При измерениях физических величин всегда присутствует погрешность. Это неизбежно связано с неидеальностью измерительных средств и методов. Но что такое дополнительная погрешность и почему важно ее учитывать?
Дополнительная погрешность - важный компонент общей погрешности при измерениях. В данной статье подробно рассматриваются разные аспекты дополнительных погрешностей: определение и отличие от основных; факторы возникновения; методы классификации и оценки. Также освещаются практические вопросы учета, минимизации и нормирования дополнительных погрешностей в процессе эксплуатации средств измерений.
Определение дополнительной погрешности
Любая погрешность измерений делится на две составляющие: основная и дополнительная погрешности. Разберемся в разнице этих понятий.
Основная погрешность возникает при нормальных условиях работы средства измерений и обусловлена его конструктивными особенностями. Это своего рода внутренняя погрешность прибора.
А вот дополнительная погрешность появляется, когда условия отклоняются от нормальных. Например, при повышении температуры, влажности, давления и других факторов окружающей среды.
Итак, дополнительная погрешность - это добавочная составляющая общей погрешности измерений, обусловленная внешними условиями.
Классификация дополнительных погрешностей
Существует несколько подходов к классификации дополнительных погрешностей. Рассмотрим основные из них.
- По причинам и условиям возникновения:
- от влияния внешних условий (температуры, влажности и т.д.) от особенностей объекта измерения от применения метода измерения от конструктивных факторов средств измерений
- По характеру изменений во времени:
- постоянные переменные
- В зависимости от измеряемой величины:
- аддитивные (постоянное абсолютное значение) мультипликативные (пропорциональные входной величине)
К наиболее распространенным дополнительным погрешностям относят температурную погрешность и вибрационную погрешность. Первая зависит от колебаний температуры, вторая - от вибрации прибора или объекта.
Факторы, влияющие на дополнительную погрешность
На возникновение и величину дополнительной погрешности влияет множество факторов:
- Температура окружающей среды
- Атмосферное давление
- Влажность воздуха
- Напряженность магнитного поля
- Уровень вибрации
- Состав и свойства измеряемой среды
- Методика выполнения измерений
- Конструкция самого средства измерений
Все эти факторы могут в той или иной степени повлиять на точность измерений.
Особо стоит выделить дополнительную температурную погрешность. При значительном отклонении температуры от нормальной (20±5 °С) она может в разы превзшать основную погрешность.
Основная и дополнительная погрешность
Хотя основная и дополнительная погрешности различны по своей природе, они тесно взаимосвязаны.
Знание величины дополнительной погрешности необходимо при выборе средства измерения для конкретных условий его эксплуатации.
Кроме того, суммарная погрешность измерений всегда складывается из основной и дополнительных составляющих. Поэтому без учета последних невозможно адекватно оценить точность.
В связи с этим, правильный учет, расчет и нормирование дополнительных погрешностей приобретает большую практическую значимость.
Расчет и нормирование дополнительной погрешности
Для практического применения средств измерений необходимо уметь рассчитывать дополнительные погрешности. Это важно как при выборе оптимального средства измерений, так и при оценке суммарной погрешности в конкретных условиях.
Существуют три основных метода расчета дополнительной погрешности:
- Экспериментальный
- Расчетный
- Использование данных технической документации на средства измерений
Первый метод заключается в экспериментальном определении дополнительной погрешности путем сравнительных измерений в нормальных и рабочих условиях. Это наиболее точный, но и наиболее трудоемкий подход.
Второй подход основан на математическом моделировании и расчете дополнительной погрешности исходя из анализа конструкции средства измерения и физических принципов его работы.
Наконец, третий метод заключается в использовании данных об уровне дополнительных погрешностей, приведенных в технической документации на средство измерения (паспорте, инструкции по эксплуатации).
Предел дополнительной погрешности
Предел дополнительной погрешности – это наибольшее допустимое значение дополнительной погрешности средства измерений, установленное нормативными документами.
Значение предела используется для нормирования метрологических характеристик средств измерений с учетом влияния внешних факторов – температуры, давления, влажности и др.
Проявление дополнительных погрешностей в эксплуатации
Хотя дополнительные погрешности и возникают при отклонении условий от нормальных, в реальной эксплуатации они проявляются достаточно часто.
Дело в том, что обеспечение постоянства таких параметров как температура, давление, влажность на протяжении длительного времени крайне затруднительно.
Поэтому на практике приходится постоянно вводить поправки на дополнительные погрешности, чтобы получать достоверные результаты измерений.
Способы уменьшения дополнительных погрешностей
Существует несколько основных подходов к снижению уровня дополнительных погрешностей средств измерений:
- Поддержание нормальных условий с помощью систем жизнеобеспечения приборов
- Выбор оптимальной методики измерений для конкретных условий
- Применение автоматической коррекции показаний по температуре и другим влияющим факторам
- Использование специальных конструкций средств измерений, компенсирующих внешние воздействия
- Регулярная поверка и калибровка приборов
На этапе выбора средств измерений особое внимание стоит уделить анализу уровня дополнительных погрешностей и диапазонов компенсации внешних воздействий.
Основные и дополнительные погрешности средств измерений
Хотя основная и дополнительная погрешности различны по своей природе, на практике их не всегда можно четко разделить.
В ряде случаев изменение какого-либо параметра (температуры, давления) влияет сразу на все характеристики средства измерений.
Поэтому более правильно говорить об общем вкладе основных и дополнительных погрешностей средств измерений в суммарную погрешность.
Поверка и калибровка средств измерений
При проведении поверки или калибровки средств измерений обязательно учитывается величина их дополнительных погрешностей.
Это необходимо для того, чтобы оценить их пригодность для применения в заданных условиях эксплуатации с требуемой точностью.
Примеры дополнительных погрешностей
Для наглядности приведем примеры дополнительных погрешностей некоторых широко используемых средств измерений.
Электроизмерительные приборы
Для электроизмерительных приборов характерны следующие дополнительные погрешности:
- от изменения температуры окружающей среды
- от влияния внешних электрических и магнитных полей
- от отклонения формы сигнала от синусоидальной
- от отклонения частоты сигнала от номинального значения
Датчики давления
Основные дополнительные погрешности датчиков давления:
- от изменения температуры окружающей среды и измеряемой среды
- от вибраций и ударов
- от влияния внешних электрических и магнитных полей
- от отклонения напряжения питания от номинального значения
Расходомеры
Характерные дополнительные погрешности расходомеров:
- от изменения температуры, плотности, давления или вязкости рабочей среды
- от нестабильности гидродинамического и температурного режима потока до и после расходомера
- от отклонений электрического питания от номинала
- от вибрации трубопровода
Газоанализаторы
Для газоанализаторов типичными дополнительными погрешностями являются:
- от изменения температуры окружающей среды
- от колебаний атмосферного давления
- от влажности анализируемого газа
- от скорости и расхода пробы
- от наличия посторонних газов и аэрозолей
Спектрофотометры
Спектрофотометры подвержены таким дополнительным погрешностям как:
- от изменения температуры окружающей среды
- от нестабильности источника излучения
- от колебаний напряжения питания
- от загрязнения оптической системы
