Погрешность измерения в физике

Погрешность измерения в физике

Погрешность измерения в физике

Определение 1

Погрешностью измерений в физике считается результат измерения физической величины, в независимости от разновидности применения технического средства при измерении.

При этом, каким бы тщательным образом не производилось измерение, в результате оно всегда будет отличаться на некоторую величину от своего истинного значения.

Понятие погрешности измерения

В зависимости от условий, способствующих проведению соответствующего измерения, а также качества подготовки экспериментатора и вида задействованного при измерении технического средства, будет зависеть погрешность измерений.

Погрешность измерения принято считать в физике отклонением значения величины, получившегося после измерения, от ее действительного (истинного) значения. Погрешность измерения представляет собой характеристику точности измерения.

При этом, как правило, невозможным становится выяснение с абсолютной точностью истинного значения измеряемой величины. По этой причине становится невозможным и указание степени отклонения полученного при измерении значения от истинного. Подобное отклонение физики называют ошибкой измерения. Оценка величины такого отклонения возможна только посредством задействования статистических методов.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Замечание 1

На практике истинное значение заменяется использованием значения физической величины, полученного экспериментальным способом и настолько близкого к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче смело может применяться вместо него. Подобное значение, зачастую, вычисляется в качестве среднестатистического значения, полученного в момент статистической обработки результатов серии измерений.

Такое значение точным не является, но представляет собой наиболее вероятное. По этой причине в измерениях требуется указание степени его точности. С этой целью, наряду с полученным результатом, указывают погрешность измерений.

Классификация погрешностей

В целях классифицирования погрешностей, в физике применяются следующие признаки: характер проявления, источник появления, условия для проведения измерений, способ выражения, временное поведение величины при измерении.

По источнику возникновения определяются такие виды погрешностей:

  • погрешность метода измерений считается составляющей погрешности измерений, происходящей от несовершенства применяемого метода измерений и приёма задействования средств измерений;
  • инструментальная погрешность измерений является составляющей погрешности, зависимой от погрешности используемых средств измерений, иными словами — от степени их точности;
  • субъективная погрешность измерений представляет собой составляющую погрешности измерений, обусловленную несовершенством органов чувств экспериментатора;
  • погрешность считывания считается составляющей погрешности измерений, происходящей вследствие неточного считывания показаний со средства измерения;
  • погрешность интерполяции представляет собой составляющую погрешности считывания, возникающей вследствие неточной от оценки доли деления шкалы, соответствующей положению указателя;
  • погрешность параллакса считается составляющей погрешности считывания, возникающей при неперпендикулярном поверхности шкалы визировании измерительной стрелки.

Замечание 2

Погрешности средств измерений делят, в зависимости от давления, влажности и температуры, на основную и дополнительную.

Основная погрешность обычно применяется в нормальных условиях работы измерительных приборов, за которые принимается температура $+20 \pm 5 \circ C$, а для высокоточных приборов $+20 \pm 1 \circ C$; относительная влажность $65 \pm 15 \%$ (с учетом температуры $+ 20 \circ C$); давление $100 000 \pm 4000 Па$.

Дополнительная погрешность, в свою очередь, провоцируется отклонением от нормального значения одной или нескольких влияющих величин. При этом она может оказаться в несколько раз выше основной погрешности.

Погрешности измерений разделяются по характеру своих проявлений на: систематические, случайные и грубые.

Систематические погрешности считаются составляющими погрешностями измерения, которые сохраняют свое постоянство либо изменяются в случае повторных измерений одной и той же величины, благодаря одним и тем же приборам и посредством одного и того же метода. Систематические погрешности возникают вследствие неправильного градуирования шкалы измерительного прибора и изменения момента противодействия.

Случайные погрешности изменяются случайным способом в случае повторных измерений одной и той же величины. Они, в свою очередь, обусловлены неодинаковыми при каждом измерении причинами, и поэтому не могут быть учтены.

Грубые погрешности измерений являются погрешностями, превышающими ожидаемые при данных условиях для измерения. Они могут возникать как следствие небрежности экспериментатора или резких изменений условий измерений.

В зависимости от временного поведения измеряемой величины при измерении определяется:

статистическая погрешность, когда измеряют постоянную во времени величину;динамическая погрешность, когда производится измерение переменной во времени величины, при этом такая погрешность возникает в том случае, когда измерительный прибор не успел отследить изменения измеряемой величины.

Оценка погрешностей измерений

В зависимости от задействования определенного вида измерения, производится соответствующая оценка погрешностей.

Так, в случае использования метода прямого измерения, значение величины определяется непосредственно согласно шкале измерительного прибора, который был задействован в данном случае (динамометра, линейки, часов и др.) При совпадении результатов повторных опытов в пределах максимальной точности измерительного прибора, погрешность измерения считается равнозначной цене деления шкалы прибора.

В случае задействования косвенного метода измерения, значение измеряемой величины устанавливается уже не по непосредственным показаниям прибора, а на основании специальных формул, в которые включены значения физических величин, полученных за счет прямых измерений.

Замечание 3

При определении плотности вещества изначально производят измерение массы и объема тела и далее вычисляют плотность.

Одним из максимально упрощенных методов оценки погрешности косвенных измерений считается в физике метод границ, состоящий в том, что посредством специальной формулы, по которой вычисляется измеряемая величина, находятся два ее значения: минимальное и максимальное, и далее вычисляется разница между ними, которая и будет являться истинным значением рассчитываемой величины.

Абсолютная погрешность измерения тогда получится при делении величины, полученной при разнице между максимальным и минимальным значением, на два.

А среднее значение, в свою очередь, рассчитывается делением суммы максимального и минимального значений величины на два.

При этом, округление результатов измерений и вычислений следует производить таким образом, чтобы последняя значащая цифра оказалась в одном с абсолютной погрешностью измеряемой величины десятичном разряде.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/izmereniya_v_fizike/pogreshnost_izmereniya_v_fizike/

Физические величины. Точность и погрешность измерений

Погрешность измерения в физике

Физические величины. Точность и погрешность измерений

Измерять – значит, познавать

Данная тема посвящена физическим величина и их измерениям. В физике часто приходится измерять те или иные величины. Измерить можно высоту дома или длину улицы.

Можно измерить объём воды в колбе или массу воды в стакане.

Но что означают эти измерения?Измерить какую-либо величину – значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу. Из приведённых выше примеров, можно заметить, что, например, единицей объёма является литр, а единицей массы является грамм.Для удобства была введена международная система единиц, которая называется СИ.

В этой системе длина измеряется в метрах, масса в килограммах, объём — в кубических метрах, время – в секундах и так далее. В процессе изучения физики будут вводиться новые величины и соответствующие им единицы измерения.

Иногда физические величины можно не измерять, а вычислять по формуле. Например, для того, чтобы вычислить среднюю скорость нужно пройденное расстояние разделить на время.

То есть, данная формула помогает вычислить такую физическую величину, как средняя скорость.

Известно что, иногда применяются единицы измерения, которые в десятки, сотни, тысячи и так далее раз больше принятых единиц измерения. Такие единицы измерения называются кратными.

Каждая приставка соответствует тому или иному множителю. Например, «Дека» означает в 10 раз больше, «гекто» — в сто раз больше, «кило» — в тысячу раз больше, «мега» — в миллион раз больше и так далее.

Необходимо отметить, что в физике принято записывать такие множители в виде степени числа 10. Например, вместо миллиона записывается 106. Также, могут быть использованы единицы, которые в десятки, сотни, тысячи и так далее раз меньше принятых единиц измерения.

Такие единицы измерения называются дольными.

Каждая приставка соответствует тому или иному множителю. Например, «Деци» означает в 10 раз меньше, «санти» — в сто раз меньше, «милли» — в тысячу раз меньше, «микро» — в миллион раз меньше и так далее. Эти приставки также записываются в виде степени числа 10. Например, вместо записи числа 0,000001 записывается 10–6.

У каждого ученика имеется линейка, длина которой измеряется в сантиметрах, то есть в единицах, которые в сто раз меньше метра. Поэтому, если длина линейки составляет 15 сантиметров, мы можем сказать, что её длина 0,15 метра.

Линейка – это прибор для измерения длины. Конечно, линейка относится к самым простым измерительным приборам. Существуют значительно более сложные приборы: например, термометр, который применяется для измерения температуры, гигрометр, который используется для измерения влажности или амперметр, который используется для измерения силы электрического тока.

Важно знать, как пользоваться измерительными приборами и насколько могут быть точны те или иные измерения. У каждого ученика есть линейка и карандаш. Можно попытаться измерить длину карандаша. В первую очередь нужно определить, какова цена деления измерительного прибора.

Для этого необходимо найти два ближайших штриха шкалы, возле которых указаны значения величины (например, 1 см и 2 см). Далее нужно сосчитать число делений, заключенных между цифрами 1 и 2. При подсчёте получается, что количество этих делений равно 10.

Таким образом, между отметками 1 см и 2 см заключено десять делений. Вычитаем из большего числа меньшее и делим на количество делений между ними. В результате вычислений получаем, что цена деления линейки составляет 0,1 см или 1 мм.

Данный пример объясняет, как определить цену деления любого измерительного прибора.

Как видно из рисунка, длина карандаша чуть меньше десяти сантиметров. Если бы на этой линейке не было миллиметровых делений, то можно было сказать, что длина карандаша равна десяти сантиметрам. Но это было бы не совсем точное измерение. Такую неточность называют погрешностью измерения.

В представленном случае, на линейке есть миллиметровые деления, поэтому можно измерить длину карандаша с более высокой точностью – 9,8 см. Это говорит о том, что чем меньше цена деления, тем больше точность измерения. Ну а большая точность измерения означает меньшую погрешность.

Однако абсолютно точных измерений не существует. Если дать один и тот же карандаш каждому ученику из класса и попросить измерить длину карандаша, не у всех получится одинаковый результат. Тем не менее, погрешность измерения не может быть больше цены деления.

Например, если видно, что длина карандаша не точно 9,8 см, а чуточку больше, то понятно, что длина карандаша находится в промежутке от 9,8 см до 9,9 см.

Погрешность измерений принято считать равной половине цены деления измерительного прибора. То есть, в рассмотренном случае, погрешность измерений составляет 0,5 мм. Поэтому, после того, как измерили карандаш и записали, что его длина равна 9,8 см, следует записать погрешность.

Знак «±» означает, что указанная длина может быть на полмиллиметра больше или на полмиллиметра меньше. Таким образом, истинное значение длины карандаша находится в промежутке от 9,75 см до 9,85 см.

В общем случае запись измеряемых величин с учетом погрешности имеет следующий вид:

где А – измеряемая величина;

а – результат измерения;

Da – погрешность измерений.

Необходимо отметить, что при сложении или вычитании величин с погрешностью, погрешность результата равна сумме погрешностей каждой величины. В этом легко убедиться на примере. На рисунке показаны два отрезка AB и CD, длины которых измерены с определенной погрешностью.

Рассчитаем сумму длин этих отрезков. Из рисунка видно, что отрезок AB равен 1 м ± 1 см. Истинная длина этого отрезка находится в промежутке 99 см ≤ АВ ≤ 101 см. Отрезок CD равен 12 см ± 0,5 см.

Истинная длина этого отрезка находится в промежутке от 11,5 см ≤ CD ≤ 12,5 см. Поэтому, сумма длин этих отрезков будет иметь еще большую погрешность.

Прежде чем производить вычисления, необходимо перевести обе длины в одинаковые единицы измерения.

Таким образом, получаем, что сумма длин отрезков AB и CD равна

Важно отметить, что этот же промежуток мы бы получили, если бы сложили наименьшие и наибольшие длины отрезков AB и CD. Следовательно, при сложении или вычитании величин, измеренных с погрешностями, погрешность результата равна сумме погрешностей каждой из величин.

Упражнения.

Упражнение 1. Заполните таблицу, указав, что из перечисленных слов является физическим телом, единицей измерения, физической величиной или физическим явлением: ветер, Луна, килограмм, дерево, длина, скорость, испарение.

Решение:

Упражнение 2. Родители измерили рост братьев Димы и Васи с помощью рулетки, цена деления которой 1 см. Подсчитайте, насколько см Дима выше, чем Вася.

Решение:

Упражнение 3. Найдите суммарную массу животных с погрешностью.

Решение:

Основные выводы:

– Для описания физических тел или физических явлений вводится физическая величина, которую можно измерить с помощью измерительных приборов или вычислить по формуле.

Измерение величины – это сравнение её с однородной величиной, принятой за единицу.

Кратные приставки – это приставки означающие увеличение в десятки, сотни, тысячи и так далее раз.

Дольные приставки – это приставки, означающие уменьшение в десятки, сотни, тысячи и так далее раз.

Погрешность измерений – неточность допускаемая при измерении. За погрешность измерений данного прибора принимают половину цены деления этого прибора.

– При сложении или вычитании величин с погрешностями, погрешность результата вычислений равна сумме погрешностей каждой величины.

Источник: https://videouroki.net/video/2-fizichieskiie-vielichiny-tochnost-i-poghrieshnost-izmierienii.html

Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений. 7 класс — Класс!ная физика

Погрешность измерения в физике

При изучений физических явлений проводят различные измерения. Физики измеряют физические величины. Например: При изучении падение тела, надо измерить высоту, с которой падает тело, массу тела, его скорость и время падения.

Чтобы узнать, например, зависит ли объем воды или другой жидкости от ее температуры и как зависит, нужно, нагревая воду, измерять и объем, и температуру.

Объем и температура, время и длина, площадь, скорость, масса, сила — это физические величины.

1. Что значит измерить?

Измерить какую-либо физическую величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины.

Например: Измерить длину стола — значит сравнить ее с другой длиной, которая принята за единицу длины, например с метром. В результате измерения величины получаем ее числовое значение, выраженное в принятых единицах.

2. Какие бывают единицы имерения?

Для каждой физической величины приняты свои единицы измерения. Очень удобно пользоваться одинаковыми единицами физических величин во всех странах мира.

Поэтому с 1963 г. применяется Международная система единиц — СИ (система интернациональная).

Основные единицы в системе СИ:

единица длины — 1 метр (1м),
единица времени — 1 секунда (1с),
единица массы — 1 килограмм (1 кг). Кроме того, используются кратные единицы (кратные основной единице), которые в 10, 100, 1000 и т. д. раз больше.

Эти единицы получили наименования с приставками, взятыми из греческого языка. «Дека» — 10, «гекто» — 100, «кило» — 1000 и др. Используются и дольные единицы, которые в 10, 100, 1000 и т. д. раз меньше принятых единиц величин. В них применяют приставки, также взятые из латинского языка.

«Деци» — 0,1, «санти» — 0,01, «милли» — 0,001 и др.

Некоторые приставки к названиям единиц:

г — гекто (100 или 102)
к — кило (1000 или 103)
М — мега (1 000 000 или 106)

д — деци (0,1 или 10-1)
с — санти (0,01 или 10-2)
м — милли (0,001 или 10-3) Например: Длина столовой ложки 20 см. Ее длина в метрах (м):

20 см = 0,20 м или 2 • 10-1 м.

3. Что такое измерителный прибор?

Для измерения физических величин нужны измерителные приборы.

Есть измерителные приборы для простых измерений. Например, измерительная линейка, рулетка, мензурка, применяемая для измерения объема жидкости. Есть сложные измерительные приборы: секундомеры, термометры и другие.

По мере развития физики и техники приборы усложнялись и появились, например, приборы, при помощи которых изучают строение вещества.

У измерительных приборов есть измерительная шкала, на которой штрихами нанесены деления и написаны значения величин.

Между двумя большими штрихами могут быть дополнительно нанесены несколько делений, не обозначенных числами.

Значение измеряемой величины между ближайшими штрихами называется ценой деления прибора.

Например, у обычной школьной линейки расстояние между двумя ближайшими штрихами составляет 1 мм, это цена деления линейки.

4. Как определить цену деления измерительной шкалы прибора?

Прежде чем использовать измерительный прибор, надо определить цену деления этого прибора. Надо установить, какому значению величины соответствует каждое самое малое деление.

Для того чтобы определить цену деления, необходимо:

— найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;
— вычесть из большего значения меньшее и полученное число разделить на число делений, находящихся между ними.

5. Примеры определения цены деления

а) Определение цены деления секундомера. Используем любые два штриха, около которых нанесены значения измеряемой величины (времени), например штрихи с обозначениями 5 и 10 с.

Расстояние между этими штрихами разделено на 10 делений. Значит, цена каждого деления равна:

Секундомер показывает 22 с.

б) Определение цены деления термометра. Возьмем, например, ближайшие друг к другу штрихи с обозначениями 10 °С и 20 °С. Расстояния между ними разделены на 10 делений. Следовательно, цена каждого деления будет равна: 20 °С — 10 °С = 10 °С, далее 10 °С : 10 = 1 °С. Термометр показывает 24 °С.


6. Что такое точность и погрешность измерений?

Любое измерение может быть выполнено с большей или меньшей точностью.
В физике допускаемую при измерении неточность называют погрешностью измерения. Погрешность измерения не может быть больше цены деления измерительного прибора.

Из этого примера видно, что точность измерений зависит от цены деления шкалы прибора.

Чем меньше цена деления, тем больше точность измерения.

При измерении принято считать, что:погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора.

При записи величин, с учетом погрешности, пользуются формулой:

где А — измеряемая величина, а — результат измерений,

дельта а — погрешность измерений (треуголник — греч. буква «дельта»).

Например:

Если длина книги 20 см, а цена деления линейки 1 мм, то погрешность измерения будет равна 0,5 мм, или 0,05 см. Следовательно, длину книги можно записать так: L = (20 ±0,05) см, где L — длина книги. Истинное значение длины книги находится в интервале от 19,95 см до 20,05 см.

Главное:

Измерить какую-либо величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины. Основные единицы системы СИ: метр, килограмм, секунда.

Для того чтобы определить цену деления, необходимо: — найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;

— вычесть из большего значения меньшее и полученное число разделить на число делений, находящихся между ними.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Источник: http://class-fizika.ru/u7-4.html

Погрешность измерений

Погрешность измерения в физике

Неотъемлемой частью любого измерения является погрешность измерений. С развитием приборостроения и методик измерений человечество стремиться снизить влияние данного явления на конечный результат измерений. Предлагаю более детально разобраться в вопросе, что же это такое погрешность измерений.

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму погрешностей, каждая из которых имеет свою причину.

По форме числового выражения погрешности измерений подразделяются на абсолютные и относительные

Абсолютная погрешность – это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением.

 (1.2), где X — результат измерения; Х0 — истинное значение этой величины.

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике пользуются лишь приближенной оценкой абсолютной погрешности измерения, определяемой выражением

(1.3), где Хд — действительное значение этой измеряемой величины, которое с погрешностью ее определения принимают за истинное значение.

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины:

(1.4)

По закономерности появления погрешности измерения подразделяются на систематические, прогрессирующие, и случайные.

Систематическая погрешность – это погрешность измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины.

Прогрессирующая погрешность – этонепредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Систематические и прогрессирующие погрешности средств измерений вызываются:

  • первые — погрешностью градуировки шкалы или ее небольшим сдвигом;
  • вторые — старением элементов средства измерения.

Систематическая погрешность остается постоянной или закономерно изменяющейся при многократных измерениях одной и той же величины.

Особенность систематической погрешности состоит в том, что она может быть полностью устранена введением поправок.

Особенностью прогрессирующих погрешностей является то, что они могут быть скорректированы только в данный момент времени. Они требуют непрерывной коррекции.

Случайная погрешность – это погрешность измерения изменяется случайным образом. При повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. В отличии от систематических погрешностей случайные нельзя устранить из результатов измерений.

По происхождению различают инструментальные и методические погрешности средств измерений.

Инструментальные погрешности — это погрешности, вызываемые особенностями свойств средств измерений. Они возникают вследствие недостаточно высокого качества элементов средств измерений.

К данным погрешностям можно отнести изготовление и сборку элементов средств измерений; погрешности из-за трения в механизме прибора, недостаточной жесткости его элементов и деталей и др.

Подчеркнем, что инструментальная погрешность индивидуальна для каждого средства измерений.

Методическая погрешность — это погрешность средства измерения, возникающая из-за несовершенства метода измерения, неточности соотношения, используемого для оценки измеряемой величины.

Погрешности средств измерений

Абсолютная погрешность меры – это разность между номинальным ее значением и истинным (действительным) значением воспроизводимой ею величины:

(1.5), где Xн – номинальное значение меры; Хд – действительное значение меры

Абсолютная погрешность измерительного прибора – это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины:

(1.6), где Xп – показания прибора; Хд – действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность меры или измерительного прибора – это отношение абсолютной погрешности меры или измерительного прибора к истинному

(действительному) значению воспроизводимой или измеряемой величины. Относительная погрешность меры или измерительного прибора может быть выражена в ( % ).

(1.7)

Приведенная погрешность измерительного прибора – отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению. Нормирующие значение XN – это условно принятое значение, равное или верхнему пределу измерений, или диапазону измерений, или длине шкалы. Приведенная погрешность обычно выражается в ( % ).

(1.8)

Предел допускаемой погрешности средств измерений – наибольшая без учета знака погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано и допущено к применению.

Данное определение применяют к основной и дополнительной погрешности, а также к вариации показаний.

Поскольку свойства средств измерений зависят от внешних условий, их погрешности также зависят от этих условий, поэтому погрешности средств измерений принято делить на основные и дополнительные.

Основная – это погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях, которые обычно определены в нормативно-технических документах на данное средство измерений.

Дополнительная – это изменение погрешности средства измерений вследствии отклонения влияющих величин от нормальных значений.

Погрешности средств измерений подразделяются также на статические и динамические.

Статическая – это погрешность средства измерений, используемого для измерения постоянной величины. Если измеряемая величина является функцией времени, то вследствие инерционности средств измерений возникает составляющая общей погрешности, называется динамической погрешностью средств измерений.

Также существуют систематические и случайные погрешности средств измерений они аналогичны с такими же погрешностями измерений.

Факторы влияющие на погрешность измерений

Погрешности возникают по разным причинам: это могут быть ошибки экспериментатора или ошибки из-за применения прибора не по назначению и т.д. Существует ряд понятий которые определяют факторы влияющие на погрешность измерений

Вариация показаний прибора – это наибольшая разность показаний полученных при прямом и обратном ходе при одном и том же действительном значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях.

Класс точности прибора – это обобщенная характеристика средств измерений (прибора), определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на точность, значение которой устанавливаются на отдельные виды средств измерений.

Классы точности прибора устанавливают при выпуске, градуируя его по образцовому прибору в нормальных условиях.

Прецизионность — показывает, как точно или отчетливо можно произвести отсчет. Она определяется, тем насколько близки друг к другу результаты двух идентичных измерений.

Разрешение прибора — это наименьшее изменение измеряемого значения, на которое прибор будет реагировать.

Диапазон прибора — определяется минимальным и максимальным значением входного сигнала, для которого он предназначен.

Полоса пропускания прибора — это разность между минимальной и максимальной частотой, для которых он предназначен.

Чувствительность прибора — определяется, как отношение выходного сигнала или показания прибора к входному сигналу или измеряемой величине.

Шумы — любой сигнал не несущий полезной информации.

Источник: https://kipia-portal.ru/2017/10/17/pogreshnost-izmereniya/

Погрешности измерений физических величин — что это такое?

Погрешность измерения в физике

При выборе измерительного оборудования всегда стоит типичная задача – количественно описать задачу измерения: что нужно измерять и с какой точностью?Вопрос о реально требуемой точности измерений  всегда является ключевым вопросом, определяющим цену оборудования, поскольку эта цена (цена полного технического решения) резко зависит от требуемой точности измерений.  

Физические величины и погрешности их измерений

Задачей физического эксперимента является определение числового значения измеряемых физических величин с заданной точностью.

Сразу оговоримся, что при выборе измерительного оборудования часто нужно также знать диапазон измерения и какое именно значение интересует: например, среднеквадратическое значение (СКЗ) измеряемой величины в определённом интервале времени, или требуется измерять среднеквадратическое отклонение (СКО) (для измерения переменной составляющей величины), или требуется измерять мгновенное (пиковое) значение. При измерении переменных физических величин (например, напряжение переменного тока) требуется знать динамические характеристики измеряемой физической величины: диапазон частот или максимальную скорость изменения физической величины. Эти данные, необходимые при выборе измерительного оборудования, зависят от физического смысла задачи измерения в конкретном физическом эксперименте.   

Итак, повторимся: задачей физического эксперимента является определение числового значения измеряемых физических величин с заданной точностью. Эта задача решается с помощью прямых или косвенных измерений.

При прямом измерении осуществляется количественное сравнение физической величины с соответствующим эталоном при помощи измерительных приборов. Отсчет по шкале прибора указывает непосредственно измеряемое значение. Например, термометр дает значения измеряемой температуры, а вольтметр – значение напряжения.

При косвенных измерениях интересующая нас физическая величина находится при помощи математических операций над непосредственно измеренными физическими величинами (непосредственно измеряя напряжение U на резисторе и ток I через него, вычисляем значение сопротивления R = U / I ).

Точность прямых измерений некоторой величины X оценивается величиной погрешности или ошибки, измерений относительно действительного значения физической величины .

Действительное значение величины (согласно РМГ 29-99) – это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Различают абсолютную (∆X) и относительную (δ) погрешности измерений.

Абсолютная погрешность измеренияэто погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой физической величины, характеризующая абсолютное отклонение измеряемой величины от действительного значения физической величины: ∆X = X  .

Относительная погрешность измеренияэто погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины. Обычно относительную погрешность выражают в процентах: δ= (∆X / Xд) * 100%.

При оценке точности косвенных измерений некоторой величины X1, функционально связанной с физическими величинами X2, X3,…,   X1 = F (X2, X3, …),  учитывают погрешности прямых измерений каждой из величин X2, X3,… и характер функциональной зависимости F (). Приводим ниже примеры вычисления погрешности косвенного измерения для четырёх наиболее типичных функциональных зависимостей.

Характер функциональной зависимости F ()Абсолютная погрешность косвенного измерения физической величины X1

Относительная погрешность косвенного измерения физической величины X1
(* 100%)

X1= X2+ X3∆X1= ∆X2+ ∆X3δ = ( ∆X2+ ∆X3 ) / (X2+ X3)
X1= X2– X3∆X1= ∆X2+ ∆X3δ = ( ∆X2+ ∆X3 ) / (X2– X3)
X1= X2* X3∆X1=X3*∆X2+ X2*∆X3δ = (∆X2/X2) + (∆X3/X3)
X1= X2 / X3∆X1=(X3*∆X2+ X2*∆X3)/(X3)2δ = (∆X2/X2) + (∆X3/X3)

Приведём краткое определение некоторых других погрешностей средств измерений, согласно  РМГ 29-99:

  • Погрешность средства измерений — разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.
  • Систематическая погрешность средства измерений — составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерную изменяющуюся.
  • Случайная погрешность средства измерений — составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.
  • Приведенная погрешность средства измерений —относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона.
  • Основная погрешность средства измерений —погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.
  • Дополнительная погрешность средства измерений —составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.
  • Стабильность средства измерений — качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик (в качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений).
  • Нестабильность средства измерений — изменение метрологических характеристик средства измерений за установленный интервал времени.
  • Класс точности средств измерений —  обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

По данной теме читайте также: 

  • Пределы допускаемой погрешности измерений
  • Условия измерений нормальные

При использовании любых измерительных систем вопрос погрешности измерений является основным. Все средства измерения имеют нормированные погрешности измерений, например, выпускаемые OOO “Л  Кард”:   

Измерительная система LTR

Источник: https://www.lcard.ru/lexicon/meas_accuracy

Booksm
Добавить комментарий