Погрешности измерений принято выражать суммой двух составляющих, называемых случайной Y и систематической q погрешностями измерений:

.                                     (3.4)

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

При организации статистических измерений, для которых и определяется случайная погрешность, создаются условия, характеризующиеся тем, что интенсивность всех действующих факторов доводится до некоторого уровня, обеспечивающего более или менее равное влияние на формирование погрешности. В этом случае говорят об ожидаемой погрешности.

Грубой погрешностью называют погрешность измерения, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях. Причинами грубых погрешностей могут являться неисправность средств измерений, резкое изменение условий измерений и влияющих величин.

Промах – погрешность измерения, которая явно и резко искажает результат. Промах является случайной субъективной ошибкой. Его появление – следствие неправильных действий экспериментатора.

Систематическая погрешность измерения – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.

В зависимости от причин возникновения систематические погреш-ности принято классифицировать по ряду признаков:

1. Погрешности метода, или теоретические погрешности, проис-текающие от ошибочности или недостаточной разработки принятой теории метода измерений в целом или от допущенных упрощений при проведении измерений.

2. Инструментальные погрешности, зависящие от погрешностей при-меняемых средств измерений.

3. Погрешности, обусловленные неправильной установкой и взаим-ным расположением средств измерения, являющихся частью единого комплекса, несогласованностью их характеристик, влиянием внешних температурных, радиационных и других полей и так далее.

4. Личные погрешности – обусловлены индивидуальными особен-ностями наблюдателя.

5. Погрешности от влияющих величин.

По характеру поведения в процессе измерения различают:

постоянные погрешности,

переменные погрешности.

Измерительный эксперимент

Эксперимент (от лат. experimentum – «проба», «опыт») – метод познания, с помощью которого исследуются реальные явления действительности, реальные функциональные связи между параметрами, характеризующими состояние изучаемого объекта.

В технике и точных науках эксперимент связан с измерениями. Поэтому его называют измерительным экспериментом.

Измерительный эксперимент включает в себя подготовку, проведение измерений и обработку полученных экспериментальных данных.

Проведение измерительного эксперимента должно быть основано на применении известной (типовой) или специально разработанной (частной) методике выполнения измерений.

Под методикой выполнения измерений понимают совокупность методов, средств, процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил обработки экспериментальных данных при выполнении конкретных измерений.

Разработка методик выполнения измерений должна включать:

анализ технических требований к точности измерений, изложенных в стандарте, технических условий или технических заданий;

определение конкретных условий проведения измерений;

выбор испытательного и вспомогательного оборудования, а также средств измерений;

разработку при необходимости нестандартных средств измерений;

исследование влияния условий проведения измерений и подготовки испытуемых объектов к измерениям;

определение порядка подготовки средств измерений к работе, последовательности и количества измерений;

разработку или выбор алгоритма обработки экспериментальных данных и правил оформления результатов измерения.

Нормативно-технические документы (НТД), регламентирующие методику выполнения измерений:

Государственные стандарты или методические указания Госстандарта России по методикам выполнения измерений (стандарт разрабатывается в том случае, если применяемые средства измерений внесены в Государственный реестр средств измерений);

отраслевые методики выполнения измерений, используемые в одной отрасли;

стандарты предприятий на методики выполнения измерений, используемые на одном предприятии.

В НТД на методики выполнения измерений предусматриваются:

нормы точности измерений;

специфика измеряемой величины (диапазон, наименование продукции и т. д.);

максимальная автоматизация измерений и обработки данных.

Методики выполнения измерений перед их вводом в действие должны быть аттестованы или стандартизованы. Аттестация включает в себя разработку и утверждение программы аттестации, выполнение исследований в соответствии с программой, составление и оформление отчета об аттестации, оформление аттестата методики выполнения измерений.

При постановке измерительного эксперимента прежде всего требуется определить, какие (однократные или многократные) измерения следует осуществлять для определения значения измеряемой физической величины.

Общим здесь является следующий подход:

если систематическая погрешность является определяющей, то есть ее значение существенно больше значения случайной погрешности, то целесообразно использовать однократные измерения для получения значения измеряемой величины;

если случайная погрешность является определяющей, то необходимо использовать многократные измерения.

Чрезвычайно важным при выборе многократных и однократных измерений является представление о диффузионности физической величины, под которой понимают невоспроизводимость значений величины от опыта к опыту [9].

Разброс результатов измерений в общем случае описывается выражением

                                  ,                                    (3.5)

где  – диффузионность физической величины;  – абсолютная погрешность средства измерений.

Абсолютную погрешность средства измерений  можно принять равной половине цены деления шкалы аналогового прибора или единице младшего разряда цифрового прибора.

Из выражения (3.5) можно количественно определить соотношение между  и , при котором следует проводить однократные и многократные измерения, а именно:

если  >> , то необходимо использовать многократные измере-ния (как правило, целесообразно исходить из соотношения  > 3∙ );

если  << , то необходимо использовать однократные измерения (как правило, целесообразно исходить из соотношения < 1/3∙ );

если  » , то целесообразно использовать однократные измере-ния, а полученную погрешность увеличить в 1,5 раза (такой вывод следует из выражения (3.5) при замене в нем  на , при которой D_р » 1,4∙ ).

Определение соотношения < 1/3∙  по шкале измерительного прибора затруднительно, поэтому, если  не превышает 0,2 деления шкалы аналогового прибора или изменение цифры младшего разряда цифрового прибора не превышает единицы, считается, что в данном случае целесообразно проводить однократные измерения.

При выполнении измерений необходимо учитывать тот факт, что систематическая погрешность вызывает смещение результатов измерений и является наиболее опасной, так как во многих случаях о ее существовании даже не подозревают.

Обнаружение систематической погрешности измерений является одной из наиболее сложных задач метрологии. В том или ином виде ее приходится решать при подготовке измерений.

Близость к нулю систематической погрешности определяется как правильность измерений. Исключение систематической погрешности из результатов измерений рассматривается как исправление этих результатов. Поэтому результаты измерений, содержащие неисключенную систематическую погрешность, называют неисправленными, а результаты, в которых систематическая погрешность исключена, – исправленными.