. Систематическая погрешность может быть исключена с помощью поправки.

Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины случайным образом.

Грубая погрешность измерения — погрешность, значение которой существенно выше ожидаемой.

В зависимости от последовательности причины возникновения различают следующие виды погрешностей.

Инструментальная погрешность — составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств. Эти погрешности определяются качеством изготовлении самих измерительных приборов.

Погрешность метода измерения — составляющая погрешности измерения, вызванная несовершенством метода измерений.

Погрешность настройки — составляющая погрешности измерения, возникающая из-за несовер-шенства осуществления процесса настройки.

Погрешность отсчёта — составляющая погрешности измерения, вызванная недостаточно точным считыванием показаний средств измерений. Погрешность возникает из-за видимого изменения относительных положений отметок шкалы вследствие перемещения глаза наблюдателя — погрешность параллакса.

Погрешность поверки — составляющая погрешности измерений, являющаяся следствием несовер-шенства поверки средств измерений. Погрешности от измерительного усилия действуют в случае контактных измерительных приборов. При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения, необходимо выделить упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.

4. Основные ветви ГСП. Нормирование характеристик средств измерения и автоматизации.

По виду энергии носителя сигналов в канале связи, применяемых для приема, выдачи и обмена информации, предусматриваются три основные ветви устройств ГСП: электрическая, пневматическая и гидравлическая. В некоторых случаях оказывается эффективным применение комбинированных устройств, использующих различные виды энергии. При этом, например, для получения, передачи и обработки информации могут применяться электрические приборы, а для воздействия на процесс — пневматические и гидравлические устройства.
Наиболее универсальной является электрическая ветвь, приборы и устройства которой обладают высокой чувствительностью, точностью, быстродействием, обеспечивают дальность связей, большую емкость каналов передачи информации и т. п. Кроме того, применение устройств электрической ветви обеспечивает возможность их непосредственной связи с управляющими вычислительными машинами в АСУТП. Электрическая ветвь, в свою очередь, подразделяется на электрическую аналоговую ветвь, в которой вырабатывается, передается и используется информация о непрерывных значениях контролируемых величин, и электрическую дискретную ветвь, в которой источником информации служат дискретные значения контролируемых величин.
Пневматическая ветвь характеризуется безопасностью в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых условиях работы и в агрессивных средах. Однако устройства пневматической ветви уступают электрическим в случаях, когда требуется значительное быстродействие и передача сигналов на большие расстояния.
Гидравлические устройства позволяют развивать значительные усилия.
Электрическая аналоговая ветвь ГСП. В электрических приборах и устройствах ГСП в качестве энергии питания используется электрическая энергия, а входные и выходные сигналы являются непрерывными электрическими сигналами.
В электрической аналоговой ветви ГСП пределы изменения токовых сигналов постоянного тока выбираются из следующих значений: 0—5, 0—20, 0—100 мА; пределы изменения сигналов напряжения постоянного тока: 0—10, 0—20, 0—50, 0—100 мВ; 0—1, 0—10 В.
Входное сопротивление приборов и устройств с входными сигналами постоянного тока не должно превышать 500 Ом для сигналов 0—5 мА, 200 Ом для сигналов 0—20 мА и 150 Ом для сигналов 0—100 мА; для сигналов 0—10 В —больше или равно 10 кОм.
В то же время приборы и устройства этой ветви должны обеспечить возможность подключения нагрузки (сопротивления приборов и линии связи) в следующих пределах: для сигналов 0_5 мА —до 2,5 кОм; 0—20 мА —до 1000 Ом; 0—100 мА — 250 Ом; 0—10 В —от 2 кОм и выше.

Читайте также:  Измерение расстояний по линейному масштабу

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения [11].

Нормы на значения метрологических характеристик устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между нормальными и рабочими условиями применения средств измерения.

Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т.д.), а также неинформативные параметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т.е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура должна составлять 20±2°С, напряжение питания – 220 В±10% или в форме интервалов значений (влажность 30 – 80 %).

Рабочая область значений влияющих величин шире нормальной области значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами на средства измерений в форме функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами рабочей области метрологические характеристики принимают неопределенные значения.

Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность средств измерений в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения , т.е. того наибольшего значения, при котором средство измерений еще может быть признано годным к применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабочей области эксплуатации средств измерений, если их колебания, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области нормируются дополнительные погрешности путем задания функций влияния или наибольших допустимых изменений раздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости – и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Измерение температур. Основные понятия при измерении температур (шкалы, МПТШ).

Температурой называется степень нагретости вещества. Это представление о температуре основано на теплообмене между двумя телами, находящимися в тепло­вом контакте. Тело, более нагретое, отдающее тепло, имеет и более высокую температуру, чем тело, восприни­мающее тепло. При отсутствии передачи тепла от одного тела к другому, т. е. в состоянии теплового равновесия, температуры тел равны.

Источник

Причины возникновения погрешностей измерения

Имеется ряд слагаемых погрешностей, которые являются доминиру-ющими в общей погрешности измерения. К ним относятся:

1. Погрешности, зависящиеот средств измерения. Нормируемую допустимую погрешность измерительного средства следует рассматривать как погрешность измерения при одном из возможных вариантов исполь-зования этого измерительного средства, поскольку проверка точности дан-ных приборов заключается чаще всего в измерении им эталона.

Читайте также:  Средства измерения объема продукции

2. Погрешности, зависящие от установочных мер. Установочные меры могут быть универсальными (концевые меры) и специальными (изготовленными по виду измеряемой детали). Погрешность измерения будет меньше, если установочная мера будет максимально подобна изме-ряемой детали по конструкции, массе, материалу, его физическим свойст-вам, способу базирования и т.д. Погрешности от концевых мер длины возникают из-за погрешности изготовления (классы) или погрешности аттестации (разряды), а также из-за погрешности их притирки.

3. Погрешности, зависящие от измерительного усилия. При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения необходимо выделить упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.

4. Погрешности, происходящие от температурных деформаций (температурные погрешности). Погрешности возникают из-за разности температур объекта измерения и измерительного средства. Существуют два основных источника, обуславливающих погрешность от температур-ных деформаций: отклонение температуры воздуха от 20 о С и кратко-временные колебания температуры воздуха в процессе измерения.

5. Погрешности, зависящие от оператора (субъективные погрешности). Возможны четыре вида субъективных погрешностей:

погрешность отсчитывания (особенно важна, когда обеспечивается погрешность измерения, не превышающая цену деления); погрешность присутствия (проявляется в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды, а тем самым и на измерительное средство); погрешность действия (вносится оператором при настройке прибора); профессиональные погрешности (связаны с квалификацией оператора, с отношением его к процессу измерения).

6. Погрешности при отклонениях от правильной геометрической формы. При измерении деталей с целью учёта возможной погрешности формы рекомендуется:

измерение производить в нескольких точках (как правило в шести);

у установочных деталей перед аттестацией измерить отклонение от геометрической формы;

на образцовой детали с отклонениями формы выделить и маркировать участок, аттестовать его и по нему производить настройку;

при выяснении «действующих» размеров деталей следует стремиться использовать измерительные наконечники по конфигурации, идентичные сопрягаемой детали («действующий» размер — это размер, который будет действовать в машине и выполнять своё служебное назначение).

7. Дополнительные погрешности при измерении внутренних размеров. К специфическим погрешностям измерения отверстий относятся:

— погрешности, возникающие при смещении линии измерения относительно контролируемого диаметра как в плоскости, перпендикулярной к оси контролируемого отверстия, так и в осевой плоскости;

— погрешности, вызванные шероховатостью поверхности отверстия, особенно при использовании ручных приборов;

— погрешности, обусловленные динамикой процесса совмещения линии измерения одновременно в двух плоскостях;

— погрешности от настойки прибора на размер.

Критерии качества измерений

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допустимых погрешностей.

Точность — это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям как систематическим, так и случайным.

Точность количественно оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности. Например, если погрешность измерений равна 10 -6 , то точность равна 10 6 .

Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это даёт возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с необходимой достоверностью.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.

Сходимость — это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей.

Воспроизводимость — это такое качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, различными методами и средствами).

Планирование измерений

В простейшем случае планирование измерений сводится к нахождению оптимального числа измерений n набора величин X1. Xn, а затем статистических характеристик:

среднего арифметического ,

где — среднее арифметическое выборки; — его доверительный интервал;

Доверительный интервал, на величину которого истинное значение может отличаться от выборочного ,

Читайте также:  Основная единица измерения количества вещества

,

где tn-1 — табличный коэффициент Стьюдента, зависящий от доверительной вероятности Р и числа измерений (n-1). На практике выбирают: Р» 0,68, что соответствует ±1s; Р» 0,95 соответствует ±2s; Р » 0,997 соответствует ±3s.

Наибольшее число требуемых испытаний

,

где m — число предварительных экспериментов, заведомо меньшее, чем требуемое.

Таким образом, исходными, предварительно выбранными величинами при планировании измерений, являются: DX — максимальное допустимое отклонение среднего арифметического; Р — доверительная вероятность; m — число предварительных испытаний.

Источник

Причины возникновения погрешностей измерения

Имеется ряд слагаемых погрешностей, которые являются доминирующими в общей погрешности измерения. К ним относятся:

1. Погрешности, зависящиеот средств измерения. Нормируемую допустимую погрешность измерительного средства следует рассматривать как погрешность измерения при одном из возможных вариантов использования этого измерительного средства, поскольку проверка точности данных приборов заключается чаще всего в измерении им эталона.

2. Погрешности, зависящие от установочных мер. Установочные меры могут быть универсальными (концевые меры) и специальными (изготовленными по виду измеряемой детали). Погрешность измерения будет меньше, если установочная мера будет максимально подобна измеряемой детали по конструкции, массе, материалу, его физическим свойствам, способу базирования и т.д. Погрешности от концевых мер длины возникают из-за погрешности изготовления (классы) или погрешности аттестации (разряды), а также из-за погрешности их притирки.

3. Погрешности, зависящие от измерительного усилия. При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения необходимо выделить упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.

4. Погрешности, происходящие от температурных деформаций(температурные погрешности). Погрешности возникают из-за разности температур объекта измерения и измерительного средства. Существуют два основных источника, обуславливающих погрешность от температурных деформаций: отклонение температуры воздуха от 20 о С и кратковременные колебания температуры воздуха в процессе измерения.

Максимальное влияние отклонений температуры на погрешность измерения lt можно рассчитать по формуле

где t1— отклонение температуры от 20 о С;

п , д — коэффициенты линейных расширений прибора и детали.

Максимальное влияние кратковременных колебаний температуры среды на погрешность измерения будет иметь место в том случае, если колебания температуры воздуха не вызывают изменений температуры измерительного средства, а температура объекта измерения близко следует за температурой воздуха (или наоборот):

где t2 — кратковременные колебания температуры воздуха в процессе измерения;

max— наибольшее значение коэффициента линейного расширения (материала прибора или измеряемой детали).

Общая деформация по двум случайным составляющим t1иt2выразится формулой

.

Могут возникнуть и дополнительные деформации при использовании накладных приборов.

5. Погрешности, зависящие от оператора(субъективные погрешности). Возможны четыре вида субъективных погрешностей:

погрешность отсчитывания(особенно важна, когда обеспечивается погрешность измерения, не превышающая цену деления);погрешность присутствия(проявляется в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды, а тем самым и на измерительное средство);погрешность действия(вносится оператором при настройке прибора);профессиональные погрешности(связаны с квалификацией оператора, с отношением его к процессу измерения).

6. Погрешности при отклонениях от правильной геометрической формы. При измерении деталей с целью учёта возможной погрешности формы рекомендуется:

— измерение производить в нескольких точках (как правило в шести);

— у установочных деталей перед аттестацией измерить отклонение от геометрической формы;

— на образцовой детали с отклонениями формы выделить и маркировать участок, аттестовать его и по нему производить настройку;

— при выяснении «действующих» размеров деталей следует стремиться использовать измерительные наконечники по конфигурации, идентичные сопрягаемой детали («действующий» размер — это размер, который будет действовать в машине и выполнять своё служебное назначение).

7. Дополнительные погрешности при измерении внутренних размеров. К специфическим погрешностям измерения отверстий относятся:

погрешности, возникающие при смещении линии измерения относительно контролируемого диаметра как в плоскости, перпендикулярной к оси контролируемого отверстия, так и в осевой плоскости;

погрешности, вызванные шероховатостью поверхности отверстия, особенно при использовании ручных приборов;

погрешности, обусловленные динамикой процесса совмещения линии измерения одновременно в двух плоскостях;

Источник