Сравнение измерений со стрельбой по мишени
Измерительный процесс (на числовой оси) можно образно сравнить с процессом пулевой стрельбы по мишени, рисунок 3.
| Y Х |
| Систематический сдвиг вправо |
| Систематический сдвиг вверх |
| Случайный разброс |
| Случайный промах |
Рис. 3 – Погрешности пулевой стрельбы по мишени
Цель стрельбы – центр мишени, цель измерений – истинное значение измеряемой величины. Стрельба сопровождается разбросом отверстий от пуль (кучность стрельбы) на мишени, измерения – разбросом измеренных значений (сходимость показаний). При стрельбе может быть случайный промах – отдаленность от области кучности, при измерении – это грубая погрешность (выброс, промах). При стрельбе наблюдается систематический сдвиг центра кучности попаданий от центра мишени, а при измерениях всегда существует неизвестное систематическое смещение измеренного среднего значения относительно истинного значения величины. После просмотра мишени (рис. 3) стрелок будет целиться ниже и левее центра новой мишени, чтобы попытаться попасть в ее центр. После определения поправки неизвестное систематическое смещение перестает быть погрешностью и превращается в поправку к показаниям, позволяющую приблизить измеренное значение к истинному значению величины.
|
|
|
Идеальный измерительный процесс
Идеальным следовало бы считать измерительный процесс неизменной величины, когда соблюдаются два условия:
1) имеется возможность считывать бесконечное количество показаний средства измерений в измерительном процессе с изменяющимися условиями и находить их математическое ожидание;
2) имеется возможность определить истинное значение поправки к математическому ожиданию показаний.
При этом совокупность выполняемых операций в условиях систематических эффектов и случайного разброса показаний в конечном итоге приводила бы к получению истинного значения измеряемой величины.
На рисунке 4 показано графическое отображение на числовой оси элементов идеального измерительного процесса.
| В |
| Истинное значение поправки |
| Интервал разброса показаний |
| Истинное значение после введения поправки |
| Математическое ожидание показаний |
Рис. 4 – Графическое отображение на числовой оси
элементов идеального измерительного процесса
Если бы удалось узнать истинное значение поправки, то после её введения математическое ожидание совпало бы с истинным значением измеряемой величины. Если измеряемая величина изменяется случайным образом, то за истинное значение следовало бы принять ее математическое ожидание.
|
|
|
Однако, исходя из постулатов метрологии, определить истинное значение поправки невозможно, как и получить бесконечное число измеренных значений также невозможно.
Реальный измерительный процесс
В реальном измерительном процессе следует учитывать три аспекта:
1) измеряемая величина может менять свои истинные значения во времени под воздействием влияющих факторов; эти изменения отслеживает средство измерений, и они вместе с собственной нестабильностью средства измерений входят в разброс показаний;
2) количество показаний всегда конечно, нет возможности найти их математическое ожидание, случайная погрешность присутствует всегда;
3) поправки к показаниям не могут иметь истинных значений, систематическая погрешность в измерениях присутствует всегда.
Таким образом, за время измерений в условиях воздействия случайных факторов меняется как измеряемая величина, так и характеристики средства измерений.
|
|
|
На рисунке 5 показан пример результата моделирования изменения условной измеряемой величины (ряд 1) и показаний прибора (ряд 3), считываемых в течение 9 часов через каждый час.
В случае идеального средства измерений его показания обязаны отслеживать изменения измеряемой величины, но из-за собственной погрешности эти изменения отличаются. Если по определению измеряемая величина – одно измеренное значение в любой момент времени, то в разные моменты времени истинное значение поправки будет разным. Если по определению измеряемая величина – среднее из 10-ти измеренных значений за 9 часов (ряд 2), то поправка примет одно измеренное значение – разность между рядом 2 и рядом 4.
Если измерительный процесс продолжается, то в разные отрезки времени средние значения поправки будут разными.
Рис. 5 – Пример изменения измеряемой величины
и показаний прибора во времени (за 9 часов)
Пример графического отображения на числовой оси реального процесса измерений величины средством измерений, хранящим ранее переданную единицу, с использованием поправки к его показаниям, определенной при его калибровке, приведен на рисунке 6.
| В |
| Поправка |
| Погрешность поправки и среднего |
| Среднее значение показаний до введения поправки |
| Измеренное среднее значение величины после введения поправки |
| Одно из возможных значение измеряемой величины |
| Интервал разброса показаний |
| Допускаемая погрешность |
| Погрешность среднего |
| Погрешность поправки |
|
|
|
Рис. 6 – Пример графического отображения на числовой оси
элементов реального измерительного процесса
Если бы поправка не была известной, то за измеренное значение следовало бы принять среднее значение показаний поверенного средства измерений, а за погрешность с вероятностью 1 принять нормированное значение допускаемой абсолютной погрешности. При калибровке средства измерений поправка к его показаниям (или отметкам шкалы) становится известной с погрешностью эталона. В этом случае удобно выполнить коррекцию показаний путем введения поправки к среднему значению показаний и получить новое (уточненное) измеренное значение величины. При этом погрешность измерений станет близкой к погрешности поправки (погрешности эталона на момент определения поправки), что значительно меньше нормированной допускаемой погрешности поверенного средства измерений.
При выполнении измерений погрешность СИ изменяется и требуется её периодический контроль через интервал, определяемый его метрологической надежностью.
Таким образом, чтобы максимально приблизить измеренное значение величины к её истинному значению, необходимо выполнить как можно больше измерений, найти среднее значение зафиксированных показаний прибора
и к нему добавить все известные (заранее определенные) поправки в нормальных и рабочих условиях. После чего найти суммарную погрешность и представить результат измерений интервалом для истинного значения измеряемой
величины.
Образно говоря, измерительная деятельность как реальный измерительный процесс напоминает автомагистраль, по которой «мчится» средство измерений. Оно периодически сворачивает с магистрали в метрологический сервис, контролирующий текущий уровень его погрешности. Диагностика и техосмотр как бы «соответствуют» калибровке и поверке средства измерений в процессе метрологической деятельности.
Классификация измерений
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 588; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!