Методы повышения точности измерений

Реферат
Содержание скрыть

Повышение точности измерений всегда способствовало развитию не только отдельной отрасли народного хозяйства, но и мирового научно-технического прогресса, улучшению жизни и здоровья людей. Значительное повышение точности измерений неоднократно являлось основной предпосылкой фундаментальных научных открытий.

Так, повышение точности измерения плотности воды в 1932 году привело к открытию тяжелого изотопа водорода — дейтерия, определившего бурное развитие атомной энергетики.

Благодаря гениальному осмыслению результатов экспериментальных исследований по интерференции света, выполненных с высокой точностью и опровергнувших существовавшее до того мнение о взаимном движении источника и приемника света, Альберт Эйнштейн создал свою всемирно известную теорию относительности.

Основные точности средств измерений">методы повышения точности измерений, применяемые сегодня на практике, изложены в рекомендациях по межгосударственной стандартизации РМГ 64-2003 «ГСИ. Обеспечение эффективности при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений».

1. Действительные и истинные значения

Для проведения измерений необходимы:

  • объект измерений (или, другими словами, измеряемая величина);
  • метод измерений;
  • средства измерений и вспомогательное оборудование;
  • оператор.

Кроме того, измерения выполняют в какой-либо среде и по определенным правилам.

Принято объект измерений считать неизменным, т.е. всегда предполагается, что существует истинное постоянное значение измеряемой величины. Остальные составляющие процесса измерений — и средства измерений (СИ), и условия, и даже оператор — могут, вообще говоря, меняться. Эти изменения могут быть случайными, их мы не в состоянии предвидеть. Они могут быть и не случайными, но такими, которые мы не смогли заранее предусмотреть и учесть. Если они влияют на результаты измерений, то при повторных измерениях одной и той же величины результаты будут отличаться один от другого тем сильнее, чем больше факторов не учтено и чем сильнее они меняются.

3 стр., 1497 слов

Национальная экономика и измерение ее результатов

... рыночных субъектов. 2. Основные результаты (показатели) развития национальной экономикии их измерение 2.1 Объем валового национального продукта – ВНП О деятельности отдельных предприятий (фирм) и экономических процессах в национальном масштабе ...

Всегда есть определенный предел числу явлений, влияющих на результаты измерений, которые принимаются в расчет. Вследствие этого даже очень точное измерение будет содержать погрешность измерений Δ которая является отклонением результата измерения x от истинного значения X :

Δ = x — X

Истинным значением физической величины X называется такое ее значение, которое идеальным образом отражает понятие «физическая величина» с точки зрения количества и качества. Истинного значения физической величины мы никогда узнать не сможем и поэтому в формулу погрешности измерения подставляем действительное значение Хд , т.е. значение, найденное опытным путем и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него. Отсюда можно сделать вывод о том, что если истинное значение одно, то действительных значений может быть несколько.

Погрешность измерений зависит от свойств применяемых СИ; способов их использования; правильности калибровки и поверки СИ; условий, в которых выполняется измерение; скорости (частоты) изменения измеряемых величин; алгоритмов вычислений; погрешности, вносимой оператором, и т.д.

2. Виды погрешностей, Абсолютная погрешность измерений

Δ = x – Хд

Случайная погрешность измерений, Систематическая погрешность измерений, Промах (грубая погрешность измерений), Предельная погрешность измерений, Методическая погрешность измерений, Инструментальная погрешность измерений, Субъективная погрешность измерений, Постоянная погрешность измерений, Переменной погрешностью измерений, Прогрессирующие погрешности, Периодические погрешности

суммарная средняя квадратическая погрешность

средняя квадратическая погрешность погрешность суммы неисключенных систематических погрешностей при равномерном распределении (условно принимаемых за случайные).

3. Случайные погрешности

В проявлении случайных погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результатах измерений. Причин их возникновения множество: перекосы элементов прибора, нерегулярные изменения моментов трения в опорах, случайный дрейф характеристик элементов, колебания температуры окружающей среды, округления показаний СИ и т.д.

Случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений путем введения поправок, однако их можно существенно уменьшить путем увеличения числа единичных измерений. Поскольку закономерности в появлении значений случайной величины нет, анализ таких величин может выполняться только методами теории вероятности и математической статистики. Для этого должны быть известны вероятностные и статистические характеристики: закон распределения плотностей вероятностей, СКО, доверительная вероятность, доверительный интервал.

4. Систематические погрешности

  • неправильная установка СИ, например, не по уровню;
  • неправильное расположение приборов, в результате чего имеет место взаимное их влияние, например, через магнитное поле;
  • несогласованности характеристик используемых СИ, например, в случае, когда входная цепь одного прибора влияет на режим работы другого, к выходу которого он подключен;
  • влияние внешних температурных, магнитных, электрических и других полей, под действием которых меняются показания СИ;
  • нестабильность источников питания, из-за которой нарушается градуировочная характеристика, например, у магнитоэлектрического омметра.

При этом оценивание систематических составляющих погрешностей измерений представляет достаточно трудную метрологическую задачу. Трудность состоит в сложности обнаружения систематической погрешности, поскольку ее невозможно выявить путем повторных измерений (наблюдений).

6 стр., 2743 слов

Применение динамических характеристик средств измерения при измерении ...

... величины. Так при одинаковой абсолютной погрешности двух измеренных линий точнее измерена та, длина которой больше. погрешность измерение систематическая случайная 2. Динамические характеристики средств измерений Полные динамические характеристики, Полная динамическая характеристика К полным динамическим ...

При повторных измерениях одной и той же физической величины систематическая погрешность остается постоянной. Это вызвано тем, что остаются постоянными или изменяются определенным образом причины, вызывающие систематическую погрешность, и имеется строгая функциональная зависимость, связывающая эти причины с погрешностями.

Таким образом, проблема обнаружения систематических погрешностей едва ли не главная проблема в борьбе с ними.

Если причины и вид функциональной зависимости известны, то систематические погрешности могут быть скомпенсированы введением соответствующих поправок. Однако вследствие погрешностей СИ, показания которых используются для вычисления поправок, в большинстве случаев удается скомпенсировать лишь часть систематической погрешности, а не всю ее. Всегда остаются какие-то неисключенные остатки систематической погрешности, именуемые НСП, которые и нужно учитывать, чтобы оценить их границы. В частности, приведенная погрешность СИ и неточность изготовления меры — примеры НСП. Оценивание границ НСП в зависимости от видов выполняемых измерений осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.207, Р 50.2.038 и МИ 2083.

Обычно систематическая погрешность измерений рассматривается по ее составляющим (в зависимости от источников их возникновения): методической, инструментальной и субъективной погрешностям.

5. Точность измерения

Точность — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Точность и погрешность связаны обратной зависимостью — измерение тем более точное, чем меньше его погрешность .

Каждый способ повышения точности измерений предусматривает исключение (уменьшение) той или иной составляющей погрешности.

Для того, чтобы правильно выбрать метод повышения точности измерений, используют проверенный на практике алгоритм действий.

анализ измерительной задачи и целей измерений

Неадекватность модели реальному объекту может быть значительна и, соответственно, будет значительна разница между характеристиками объекта и принятой модели. Возникает это по следующим причинам. Измерительные преобразования осуществляются с использованием различных физических явлений, на основании которых можно установить соотношение между измеряемой величиной объекта исследования и выходным сигналом СИ, по которому оценивается результат измерения. Точно установить это соотношение никогда не удается вследствие недостаточной изученности объекта исследования и несоответствия его принимаемой модели, невозможности точного учета влияния внешних факторов, недостаточной разработанности теории физических явлений, положенных в основу измерений, использования простых, но приближенных аналитических зависимостей вместо более точных, но сложных и т.д. В результате принимаемая зависимость между измеряемой величиной и выходным сигналом СИ всегда отличается от реальной, что приводит к возникновению методической погрешности измерений.

5 стр., 2055 слов

Методы и средства измерений и виды погрешностей

... измерений, т.е. определение погрешности измерений - одна из основных задач метрологии [1]. Погрешность -- это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности условно можно разделить на погрешности средств измерения и погрешности результата. измерений. Погрешности средств измерения, Погрешность результата измерения ...

6. Выявление и устранение причин возникновения погрешностей

Выявление и устранение причин возникновения погрешностей — наиболее распространенный способ уменьшения всех видов систематических погрешностей. Примерами такого способа являются: термостатирование отдельных узлов или прибора в целом, а также проведение измерений в темостатированных помещениях для исключения температурной погрешности, применение экранов, фильтров и специальных цепей (например, эквипотенциальных цепей) для устранения погрешностей из-за влияния электромагнитных полей, наводок и токов утечек, применение стабилизированных источников питания.

Для уменьшения прогрессирующей погрешности из-за старения элементов средств измерений, параметры таких элементов стабилизируют путем искусственного и естественного старения. Кроме этого систематические погрешности можно уменьшить рациональным расположением средств измерений по отношению друг к другу, к источнику влияющих воздействий и к объекту исследования. Например магнитоэлектрические приборы должны быть удалены друг от друга, оси катушек индуктивности должны быть расположены под углом 90гр., выводы термопары должны располагаться по изотермическим линиям объекта.

Фактически поверка средств измерений перед их использованием и введение поправок адекватна применению средств измерений более высоких классов точности при условии, что случайные погрешности средств измерений малы по сравнению с систематическими, а сами систематические погрешности медленно изменяются во времени.

Метод инвертирования, Метод модуляции, Метод исключения погрешности по знаку, Метод замещения, Метод равномерного компарирования, Метод эталонных сигналов, Тестовый метод, Метод вспомогательных измерений, Метод симметричных наблюдений

Для исключения этой погрешности проводят три измерения падения напряжения:

  • на эталонном резисторе U01 = I·R0 ;
  • через равные промежутки времени на измеряемом резисторе UX = (I — ΔI1 )·RX ;
  • снова на эталонном резисторе U02 = (I — ΔI2 )·R0 .

Метод симметричных наблюдений можно также использовать для устранения других видов погрешностей, например систематических погрешностей из-за влияющих величин, изменяющихся по периодическому закону. В этом случае симметричные наблюдения проводят через половину периода, когда погрешность имеет разные знаки, но одинаковые значения. Таким образом, например, можно исключить погрешность из-за наличия четных гармоник при измерении амплитудного значения напряжения при искаженной форме кривой.

Заключение

Многие систематические погрешности, являющиеся не изменяющимися во времени функциями влияющих величин или обусловленные стабильными физическими эффектами, могут быть теоретически рассчитаны и устранены введением поправок или использованием специальных корректирующих цепей.

Другим радикальным способом устранения систематических погрешностей является поверки средств измерений в рабочих условиях с целью определения поправок к результатам измерения. Это дает возможность учесть все систематические погрешности без выяснения причин их возникновения. Степень коррекции систематических погрешностей в этом случае, естественно, зависит от метрологических характеристик используемых эталонных приборов и случайных погрешностей поверяемых приборов.

33 стр., 16500 слов

Расчет погрешности средства измерения вольтметр напряжением до 1В

... с погрешности вольтметра в точках 10 и 50 В Систематической погрешностью называется погрешность, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся во времени при повторных измерениях одной и той же величины. Для выявления систематической погрешности ...

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/tochnost-izmereniy/

1. РМГ 64-2003. «ГСИ. Обеспечение эффективности при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений».

2. Сергеев А.Г. «Метрология и метрологическое обеспечение». — М.: Высшее образование, 2008 г.

3. Брюханов В.А. «Методы повышения точности измерений в промышленности». — М.: Издательство стандартов, 1991 г.

4. Богомолов Ю.А., Медовикова Н.Я., Рейх Н.Н. «Оценивание погрешностей измерений». — М.: Академия стандартизации, метрологии и сертификации, 2004 г.