Систематические погрешности

Систематические погрешности при измерениях вызываются разными причинами. Источниками систематических погрешностей могут быть все три компонента измерения: метод измерения, средства измерений и сам экспериментатор. По причине возникновения систематические погрешности классифицируются в соответствии с таблицей, приведенной на рисунке 1.5

Методические погрешности возникают из-за несовершенства метода измерений, ограниченной точности формул, используемых для описания явлений, положенных в основу измерения, из-за влияния СИ на объект, свойства которого измеряются. Часто организуя измерение вынуждены измерять не ту величину, которая должна быть измерена, а некоторую другую, близкую, но не равную ей. Примерами такой методической погрешности могут служить погрешность измерения напряжения вольтметром с конечным входным сопротивлением или погрешность измерения тока амперметром с ненулевым внутренним сопротивлением.

Отличительной особенностью методической погрешности является то обстоятельство, что они не могут быть указаны в паспорте прибора, а должны оцениваться самим экспериментатором. Одно и то же СИ при измерениях свойств одного объекта может дать пренебрежимо малую методическую погрешность, а при измерении свойств другого - недопустимо большую, лишающую измерение всякого смысла. По этому оценивая величину методической погрешности экспериментатор должен четко различать фактически измеряемую величину от той, которая подлежит измерению.

Инструментальные погрешности вызываются несовершенством СИ. Классическим примером ее может служить погрешность измерительного прибора, вызванная неточностью градуировки шкалы или погрешность резистивного делителя напряжения из-за неточной подгонки резисторов и т.п. Эти погрешности определяются и указываются в паспорте СИ (основная погрешность СИ).

Разновидностью инструментальных погрешностей являются установочные погрешности, которые обусловлены расположением СИ (правильным или неправильным) и их взаимным влиянием. Эти погрешности не могут быть указаны в паспорте и должны оцениваться и устраняться экспериментатором в процессе проведения измерений.

В отдельную группу принято выделять систематические погрешности, обусловленные отклонением внешних условий эксплуатации СИ от нормальных, оговоренных в паспорте. Эти погрешности также зависят от несовершенства СИ, но проявляются под воздействием изменения влияющих величин (температуры, питающего напряжения и т.д.), неинформационных параметров входного сигнала (например, частоты или содержания гармоник при измерении напряжения переменного тока) и под влиянием изменения самой измеряемой величины в процессе измерения (динамические погрешности). Степень влияния каждой влияющей величины определяется и указывается в паспорте СИ (дополнительные погрешности), что позволяет учесть их в реальном измерительном эксперименте.

Личные (субъективные) или погрешности отсчитывания показаний зависят от личности оператора. Она проявляется в том, что показания измеряемого прибора (например, вольтметра) 77 В один оператор фиксирует как 77.0 В, другой - как 77.1 В, а третий - как 76.9 В и т.д. Очевидно, что эти погрешности также не могут быть указаны в паспорте на СИ и уменьшаются повышением квалификации оператора и совершенствованием отсчетных устройств.

Следует отметить, что все систематические погрешности могут иметь малую случайную составляющую (например, случайная инструментальная погрешность, вызванная трением в опорах измерительного механизма и т.п.), но они, обычно, отдельно не выделяются. Вызвано это тем, что систематические погрешности оцениваются по составляющим, а случайная погрешность измерения оценивается, как правило, по экспериментальным данным и сразу вся.

Систематические погрешности искажают результат измерения, поэтому при измерениях необходимо предпринимать все меры к тому, чтобы выявить и исключить (или уменьшить) систематические погрешности.

Существует три способа исключения систематической погрешности: устранение источника погрешности до начала измерения; исключение погрешности в процессе измерений, исключение погрешности после окончания измерений.

Выявление и уменьшение систематических погрешностей сложная задача и требует высокой квалификации экспериментатора. Особую сложность представляет обнаружение постоянной систематической погрешности. Практически единственный способ их обнаружения - поверка рабочего СИ по образцовым мерам или сличение его показаний с показаниями образцового СИ.