Качество измерений и способы его достижения


Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью, воспроизводимостью и погрешностью измерений.
Точность - это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям как систематическим, так и случайным. Точность количественно оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности. Например, если погрешность измерений равна 0,05%, то точность будет равна 1 / 0,0005 = 2000.
Достоверность измерений характеризует степень доверия результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ.
Правильность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.
Сходимость - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей.
Воспроизводимостью - это такое качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, разными методами и средствами).
Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину. Можно выделить следующие группы причин возникновения погрешностей:
неверная настройка средства измерений или смещение уровня настройки во время эксплуатации;
неверная установка объекта измерения на измерительную позицию;
ошибки в процессе получения, преобразования и выдачи информации в измерительной цепи средства измерений;
внешние воздействия на средство и объект измерений (изменение температуры и давления, влияние электрического и магнитного полей, вибрация и т.п.);
свойства измеряемого объекта;
квалификация и состояние оператора.
Анализируя причины возникновения погрешностей, необходимо в первую очередь выявить те из них, которые оказывают существенное влияние на результат измерения. Анализ должен проводится в определенной последовательности.
Погрешность измерений
В практике использования измерений очень важным показателем становится их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоторому действительному значению, которая используется для качественного сравнения измерительных операций. А в качестве количественной оценки, как правило, используется погрешность измерений. Причем чем погрешность меньше, тем считается выше точность.
Согласно закону теории погрешностей, если необходимо повысить точность результата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то число измерений необходимо увеличить в 4 раза; если требуется увеличить точность в 3 раза, то число измерений увеличивают в 9 раз и т. д.
Процесс оценки погрешности измерений считается одним из важнейших мероприятий в вопросе обеспечения единства измерений. Естественно, что факторов, оказывающих влияние на точность измерения, существует огромное множество. Следовательно, любая классификация погрешностей измерения достаточно условна, поскольку нередко в зависимости от условий измерительного процесса погрешности могут проявляться в различных группах. При этом согласно принципу зависимости от формы данные выражения погрешности измерения могут быть: абсолютными, относительными и приведенными.
Кроме того, по признаку зависимости от характера проявления, причин возникновения и возможностей устранения погрешности измерений могут быть составляющими При этом различают следующие составляющие погрешности: систематические и случайные.
Систематическая составляющая остается постоянной или меняется при следующих измерениях того же самого параметра.
Случайная составляющая изменяется при повторных изменениях того же самого параметра случайным образом. Обе составляющие погрешности измерения (и случайная, и систематическая) проявляются одновременно. Причем значение случайной погрешности не известно заранее, поскольку оно может возникать из—за целого ряда неутонченных факторов Данный вид погрешности нельзя исключить полностью, однако их влияние можно несколько уменьшить, обрабатывая результаты измерений.
Систематическая погрешность, и в этом ее особенность, если сравнивать ее со случайной погрешностью, которая выявляется вне зависимости от своих источников, рассматривается по составляющим в связи с источниками возникновения.
Составляющие погрешности могут также делиться на: методическую, инструментальную и субъективную. Субъективные систематические погрешности связаны с индивидуальными особенностями оператора. Такая погрешность может возникать из—за ошибок в отсчете показаний или неопытности оператора. В основном же систематические погрешности возникают из—за методической и инструментальной составляющих. Методическая составляющая погрешности определяется несовершенством метода измерения, приемами использования СИ, некорректностью расчетных формул и округления результатов. Инструментальная составляющая появляется из—за собственной погрешности СИ, определяемой классом точности, влиянием СИ на итог и разрешающей способности СИ. Есть также такое понятие, как «грубые погрешности или промахи», которые могут появляться из—за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или непредвиденных изменений ситуации измерений. Такие погрешности, как правило, обнаруживаются в процессе рассмотрения результатов измерений с помощью специальных критериев. Важным элементом данной классификации является профилактика погрешности, понимаемая как наиболее рациональный способ снижения погрешности, заключается в устранении влияния какого—либо фактора.
Качество измерительных приборов
Качество измерительного прибора – это уровень соответствия прибора своему прямому предназначению. Следовательно, качество измерительного прибора определяется тем, насколько при использовании измерительного прибора достигается цель измерения.
Главная цель измерения – это получение достоверных и точных сведений об объекте измерений.
Для того чтобы определить качество прибора, необходимо рассмотреть следующие его характеристики:
1) постоянную прибора;
2) чувствительность прибора;
3) порог чувствительности измерительного прибора;
4) точность измерительного прибора.
Постоянная прибора – это некоторое число, умножаемое на отсчет с целью получения искомого значения измеряемой величины, т. е. показания прибора. Постоянная прибора в некоторых случаях устанавливается как цена деления шкалы, которая представляет собой значение измеряемой величины, соответствующее одному делению.
Чувствительность прибора – это число, в числителе которого стоит величина линейного или углового перемещения указателя (если речь идет о цифровом измерительном приборе, то в числителе будет изменение численного значения, а в знаменателе – изменение измеряемой величины, которое вызвало данное перемещение (или изменение численного значения)).
Порог чувствительности измерительного прибора – число, являющееся минимальным значением измеряемой величины, которое может зафиксировать прибор.
Точность измерительного прибора – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины. Точность измерительного прибора определяется посредством установления нижнего и верхнего пределов максимально возможной погрешности.
Практикуется подразделение приборов на классы точности, основанное на величине допустимой погрешности.
Класс точности средств измерений – это обобщающая характеристика средств измерений, которая определяется границами основных и дополнительных допускаемых погрешностей и другими, определяющими точность характеристиками Классы точности определенного вида средств измерений утверждаются в нормативной документации. Причем для каждого отдельного класса точности утверждаются определенные требования к метрологическим характеристикам Объединение установленных метрологических характеристик определяет степень точности средства измерений, принадлежащего к данному классу точности.
Класс точности средства измерений определяется в процессе его разработки. Так как в процессе эксплуатации метрологические характеристики как правило ухудшаются, можно по результатам проведенной калибровки (поверки) средства измерений понижать его класс точности.
Источники погрешностей
Погрешность результата измерения имеет много составляющих, каждая из которых обусловлена различными факторами и источниками. Типичный подход к анализу и оцениванию погрешностей состоит в выделении этих составляющих, их изучении по отдельности и суммировании по принятым правилам. Определив количественные параметры всех составляющих погрешности и, зная способы их суммирования, можно правильно оценить погрешность результата измерений и при возможности скорректировать его с помощью введения поправок.
Ниже приводятся некоторые источники появления погрешностей измерений:
неполное соответствие объекта измерений принятой его модели;
неполное знание измеряемой величины;
неполное знание влияния условий окружающей среды на измерение;
несовершенное измерение параметров окружающей среды;
конечная разрешающая способность прибора или порог его чувствительности;
неточность передачи значения единицы величины от эталонов к рабочим средствам измерений;
неточные знания констант и других параметров, используемых в алгоритме обработки результатов измерения;
аппроксимации и предположения, реализуемые в методе измерений;
субъективная погрешность оператора при проведении измерений;
изменения в повторных наблюдениях измеряемой величины при очевидно одинаковых условиях и другие.
Группируя перечисленные выше и другие причины появления погрешностей измерений, их можно разделить на погрешности метода измерений, средств измерений (инструмента) и оператора, проводящего измерения. Несовершенство каждого этого компонента измерения вносит вклад в погрешность измерения. Поэтому в общем виде погрешность можно выразить следующей формулой:
∆X = ∆м + ∆и + ∆л
где ∆м – методическая погрешность (погрешность метода); ∆и - инструментальная погрешность (погрешность средств измерений); ∆л - личная (субъективная) погрешность.
Основные причины возникновения инструментальной погрешности приведены в разделе о средствах измерений.
Методическая погрешность возникает из-за недостатков используемого метода измерений. Чаще всего это является следствием различных допущений при использовании эмпирических зависимостей между измеряемыми величинами или конструктивных упрощений в приборах, используемых в данном методе измерений.
Субъективная погрешность связана с такими индивидуальными особенностями операторов, как внимательность, сосредоточенность, быстрота реакции, степень профессиональной подготовленности. Такие погрешности чаще встречаются при большой доле ручного труда при проведении измерений и почти отсутствуют при использовании автоматизированных средств измерений.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ
Метрология как наука .Задачи метрологического обеспечения. Качество измерений. Точность. Физическая величина как особое свойство качества.
Практически нет ни одной области человеческой деятельности, где бы все более интенсивно не использовались результаты измерений.
Сегодня в России эксплуатируются около 800 млн.средств измерений.
Для любой стадии управления (а это основное содержание труда менеджера):
- анализа----Ў прогнозирования----Ў планирования---Ў контроля----Ў регулирования----Ў
огромное значение имеет достоверная информация о качественном состоянии объектов (процессов, условий, продуктов, средств проектирования, производства и контроля и т.д.)
Как правило ,такая информация может быть получена только путем правильно проведенных измерений.
Развитие естественных наук, научные достижения, технические новинки сегодня так же немыслимы без измерений.
Пример заключения контрактов о закупке технически сложной продукции за рубежом (Газопровод Россия - З.Европа) метрология и экономика.
Измерения и конкурентоспособность (как заключают за рубежом контракты).
МЕТРОЛОГИЯ - отрасль науки об измерения качества, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
ИЗМЕРЕНИЕ - нахождение значения физической величины, характеризующей качество, опытным путем с помощью специальных технических средств.
Здесь в понятие "нахождение значения физической величины, характеризующей качество" (далее - величины ) включается и математическая обработка результатов измерения ( если это требуется).
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ - значение величины характеризующей качество, найденное путем ее измерения.
НАБЛЮДЕНИЕ (при измерениях) - экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерений качества, в результате которой получается одно значение из группы значений величины, подлежащих совместной обработке для получения результата измерения.
РЕЗУЛЬТАТ НАБЛЮДЕНИЯ - значение величины полученной в результате наблюдения (при отдельном измерении).

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ - установление и применение научных, нормативно-технических и организационных основ, технических средств, правил и норм с целью достижения единства и требуемой точности (достоверности) измерений качества, необходимых для количественной оценки объектов ноосферы и происходящих в них явлений.
НООСФЕРА - (греч.-noos-разум) - новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.(введено - Э.Леруа и П.Тейяром де Шарденом в 1927г.) В.И.Вернадский развил представления о ноосфере, как о качественно новой форме организованности, возникающей при взаимодействии природы и общества. Тут тесная связь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами развития общества.
Экология---Ўэкосистемы + биосфера в целом (греч.oikos - дом, жилище).

КАЧЕСТВО ИЗМЕРЕНИЙ
1.ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ - показатель качества измерений, отражающий близость их результатов к истинному значению ИВ (измеряемой величины)
ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины

ПРАВИЛЬНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ - показатель качества измерений, отражающий близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ (ПРАВИЛЬНЕЕ - СОСТАВЛЯЮЩАЯ) ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ - такая, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.
Пример систематической ( составляющей) погрешности:

СЛУЧАЙНОЙ погрешностью измерения называется такая, которая изменяется случайным образом ( по значению и знаку ) при повторных измерениях одной и той же величины.
Пример случайной погрешности:

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА - КАК ОСОБОЕ СВОЙСТВО КАЧЕСТВА ФИЗИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНОЙ ( далее - ВЕЛИЧИНОЙ ) - называется свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (физическим системам ,их состояниям и происходящим в них процессам), но в коли-
чественном отношении индивидуальное для каждого объекта ( т.е. свойство для одного объекта может быть больше или меньше, чем у другого).
Например: быстродействие, надежность, масса, скорость и т.д.- это величины.
Поэтому не следует употреблять термин "величина" для выражения количества рассматриваемого свойства (например:"величина надежности","величина скорости" и т.д.) т.к. надежность, скорость - сами величины.
В этих случаях следует говорить о "РАЗМЕРЕ ВЕЛИЧИНЫ" или "ЗНАЧЕНИИ ВЕЛИЧИНЫ" ( значение скорости ).
"РАЗМЕРОМ ВЕЛИЧИНЫ" - НАЗЫВАЮТ КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ В ДАННОМ ОБЪЕКТЕ СВОЙСТВА,СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ПОНЯТИЮ ВЕЛИЧИНЫ, А
"ЗНАЧЕНИЕМ ВЕЛИЧИНЫ" - ОЦЕНКУ ВЕЛИЧИНЫ В ВИДЕ НЕКОТОРОГО ЧИСЛА ПРИНЯТЫХ ДЛЯ НЕЕ ЕДИНИЦ.
Например, 220В = значение напряжения
220 - числовое значение
РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ В ОБЩЕМ ВИДЕ ЗАПИСЫВАЮТ В ФОРМЕ, НАЗЫВАЕМОЙ ОСНОВНЫМ УРАВНЕНИЕМ ИЗМЕРЕНИЯ:
Х = N(Х)
где: Х - измеряемая величина;
N - числовое значение измеренной величины;
x - единица физической величины.

Очевидно - основная цель снижения погрешности измерений качества - максимально приблизить значение ( ЗВизм —› ЗВист ) измеренное к истинному значению величины.
Только при соблюдении определенных требование к измерениям может быть измеренное значение принято за действительное ЗВизм ў ЗВдОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
ЕДИНСТВО ИЗМЕРЕНИЙ - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых соответствуют единицам, воспроизводимым эталонами, а погрешности результатов измерений не выходят за установленные пределы. Т.е. единство измерений обеспечивает сопоставимость результатов измерений, выполненных в различное время, в различных местах, разными средствами и методами.
Вспомним:

ЕДИНСТВО ИЗМЕРЕНИЙ
СОПОСТАВИМОСТЬ
Сходимость измерений - их показатель качества , отражающий близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях одной и той же измеряемой величины.

ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ измерений - их показатель качества , отражающий близость друг к другу результатов измерений (одной и той же измеряемой величины) выполняемых в различных условиях ( в разное время, в различных местах, разными методами ).

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ КАЧЕСТВА
Эталоны единиц физических величин

ПОВЕРКА СИ - определение метрологическим органом погрешностей СИ или нахождение погрешностей СИ в поле допуска и установление его пригодности к применению

УРОВНИ ПОВЕРОЧНОЙ СХЕМЫ
Первичный эталон - обеспечивает воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью
Специальный эталон - обеспечивает воспроизведение единицы в специальных условиях и в этих условиях заменяет первичный эталон (например эталоны единицы переменного напряжения для определенных диапазонов частот:
- 20 гц Ў 30 Мгц (ГОСТ 8.184-7)
- 30 Мгц Ў 3000 Мгц (ГОСТ 8.072-82)
Вторичный эталон - эталон, для которого размер воспроизводимой им единицы устанавливают по первичному эталону.

Приложенные файлы

  • docx 26670233
    Размер файла: 41 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий