Методы уменьшения погрешности реферат
Обновлено: 05.07.2024
При выборе прибора для тех или иных целей измерения необходимо внимательно рассмотреть и проанализировать ряд факторов и оптимизировать их по совокупности всех технических данных и характеристик.
Основные факторы, влияющие на выбор измерительного прибора следующие:
1. Возможность измерить исследуемый сигнал.
2. Тип параметра, который надо измерить.
3. Метод измерения (прямой, косвенный, совокупный, совместный и др.).
4. Продолжительность измерений.
5. Удобство прибора для проведения измерения (габаритные размеры, масса).
6. Нужная точность измерений.
7. Стоимость прибора.
8. Допускаемая погрешность измерений.
9. Климатические условия применения прибора.
10. Требования к форме фиксации результатов измерения (аналоговая, цифровая, аналого-цифровая и др.).
11. Предполагаемая форма использования прибора (автономно, в составе автоматизированной системы и др.).
При всяком измерении неизбежны обусловленные разно-образными причинами отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Эти отклонения называют погрешностями измерений.
Погрешности измерений классифицируют по виду (абсолютная, относительная, случайная и др.), причинам возникновения, характеру проявления и др. Разумеется, что в процессе измерений необходимо учитывать все виды возникающих погрешностей и, поняв их причину, стремиться их уменьшить. Остановимся на методах уменьшения (исключения) систематических погрешностей измерения. Измерения проведены правильны, если систематические погрешности в их результатах близки к нулю.
Для определения и исключения систематических погрешностей используют методы: теоретического анализа, замещения, компенсации погрешности по знаку, статистический, различных измерений, образцовых сигналов, метод введения поправок и поправочных множителей.
Если исключить систематические погрешности не удается, то их уменьшают, устраняя причины их возникновения, регулируя средства измерения при поверке и перед началом измерения, применяя специальные методы измерения и др.
В состав современных измерительных приборов включают микропроцессоры, которые позволяют автоматически на-ходить значения систематической погрешности и исключать ее.
Метод теоретического анализа состоит в том, что систематическую погрешность можно рассчитать на основании известных характеристик используемых приборов или особенностей метода измерения, т. е. по формулам. Так, можно определить систематическую погрешность прибора, обусловленную собственным потреблением мощности, если известно его входное сопротивление и т. д.
Метод замещения заключается в том, что измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Например, измеряют ослабления аттенюатора с помощью образцового переменного аттенюатора.
Метод компенсации погрешности по знаку основан на том, что если источник погрешности имеет направленное действие (например, погрешности от влияния постоянных магнитных полей, термо-эдс и др.), то измерения проводят так, чтобы систематическая погрешность входила в результаты измерений дважды, но с противоположными знаками.
Статистический метод состоит в том, что для обработки результаты измерений разбивают на несколько независимых групп наблюдений. Разница между групповыми средними и групповыми дисперсиями (средними в группе) указывают на наличие систематической погрешности и позволяет вычислить ее.
Метод различных измерений позволяет обнаруживать систематические погрешности, источник которых неизвестен. Для этого величину измеряют несколькими различными методами, разными измерительными приборами, при различных условиях. В этом случае необходимо, чтобы используемые для измерений приборы имели примерно равные собственные погрешности.
Метод образцовых сигналов состоит в сравнении подаваемых на вход измерительного устройства сигналов: измеряемого и образцового такого же рода, что и измеряемый. Разность между ними определит систематическую погрешность.
Метод введения поправок и поправочных множителей. Поправкой называют значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению с целью исключения систематической погрешности. Поправка численно равна абсолютной систематической погрешности, но имеет обратный знак. Поправки задаются в виде графиков, таблиц или формул.
Исключить систематическую погрешность измерения можно также путем умножения результатов измерения на поправочный множитель, который из-за малости систематических погрешностей обычно близок по значению к единице. Полагается, что поправки и поправочные множители предварительно определены при поверке средств измерений.
Снизить систематические погрешности можно термостатированием и термоизоляцией отдельных узлов или всего измерительного прибора, проведением измерений в термостатированных помещениях (для исключения температурной погрешности), применением экранов для защиты от влияния электромагнитных полей, использованием стабилизированных источников питания, амортизацией прибора, удалением его от источников возможного воздействия, от объектов измерений.
Уменьшению систематической погрешности прибора способствует регулировка средств измерения при поверке и перед началом измерения. Сюда входят проверка установки указателя прибора в нулевое положение, правильность положения самого прибора, его расположения относительно окружающих объектов и др.
Существенно уменьшает влияние систематической погрешности перевод ее в случайную. Так, если измерить некий параметр приборами несколько раз, а затем вычислить среднее арифметическое всех результатов, то значение погрешности существенно уменьшится.
Систематические погрешности при косвенных измерениях определяются по значениям систематических погрешностей непосредственно измеряемых независимых величин.
С уменьшением погрешности измерений повышается их точность. Точностью измерений называют их качество, отражающее близость полученного значения величины к ее истинному значению. Следует отметить, что для конкретных условий и целей измерения существует обычно некий рациональный уровень точности, который нецелесообразно превышать из-за усложнения процесса измерений и удорожания измерительных
приборов.
На практике для различных целей ежедневно и ежечасно выполняют большое количество измерений физических величин и, в частности, электротехнических. В интересах народного хозяйства страны необходимо, чтобы результаты этих измерений (имеются в виду измерения одинаковых величин), полученные в разное время и в различных местах с помощью измерительных средств, были бы равны или отличались на некоторое заданное значение.
Иными словами, должно существовать единство измерений.
Единство измерений — это состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью. Вопросами теории и практики обеспечения единства и необходимой точности измерений занимается метрология.
Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В методологическую основу метрологии — Государственную систему стандартов, обеспечивающую единство измерений— входит более 100 стандартов, регламентирующих: единицы физических величин; методы и средства передачи размеров единиц физических величин рабочим средствам измерений; номенклатуру и способы выражения погрешностей средств измерений; поверку используемых средств измерений для создания заданного уровня надежности метрологических характеристик; номенклатуру и способы представления результатов измерений.
В заключение отметим, что к систематическим погрешностям относятся: инструментальные, метода измерений, установки прибора, считывания.
Под инструментальной понимается погрешность применяемых средств измерений, вызванная несовершенством их изготовления.
Погрешности метода измерений связаны с ошибочностью или недостаточностью разработки теории метода измерений или с упрощениями, допущенными при проведении измерений.
Погрешность установки прибора может быть вызвана: неправильным выбором места измерения; влиянием неблагоприятных внешних условий (вибрации, температуры, влажности) ; удаленностью объекта измерения от приборов обработки измерительных сигналов; небрежной установкой прибора (например, не по отвесу или уровню).
Погрешности считывания, возникающие при не автоматизированных измерениях, объясняются индивидуальными особенностями наблюдателя.
Измерение интервалов А/, и At2 производится следующим образом. За время Аt по линейному закону через токостабилизирующий элемент заряжается конденсатор, который затем разряжается на несколько порядков медленнее, т. е. время разряда составляет 10″ А/, (рис. 15, г, О). Этот интервал заполняется счетными импульсами от того же генератора и подсчитывается их число от (рис. 15, е, ж; масштаб времени… Читать ещё >
- метрология и измерительная техника: электронные средства измерений электрических величин
Методы уменьшения погрешности дискретности ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Довольно часто в измерительной практике (например, исследование процессов коллапсирования цилиндрических доменов или скоростей смещения доменных границ) возникает необходимость измерения малых временных промежутков с длительностью от единиц до сотен наносекунд, что соответствует частотам генератора счетных импульсов от десятков МГц до 1 ГГц. Для измерения таких промежутков времени с погрешностью не более 1% частоты следования счетных импульсов должны быть на два порядка выше. Такое увеличение частоты генератора счетных импульсов влечет за собой снижение временной стабильности и чрезвычайное удорожание средства измерений. Однако для решения указанной проблемы были предложены и успешно реализованы другие методы уменьшения погрешности дискретности.
Суть интерполяционного метода заключается в измерении не только целых периодов следования счетных импульсов (рис. 15, a-в), но и их дробных частей, заключенных между опорным импульсом и первым счетным импульсом, а также между последним счетным и интервальным импульсами. Тогда измеряемый интервал может быть рассчитан по формуле (4):
Измерение интервалов А/, и At2 производится следующим образом. За время Аt по линейному закону через токостабилизирующий элемент заряжается конденсатор, который затем разряжается на несколько порядков медленнее, т. е. время разряда составляет 10″ А/, (рис. 15, г, О). Этот интервал заполняется счетными импульсами от того же генератора и подсчитывается их число от (рис. 15, е, ж; масштаб времени этих двух графиков отличается от масштаба времени остальных).
Таким образом, интервал At измеряется с абсолютной погрешностью дискретности TJ10″, что равносильно заполнению его счетными импульсами с частотой в 10″ раз выше, чем f .
Фазовый способ повышения точности измерений предполагает трансформацию масштаба времени путем преобразования малого измеряемого интервала в фазовый сдвиг двух высокочастотных напряжений. Опорный импульс возбуждает один высокочастотный генератор, а интервальный импульс — второй генератор, частота колебаний которого мало отличается от частоты первого генератора. Оба напряжения подаются в схему фазового детектора, где выделяется напряжение разностной частоты Af=f2-fy Фактически в фазовом детекторе выполняется 36.
перемножение мгновенных значений гармонических колебаний. Более подробно принцип действия фазового детектора будет описан ниже.
Рис. 15. Принцип уменьшения погрешности дискретности интервалов времени интерполяционным методом.
Интервал времени At, разделяющий опорный импульс и момент первого изменения знака выходного напряжения, связан с измеряемым интервалом At линейно:
Таким образом достигается трансформация масштаба времени (A^"A/), позволяющая существенно уменьшить погрешность дискретности при относительно невысокой частоте генератора счетных импульсов.
Основная цель любого производства-это повышение качества продукции, которую они производят. В данной курсовой работе рассмотрим основные методы уменьшения систематических погрешностей, которые способствуют повышению качества: 3
Устранение источников погрешностей до начала измерений (профилактика погрешностей) 5
Исключение в измерения 7
Библиографический список 14
Аннотация
Луканин Егор Андреевич
Методы уменьшения систематических погрешностей
Введение
Устранение источников погрешностей до начала измерений (профилактика погрешностей)
Исключение погрешностей в процессе измерения.
Внесение известных поправок в результат измерения.
Устранение источников погрешностей до начала измерений (профилактика погрешностей)
Способ устранения предполагаемых погрешностей до начала измерений является наиболее рациональным, так как полностью или частично освобождает от необходимости устранять погрешности в процессе измерения или вычислять результат с учетом поправок.
Перед измерением объект измерения должен быть изучен для корректного выбора его модели и средств измерений, проанализированы возможные источники систематических погрешностей для снижения влияния дополнительных погрешностей на результат измерения, приняты возможные меры для устранения влияния источников погрешностей.
Под устранением источника погрешности понимается защита измерительной аппаратуры и объекта измерения от влияния источника погрешности либо удаление этого источника.
Удалить источники значительных инструментальных погрешностей возможно при ремонте и регулировке, необходимость проведения которых выявляется при очередных и внеочередных поверках средств измерений.
Систематические погрешности от неправильной установки могут быть значительно снижены при подготовке места установки средства измерения.
Для температурной используются , т.е. стабильной (в ) температуры , кондиционирование и т.д.
Для от влияния и полей из магнитомягких или с высокой . Для влияния полей средства .
погрешностей от и вибраций приборов на , а также поглотителей - и пружинных , резины и т.п.
погрешностей от и влажности можно, различных .
принять для влияния на измеряемый , в которого изменения цепи при в нее измерения. Для различного .
Исключение в измерения
в процессе - исключение . При не применяются установки и . Как , это методы и , позволяющие или снизить измерений. , что исключению в измерений , в , инструментальные , установки и , влиянием .
Используются , компенсации по , противопоставления, . Характерным методов проведения , поэтому они , в , при определении либо , по известным .
замещения метода с . Суть состоит в величины , с большой . последняя в тех же условиях, что и величина. в замены не режимов , то вывод, что равна . Это позволяет погрешность , ошибки и т.д.
Пример – резистора с его сопротивлений и магазина , чтобы ток и магазин равны.
Так, .1. измерения в первом . В этом ток I1 через Rx, затем в положение 2 и Ro подбирается , чтобы ток в
сопротивления положении был I1. Если I1 = I2, , и Rx = Ro. результат точностью, к магазина , так как измерения не влияет на измерения. К можно то, что он использования .
Метод по знаку с двумя , так, чтобы погрешность, по , но неизвестная по , в результат из них с знаками. при вычислении значения . Метод лишь в , источники направленное . этим , влияние на погрешностей, постоянных , термо-ЭДС, характера - в ферромагнитных , гистерезисом в и т.д.
Пример – ЭДС постоянного . проводится для влияния ЭДС. При наблюдении ЭДС и измеряют Е1. изменяют тока в , уравновешивают ЭДС и значение Е2. содержат Dс, входящую в с знаками: Е1 = Е + Dс, Е2 = Е - Dс. величины Е по
Метод - , при котором с двумя , так, чтобы погрешности , но известные по на результаты . противопоставления разновидностью погрешности по .
– способ . Сначала , установленный на из чаш , уравновешивают с р1, установленной на :
где l1, l2 - длина весов; х1 - .
Затем на ту чашу, где , а гири - на ту , где измеряемая , и уравновешивают :
отношение l1/l2 не единице, то х1 ¹ х2, т.е. наблюдаться при .
Исключив из этих отношение l1/l2, тела:
– с моста измеряется Rx с известным R1, в плечо , и R3, R4, включенными в
Затем сопротивления Rx, R1 и , мост R1, измерение.
Перемножив эти , уточненное :
R1 незначительно от R1', то
Метод , в основном, для при сравнении с мерой значения.
наблюдений суть которого состоит в анализе трех сопряженных результатов из серии многократных измерений. В предположении одинакового изменения аргумента, вызывающего монотонно изменяющуюся систематическую погрешность, результат измерения под номером N = i – 1 будет на столько же меньше результата с номером i, на сколько этот результат будет меньше "симметрично расположенного" относительно него следующего результата с номером i + 1. Очевидно, такой метод может быть эффективным только в том случае, когда соблюдаются приведенные допущения, а случайные составляющие погрешности результатов будут значительно меньше их систематического изменения. Фактически метод симметричных наблюдений представляет собой анализ усеченной до трех результатов точечной диаграммы с присущими такому сокращению недостатками.
Хорошие использование , состоящего в погрешностей в . Для необходимо так, чтобы были и на случайные.
– наблюдений с не , а множества , с привлечением , различных измерений и т.д.
поправок в
Внесение в результат - погрешностей .
по величине погрешности и ей по . Величину определить, в , метод , показания с показаниями либо со в условиях, проведения .
систематические быть , известны и использованных и измерений. В , от влияния быть на известных параметров .
Переменная в инженерных быть методом. Для на ось наносятся с , выражающими наблюдений, а на ось – времени их . точки кривой, изменения . Далее полученных . эффективным метод при погрешности от . Так, априорно , что при постоянной Х0 погрешность во времени, т.е. х = Х0 + kt, где k – постоянный , то для ее достаточно два х1 и х2 в моменты t1 и t2 Коэффициент k по
Зная k для времени ti, систематическую и ее в виде к измерения.
Для во времени могут и статистические , в , способ . В этом необходимо результатов по
затем, с вычислением суммы квадратов последовательных разностей результатов наблюдений, по формуле
.
Идея способа состоит в том, что если переменная систематическая погрешность присутствует в результатах наблюдений, то s2 будет завышена. В то же время систематическая погрешность существенно меньше скажется на значениях последовательной разности (xi+1 –xi).
Рассчитав отношение дисперсий результатов наблюдений
и сравнив полученный результат с критерием Аббе , можно сделать вывод о том, присутствует периодическая систематическая погрешность в результатах или нет. Если рассчитанное значение n меньше критерия Аббе nq, при заданном уровне значимостиqи числе наблюденийn(n
3. Аналитическое представление и оценка случайных погрешностей.
4. Нормальный (Гаусса) закон распределения погрешностей.
5. Основные обозначения.
Какими бы точными и совершенными ни были средства и методы измерения и как бы тщательно ни выполнялись сами измерения, их результат всегда отличается от истинного значения измеряемой физической величины, т.е. находится с некоторой погрешностью.
Источниками погрешности являются:
1) несовершенство применяемых методов и средств измерений;
2) непостоянство влияющих на результат измерения физических величин;
3) индивидуальные особенности экспериментатора;
4) внешние и внутренние помехи, климатические условия;
5) порог чувствительности измерительного прибора.
Говоря о погрешностях измерения, отметим, что уровень точности, к которому необходимо стремиться, должен определяться критериями технической и экономической целесообразности. В метрологии установлено, что увеличение точности измерения вдвое удорожает само измерение в два-три раза. В то же время снижение точности измерения в производстве ниже определенной нормы приводит к появлению брака изделий. При установлении точности измерений важно также учитывать их значимость. От точности измерения может зависеть как здоровье и жизнь людей, так и научное открытие.
Измерение можно считать законченным, если полностью определено не только значение измеряемой физической величины, но и возможная степень его отклонения от истинного значения.
С методами уменьшения систематических погрешностей, а так же об аналитическом представлении и оценки случайных погрешностей, Мы и познакомимся в данном отчёте.
Методы уменьшения систематических погрешностей
Рассмотрим наиболее известные общие методы устранения (существенного уменьшения) систематических погрешностей, к которым относятся метод замещения, метод компенсации по знаку, метод рандомизации и др.
Метод замещения состоит в такой замене измеряемой величины известной величиной А (мерой), получаемой с помощью регулируемой меры, чтобы показание измерительного прибора сохранилось неизменным. Значение измеряемой величины считывается в этом случае по указателю меры.
При данном методе уменьшения систематических погрешностей погрешность недостаточно точного измерительного прибора устраняется, а погрешность измерения определяется только погрешностью самой меры и погрешностью отсчета измеряемой величины по указателю меры. Пусть, например, измерялось сопротивление резистора омметром малой точности. Результат измерения равен , где х и — соответственно показание омметра и систематическая погрешность измерения. Заменив магазином сопротивлений и отрегулировав его так, чтобы сохранилось показание омметра, получим . Из приведенных двух выражений для х следует, что .
Читайте также: