Метрологические показатели измерений

С 1 января 2001 г. постановлением Госстандарта России от 17 мая 2000 г. № 139 введены в действие Рекомендации РМГ 29—99 «Госу­дарственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения». Рекомендации разработаны взамен ранее действующего ГОСТ 16863—70 и являются фактиче­ски межгосударственным стандартом, принятым во всех странах СНГ. В указанных Рекомендациях, в частности, узаконены основные термины и определения, касающиеся погрешностей измерений и средств измерений.

Далее приводятся наиболее часто используемые термины и определения погрешностей, установленные в Рекомендациях.

Погрешность результата измерений — это отклонение резуль­тата измерений от истинного (действительного) значения измеряе­мой величины. Истинное значение величины неизвестно, его применяют толь­ко в теоретических исследованиях. На практике используют дей­ствительное значение величины хд. Погрешность измерения хизм определяют по формуле

Синонимом термина «погрешность измерения» является термин «ошибка измерения», применять который не рекомендуется.

Систематическая погрешность измерений — это составляющая погрешности результата измерений, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же физической величины. В зависимости от характера изме­нения систематические погрешности подразделяют на постоянные; прогрессивные; периодические; погрешности, изменяющиеся по сложному закону.

К постоянным относятся погрешности, которые длительное время сохраняют свое значение, например в течение времени вы­полнения всего ряда измерений. Они встречаются наиболее ча­сто.

Прогрессивными являются непрерывно возрастающие или убывающие погрешности. К ним относятся, например, погрешности вследствие износа измерительных наконечников, контактирующих с деталью при контроле ее прибором активного контроля.

Периодические погрешности представляют собой погрешности, значение которых является периодической функцией времени или перемещения указателя измерительного прибора. Погрешности, изменяющиеся по сложному закону, возникают вследствие совместного действия нескольких систематических по­грешностей.

Инструментальная погрешность измерений — это составляющая погрешности измерений, обусловленная погрешностью применяе­мого средства измерений.

Погрешность метода измерений — это составляющая система­тической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений. Вследствие упрощений, принятых в уравнениях для измерений, нередко возникают существенные погрешности, для компенсации действия которых следует вводить поправки. Погрешность метода иногда называют теоретиче­ской погрешностью. Иногда погрешность метода может про­являться как случайная.

Субъективная погрешность измерений — это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индиви­дуальными особенностями оператора. Встречаются операторы, которые систематически опаздывают снимать отсчеты показаний СИ или опережают сроки снятия показателей. Иногда субъектив­ную погрешность называют личной погрешностью или личной разностью.

Случайная погрешность измерений — это составляющая по­грешности результата измерений, изменяющаяся случайным об­разом (по знаку и значению) при повторных измерениях, прове­денных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

Абсолютная погрешность измерений — это погрешность из­мерений, выраженная в единицах измеряемой величины.

Относительная погрешность измерений — это погрешность измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению изме­ряемой величины. Относительную погрешность в долях или про­центах находят из отношений

где х — абсолютная погрешность измерений; х — действительное, или измеренное значение величины.

Рассеяние результатов в ряду измерений — это несовпадение результатов измерений одной и той же величины в ряду равноточ­ных измерений, как правило, обусловленное действием случайных погрешностей.

Количественную оценку рассеяния результатов в ряду измерений вследствие действия случайных погрешностей обычно получают после введения поправок на действие систематических погреш­ностей. Оценками рассеяния результатов в ряду измерений могут быть: размах, средняя арифметическая погрешность (по модулю), средняя квадратичная погрешность или стандартное отклонение (среднее квадратичное отклонение, экспериментальное среднее квадратичное отклонение), доверительные границы погрешности (доверительная граница или доверительная погрешность).

Размах результатов измерений представляет собой оценку Rn рассеяния результатов единичных измерений физической величи­ны, образующих ряд (или выборку из п измерений), вычисляемую по формуле

Рассеяние обычно обусловлено проявлением случайных причин при измерении и носит вероятностный характер. Средняя квадратичная погрешность результатов единичных измерений в ряду измерений — это оценка S рассеяния единичных результатов измерений в ряду равноточных измерений одной и той же физической величины около среднего их значения, вычисляемая по формуле

На практике широко распространен термин «среднее квадра­ичное отклонение». Под отклонением в соответствии с фор­мулой (7.1) понимают отклонение единичных результатов в ряду измерений от их среднего значения. В метрологии это отклонение называется погрешностью измерений.

Доверительные границы погрешности результата измерений представляют собой наибольшее и наименьшее значения погреш­ности измерений, ограничивающие интервал, внутри которого с заданной вероятностью находится искомое (истинное) значение погрешности результата измерений.

Доверительные границы погрешности в случае нормального за­кона распределения находятся в пределах (tS, tSx). Показатели S, Sx являются средними квадратичными погрешностями соответствен­но единичного и среднего арифметического результатов измерений; t — коэффициент, зависящий от доверительной вероятности Р и числа измерений n.

Поправка — это значение величины, вводимое в неисправлен­ный результат измерений в целях исключения составляющих си­стематической погрешности. Знак поправки противоположен знаку погрешности. Поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению меры. Поправку, вводимую в показание измерительного прибора, назы­вают поправкой к показанию прибора.

Точность результата измерений — это одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерений. Считают, что чем меньше погрешность из­мерений, тем больше их точность.

Статическая погрешность измерений — это погрешность ре­зультата измерений, свойственная условиям статического измере­ния.

Динамическая погрешность измерений — это погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического из­мерения.

Промах — это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко от­личается от остальных результатов этого ряда. Иногда вместо тер­мина «промах» применяют термин «грубая погрешность измере­ний».