разновидности погрешностей

Качество средств и результатов измерений принято характеризовать указанием их погрешностей. Но так как характер проявления и причины возникновения погрешностей как средств, так и результатов измерений весьма разнообразны, то в практике установилось деление погрешностей на разновидности, за каждой из которых закреплено определенное наименование. Этих наименований около 30, и тот, кто так или иначе связан с измерениями, должен четко усвоить эту терминологию.

Погрешность средств измерений и погрешность результата измеренияо Погрешность результата измерения - это число, указывающее возможные границы неопределенности полученного значения измеряемой величины. Погрешность же прибора - это его определенное свойство, ддя описания которого приходится использовать соответствующие правила. Поэтому полагать, что, воспользовавишсь, например, вольтметром класса точности 1,0, т. 8. имеющим предел приведенной погрешности, равный 1 %, мы получаем и результат измерения с погрешностью, равной 1%, - грубейшая ошибка. Далее все эти вопросы будут пояснены, пока же подчеркнем лишь то, что погрешности средств измерений и погрешности результатов измерений - понятия ке идентичные.

Исторически часть наименований разновидностей погрешностей закрепилась за погрешностями средств измерений, другая - за погрешностями результатов измерения, а некоторые применяются по отношению и к тем, и к другим. Поэтому, рассматривая далее эти термины, будем обращать внимание на области их применения и отмечать также те случаи, когда один и тот же термин в разных областях имеет несовпадающие значения. •

Инструментальные н методические погрешности. Инструментальными (приборньщи или аппаратурными) погрешностями средств измерений называются такие, которые принадлежит данному средству измерений, могут быть определены при его испытаниях и занесены в его паспорт.

Однако, кроме инструментальных погрешностей, при измерениях возникают еще и такие погрешности, которые не могут быть приписаны данному прибору, не могут быть указаны в его пас-

порте и называются методическими, ч. е. связанными не g самим прибором, а с методом проведения измерений.

Очень часто причиной возникновения методической погрешности является то, что, организуя измерения, нередко измеряют или вынуждены измерять не ту величину, которая в принципе должна быть измерена, а некоторую другую, близкую, но не равную ей. Этот прием замены того, что действительно подле-!Ж и т измерению, тем, что несколько отличается от нужного, но проще осуществляется, очень широко используется и при разработке СИ, и в практике организации измерений. Он позволяет создавать наиболее простые, надежные и универсальные приборы и методы измерения. Но когда этот метод уже воплощен в приборе, то погрешности прибора должны быть изучены, определены и занесены в его паспорт. С этого момента вне зависимости от причин юзникновения погрешности для пользователя все они являются инструментальными.

Наглядный пример этого - выбор метода построения прибора для измерения запаса горючего в баке автомобиля. Ясно, что суммарная энергия, запасенная в топливе, определяется его массой (а не объемом) и для ее измерения нужны весы. Но совмещение топливного бака с весовым механизмом резко усложняет конструкцию. Поэтому разработчик заменяет весы простейшим поплавковым уровнемером, хотя уровень топлива зависит и от наклона бака, и от температуры и лишь весьма приближенно отражает массу топлива.

Для разработчика погрешности прибора, вызванные наклоном и температурой, представляются «методическими», т. е. обусловленными выбранным методом. Но для пользователя - это инструментальные погрешности данного прибора и они, безусловно, должны указываться в его паспорте.

Если же погрешности вызваны тем, что пользователь сам измеряет не ту величину, которая в действительности его интересует, и вследствие этого возникают погрешности, которые не могли быть изучены разработчиком и внесены в паспорт прибора, то ответственность за установление размера этих уже чисто методических погрешностей целиком лежит на пользователе средств измерений.

Примером такой методической погрешности может служить погрешность, возникающая при измерении напряжения вольтметром. Вследствие шунтирования входным сопротивлением вольтметра того участка цепи, на котором измеряется напряжение, оно оказывается меньшим, чем было до присоединения вольтметра. Поэтому для одного и того же вольтметра, присоединяемого поочередно к разным участкам исследуемой цепи, эта погрешность различна: на низкоомных участках - ничтожна, а на высокоом-ных - может быть очень большой. Естественно, размер этой переменной погрешности не может быть указан в паспорте прибора и она является методической. Для расчета этой погрешности поль-

зователь должен при каждом конкретном измерении напряжения измерять еще и выходное сопротивление исследуемой цепи между точками, к которым присоединен вольтметр, т. е. производить дополнительное исследование объекта измерения.

Такие исследования совершенно необходимы, когда вообще трудно указать способ измерения, исключающий методическзо погрешность. Пусть, например, измерению подлежит температура раскаленных болванок, поступающих из печи на прокатный стан. Спрашивается, где разместить датчик температуры (например, термопару)! под болванкой, сбоку или над болванкой? Где бы мы его ни поместили, мы не измерим внутренней температуры тела болванки, т. е. будем иметь сзпщественную методическзо погрешность, так как измеряем не то, что нужно, а то, что проще.

Ясно, что подобные погрешности никак не могут быть указаны в паспорте СИ и, следовательно, являются не инструментальными, а методическими.

Относительно термина «методическая погрешность» необходимо отметить, что в последние годы, особенно в теории цифровых приборов, его начали употреблять совсем в другом смысле, а именно для обозначения погрешности квантования, вызванной валоженнымв принцип действия прибора методом и не зависящей от разработчика и изготовителя. Погрешность квантования в цифровых приборах действительно обусловлена самим методом цифрового представления информации и является неизбежной. Поэтому разработчик с удовольствием украшает ее наименование дополнением «методическая», стараясь тем самым подчеркнуть, что ее размер не зависит от его усилий. Тем не менее это принципиально неправомерно и в паспорте прибора эта погрешность как согласно ГОСТ 8.009-72, так и ГОСТ 8.009-84, безусловно, должна указываться как инструментальная.

В этой связи имеет смысл привести определения этих понятий, данные во введении к книге Э. И. Цветкова [49]. Он пишет! «Все погрешности, обусловленные отклонением реализуемых аппаратурно преобразований от идеальных, относятся к так называемым аппаратурным, или инструментальным, погрешностям». А погрешность квантования можно уменьшить только аппаратурно - повышая разрядность АЦП.

«К методическим погрешностям относятся все погрешности, которые могут быть определены и количественно оценены с помощью формального описания (математической модели) измерительной процедуры. Количественная оценка погрешностей и их характеристик при этом выполняется иа основе расчетов или имитационного моделирования».

Таким образом, отличительной особенностью методических погрешностей является то, что они могут быть определены лишь путем создания математической модели или имитационным моделированием и8меряемо27о объекта и не могут быть