Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » О метрологии » Полякова О.В., Методы и способы повышения точности измерений*. Часть 2.

Методы и способы повышения точности измерений*. Часть 2





О.В.Полякова, ведущий специалист - начальник группы метрологической экспертизы отдела главного метролога ФГУП «ОКБ «Факел» г.Калининград

После тщательно выполненного анализа, как правило, выявляют и оценивают отдельные составляющие погрешности измерений расчетными или расчетно-экспериментальными способами и определяют, какие составляющие погрешности измерений доминируют. В результате этой работы устанавливают, насколько снизится суммарная погрешность после того, как будет значительно уменьшена та или иная ее составляющая.

Пример. Пусть погрешность измерений складывается из составляющих Δ1 и Δ2, причем формула6 .

Примем закон распределения плотностей вероятностей для обеих составляющих одинаковым (например, нормальным), а значение вероятности, которой соответствуют границы Δ1 и Δ2, одним и тем же. Тогда суммарную погрешность можно найти по известной формуле квадратического суммирования:
формула1
Отсюда видно, что «подавив» погрешность Δ2, мы получим всего лишь десятипроцентный выигрыш в значении суммарной погрешности измерений. Поэтому, в данном случае, рассматривая метод повышения точности измерений, следует стремиться к «подавлению» именно погрешности Δ1.

Сегодня метрологи сходятся на том, что в большинстве практических ситуаций не удается оценить характеристики погрешности измерений с относительной погрешностью меньшей, чем на 20-25 %. Из этого, в частности, следует, что более или менее спокойно решаться проводить мероприятия, направленные на повышение точности измерений, можно лишь в тех случаях, когда, согласно оценкам, будет обеспечен выигрыш в точности, по крайней мере, в полтора-два раза.

Рассмотрим конкретные методы повышения точности измерений, которые используются в случаях доминирования:

  1. случайной составляющей погрешности измерений;
  2. систематической составляющей погреш­ности измерений.

При доминировании случайной составляющей погрешности измерений наиболее эффективным методом ее уменьшения является выполнение многократных наблюдений с последующим усреднением их результатов. Более подробно этот метод описан в РМГ 64, поэтому я лишь напомню его суть.

Известно, что случайная составляющая погрешности измерений среднего значения меньше случайной составляющей погрешности измерений текущих значений. Для повышения точности измерений текущих значений необходимо, чтобы усреднение не приводило к существенному сглаживанию информации о процессе изменения измеряемой величины. Снижение случайной составляющей погрешности измерении путем усреднения результатов измерений текущих значений может быть достигнуто при выполнении формального условия
формула2(1)
где Tзх - интервал времени затухания корреляционной функции измеряемой величины; Tзп - интервал времени затухания корреляционной функции случайной составляющей погрешности измерений; Т - интервал времени между измерениями текущих значений; п - число усредняемых результатов измерений текущих значений в течение интервала усреднения.

последовательность операций

В этом случае среднее квадратическое отклонение (далее - СКО) случайной составляющей погрешности измерений средних значений σср при числе измерений текущих значений n за интервал времени усреднения nT определяют по формуле
формула3
где σT - СКО случайной составляющей погрешности измерений текущих значений.

Если случайная составляющая погрешности измерений доминирует, то при вышеуказанном условии коэффициент снижения погрешности измерений приближенно составляет  кк

Теперь поговорим о методах повышения точности измерений, которые используются в случаях, когда преобладают систематические составляющие погрешности измерений. Систематические погрешности возникают на различных этапах проведения измерений. На них же они и исключаются (см. рис. 1).

Остановимся на каждом из этих этапов более подробно.
При подготовке к измерениям, то есть на 1-м их этапе, проводят так называемую профилактику или устранение источников погрешностей. Под устранением источника погрешностей следует понимать как непосредственное его удаление (например, удаление источника тепла), так и защиту измерительной аппаратуры и объекта измерений от воздействия этого источника.

Внешние факторы, влияющие на погрешность измерений, можно разделить на виды:

  1. климатические (температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, атмосферное давление);
  2. электрические и магнитные (колебания силы электрического тока, напряжения в электрической цепи, частоты переменного электрического тока; постоянные и переменные магнитные поля и т.д.);
  3. внешние нагрузки (вибрации, ударные нагрузки, внешние касания деталей приборов);
  4. ионизирующие излучения, газовый состав атмосферы и т.д.

С целью уменьшения погрешности измерений к условиям их проведения предъявляют жесткие требования. Для конкретных областей измерений, например, устанавливают единые условия, называемые нормальными.

В качестве мероприятия, предупреждающего появление температурной погрешности, широко применяют термостатирование, то есть обеспечение определенной температуры окружающей среды с допускаемыми колебаниями. Термостатируют большие помещения (лаборатории), небольшие помещения (камеры), отдельные СИ или их части (меры сопротивления, нормальные элементы, свободные концы термопар, кварцевые стабилизаторы частоты и т.п.).

При больших рабочих объемах осуществляется воздушное термостатирование, при малых объемах - не только воздушное, но и жидкостное, окружая прибор, меру или измеряемый объект водой, маслом или другой жидкостью, которые смягчают колебания температуры и облегчают поддержание ее на постоянном уровне.

В зависимости от требований, предъявляемых к температурному режиму, применяют различные способы термостатирования.

В первую очередь следует назвать естественное термостатирование, т.е. сохранение существующей в помещении температуры неизменной путем его теплоизоляции. Примером такого термостатирования могут служить некоторые помещения ВНИИМ им. Д.И. Менделеева в С-Петербурге, благодаря специальному устройству здания в его центральных помещениях сохраняется постоянная температура.

В настоящее время термостатирование во многих случаях заменяют кондиционированием воздуха. При кондиционировании обеспечивается поддержание на требуемом уровне не только температуры, но других параметров окружающего воздуха и, в первую очередь, влажности.

Термостатирование, а также кондиционирование воздуха являются хорошей защитой и от направленного действия тепла. Однако, неудачное расположение подогревателей в термостате или в термостатированной комнате, а также отсутствие устройств (мешалок и т.п.), обеспечивающих равномерное распределение тепла по всему объему, может само по себе стать источником погрешностей.

Влияние такого фактора, как изменение атмосферного давления, устранить непросто. В тех случаях, когда соблюдение определенных требований является обязательным, применяют барокамеры с регулируемым давлением. Обычно в этих камерах можно одновременно регулировать влажность и температуру.

Так как напряженность магнитного поля Земли невелика, то опасность заметного его воздействия возникает только для СИ, отличающихся повышенной чувствительностью. Средством защиты от влияния магнитного поля Земли и от магнитных полей, образованных постоянными и переменными токами, является экранирование. Экранирование СИ предусматривается, как правило, при их конструировании.
Влияния возмущающих вибраций и сотрясений устраняют амортизацией прибора, его чувствительных блоков и деталей. Для амортизации колебаний в зависимости от их частоты и чувствительности прибора к этим возмущениям используют различного рода поглотители - губчатую резину, эластичные подвесы; обеспечивают развязку по фундаменту еще на стадии строительства лабораторных корпусов, используют стабилизирующие платформы и т.п.

Кроме рассмотренных выше источников погрешностей, есть еще один влияющий фактор, который необходимо учитывать и устранять еще до начала измерений. Таким фактором может служить техническая или метрологическая неисправность самого средства измерений (СИ). В этом случае погрешность может быть уменьшена путем ремонта, регулировки, настройки прибора и его последующей поверки или калибровки. Отсюда вытекает очень важное правило - проводить измерения можно только СИ, прошедшими поверку или калибровку. Мероприятие, которое способствует выявлению, исключению или снижению метрологических отказов в СИ, называется внедрение способов контроля работоспособного состояния СИ в процессе их эксплуатации.

инструментальная погрешность

Страница 1 из 3 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » О метрологии » Полякова О.В., Методы и способы повышения точности измерений*. Часть 2.