Причины возникновения и способы исключения систематических погрешностей

Природа и происхождение систематических погрешностей обычно обусловлены спецификой конкретного эксперимента. По­этому обнаружение и исключение систематических погрешностей во многом зависят от экспериментатора, от того, насколько он из­учил условия проведения измерений и особенности применяемых им средств и методов. Вместе с тем существуют некоторые общие причины возникновения систематических погрешностей, в соответствии с которыми их подразделяют на методические, инстру­ментальные и субъективные.

Методические погрешности происходят от несовершенства метода измерений, использования упрощающих предположений и допущений при выводе применяемых формул, влияния измеритель­ного прибора на объект измерения. Например, измерение темпе­ратуры с помощью термопары может содержать методическую погрешность, вызванную нарушением температурного режима ис­следуемого объекта вследствие внесения термопары.

Инструментальные погрешности зависят от погрешностей при­меняемых СИ. Неточность градуировки, конструктивные несовер­шенства, изменения характеристик прибора в процессе эксплуата­ции являются причинами возникновения инструментальных погрешностей.

Погрешности измерений также возникают из-­за неправильной установки СИ, влияния на них магнитных или электрических полей, наличия дополнительных и динамических погрешностей. Дополнительные погрешности обусловлены отклонением от нормальных условий, в которых работает прибор.

Динамические погрешности возникают из-­за инерционности применяемых технических средств при быстрых изменениях измеряемой величины. Все эти погреш­ности отличаются от инструментальных (ГОСТ 8.009—84), поскольку они связаны не столько с самими СИ, сколько с условиями, при которых они работают. Их устранение производится иными спосо­бами, нежели устранение инструментальных погрешностей.

Субъективные погрешности вызываются неправильными от­счетами показаний прибора человеком (оператором). Это может случиться, например, из-­за неправильного направления взгляда при наблюдении за показаниями стрелочного прибора (погрешность от параллакса). Использование цифровых приборов и автоматических методов измерения позволяет исключить такие погрешности.

Систематические погрешности могут оставаться постоянными либо закономерно изменяться. В последнем случае их подразделя­ют на прогрессирующие (возрастающие или убывающие), перио­дические и изменяющиеся по сложному закону. Обнаружение причин и источников систематических погрешностей позволяет принять меры к их устранению или исключению посредством вве­дения поправки.

Метод замещения заключается в том, что измеряемая величи­на замещается известной величиной, получаемой с помощью регу­лируемой меры. Если такое замещение производится без каких­-либо других изменений в экспериментальной установке и после заме­щения установлены те же показания приборов, то измеряемая величина равняется известной величине, значение которой отсчи­тывается по указателю регулируемой меры. Этот прием позволяет исключить постоянные систематические погрешности. Погреш­ность измерений при использовании метода замещения определя­ется погрешностью меры и погрешностью, возникающей при от­счете значения величины, замещающей неизвестную.

Метод компенсации погрешности по знаку применяется для исключения систематических погрешностей, которые в зависимо­сти от условий измерений могут входить в результат измерений с тем или иным знаком (погрешность от термоЭДС, от влияния напряженности постоянного электрического или магнитного полей и др.). В этом случае можно провести измерения дважды так, чтобы погрешность входила в результаты измерений один раз с одним знаком, а при повторном измерении — с обратным знаком. Среднее значение из двух полученных результатов будет являться оконча­тельным результатом измерений, свободным от указанных выше систематических погрешностей.

При проведении автоматических измерений широко использу­ются схемные методы коррекции систематических погрешностей. Компенсационное включение преобразователей, различные цепи температурной и частотной коррекции являются примерами их реализации. В последнее время в измерительной технике широко применя­ются средства, содержащие микропроцессорные системы.

С по­мощью последних удается производить исключение или коррекцию многих видов систематических погрешностей. Автоматическое введение поправок, связанных с неточностями градуировки, расчет и исключение дополнительных и динамических погрешностей, ис­ключение погрешностей, обусловленных смещением нуля, — эти и другие корректировки позволяют существенно повысить точность измерений.

Следует, однако, заметить, что часть систематической погреш­ности, несмотря на все усилия специалистов, остается неисключен­ной. Эта часть погрешности входит в результат измерений и ис­кажает его. Она может быть оценена, исходя из сведений о метро­логических характеристиках использованных технических средств. Если таких сведений недостаточно, то можно использовать резуль­таты сравнения измеренных значений с аналогичными результатами, полученными в других лабораториях.