Лекція 3. Класифікація і основні характеристики екоаналітичних засобів (2 год)

4. Похибки вимірювання

Процедура вимірювання складається з таких основних етапів:

• прийняття моделі об'єкту вимірювання;

• вибір методу вимірювання;

• вибір засобів вимірювань;

• проведення розрахунків з метою обрання числового значення результату вимірювання.

Різного роду недоліки, властиві цим етапам, призводять до того, що результат вимірювання відрізняється від істинного значення вимірюваної величини. Величину, що характеризує відхилення результату вимірювання від істинного вимірюваної величини, називають похибкою вимірювання.

Похибки є властивістю будь-якого вимірювання, вони обумовлені пізнавальним характером процесу вимірювання відносно до наших знань. В науці слово "похибка" не мас звичайного значення чогось невірного. Похибки, власне, не слід відносити до помилок експериментатора, їх неможливо уникнути, намагаючись бути дуже уважним. Найкраще, на що можна розраховувати - це звести похибки до мінімуму і надійно розрахувати їх величини.

Причин, що призводять до появи похибок при вимірюваннях, надзвичайно багато. Вони зумовлені:

– недостатнім знанням властивостей досліджуваного об'єкта;

– недосконалістю методів та засобів вимірювань;

– зовнішніми впливами (тиску, температури, вологості тощо);

– суб'єктивними властивостями оператора (експериментатора);

– округленням результатів вимірювання до парних чи непарних чисел тощо.

Звичайно, одним з основних завдань при проведенні будь-якого вимірювання є виявлення та усунення причин та завад, що призводять до появи похибок.

Можна зробити висновок, що жодне з вимірювань, як би ретельно воно не проводилося, не може обійтись без похибок. В зв'язку з тим, що істинне значення вимірюваної величини залишається невідомим, неможливо визначити й істинне значення похибки вимірювання, тобто на практиці можна знайти лише наближене значення похибки, виконати її оцінку.

Таким чином, до задач вимірювання входить не тільки визначення значення ФВ, але також й оцінка похибки, що була допущена під час вимірювань. Тому вимірювання вважається закінченим тільки в тому випадку, якщо відомо, з якою похибкою воно здійснене.

Класифікацію похибок вимірювання здійснюють у залежності від джерела виникнення, умов проведення, характеру величини, що вимірюється в часі, та способу вираження.

За джерелом виникнення : Похибки методу вимірювання - спричинені недосконалістю цього методу, а також недостатністю обґрунтування його теорії, застосуванням наближених формул для спрощення розрахунків тощо.

Інструментальна похибка складова похибки вимірювання, яка зумовлена недосконалістю засобів вимірювальної техніки (ЗВТ). Ця похибка може бути також обумовлена конструктивними та технологічними недоліками. Наприклад, через неточність виготовлення та нестабільності елементів ЗВТ, неправильне градуювання шкали приладу тощо.

Суб'єктивні (особисті) похибки як правило, є наслідком особистих властивостей спостерігача (експериментатора), які зумовлені особливостями його організму (недосконалість зору, втомленість тощо).

За умовами проведення вимірювань

Основна похибка - похибка, яка виникає за нормальних умов застосування ЗВТ (20±5°С, 750±30 мм. ат. ст., 65±15% вологості). Ця похибка нормується і вказується у відповідних документах (технічному паспорті, формулярі).

Додаткова похибка - обумовлюється відхиленням однієї чи декількох впливових величин (температури, тиску, вологості тощо) від нормального значення. Значення додаткової похибки, як і основної, нормується і вказується у відповідних технічних документах.

За характером виявлення Систематична похибка - складова похибки, яка залишається сталою або закономірно змінюється при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини. Вона зумовлена впливом на результат вимірювання багатьох факторів, дію яких не усунуто та не прийнято до уваги. Ці фактори можуть бути або постійно діючими. або закономірно змінюватись. У ряді випадків систематичні похибки можуть бути визначені дослідним шляхом. В залежності від причин виникнення систематичні похибки поділяють на інструментальні, суб'єктивні, а також похибки методу та похибки від зовнішніх впливів.

На практиці повне усунення систематичних похибок неможливе, отже, результат будь-якого вимірювання містить залишки не виключених систематичних похибок.

Випадкова похибка - це та складова похибки, яка за повторних вимірювань однієї й тієї ж величини, проведених за допомогою одного й того ж приладу, в однакових умовах, з однаковою старанністю, дасть результати спостережень, що мають (хоч незначно) відрізнятись один від одного. Це вказує на те, що при багаторазових вимірюваннях результати спостережень та їх похибки є випадковими величинами.

Поява випадкових похибок зумовлена спільним впливом на засіб та об'єкт вимірювання багатьох випадкових факторів, поміж якими відсутній взаємний зв'язок. Іншими словами, результат будь-якого вимірювання «обтяжений» випадковими похибками.

Груба похибка - це похибка вимірювання, яка істотно перевищує очікувану за даних умов похибку.

За характером зміни вимірюваної величини у часі

Статична похибка – похибка при вимірюванні постійної в часі величини. Наприклад, похибка вимірювання постійного струму тощо.

Динамічна похибка - різниця між похибкою в динамічному режимі (похибка при вимірюванні змінної в часі величини) і статичною похибкою, яка відповідає значенню виміряної величини у відповідний момент часу.

За способом виразу.

Абсолютна похибка вимірювання це алгебраїчна різниця між отриманим при вимірюванні значенням та істинним значенням вимірюваної величини.

Оскільки істинне значення вимірюваної величини невідоме, то його замінюють на дійсне (яке має бути наближеним до істинного).

Відносна похибка - відношення абсолютної похибки вимірювання до істинного значення вимірюваної величини: