1. Понятия и функции метрологии. Классификация видов измерений

по характеру поведения измеряемой величины в процессе измерений:
статические - возникают при измерении установившегося значения измеряемой величины
динамические - возникают при динамических измерениях. Причина - несоответствия временных характеристик прибора и скорости изменения измеряемой величины.
по условиям эксплуатации средства измерения:
основная погрешность - имеет место при нормальных условиях эксплуатации, оговоренных в паспорте или технических условиях средств измерения
дополнительная погрешность - возникает из-за выхода какой-либо из влияющих величин за пределы нормальной области значений.
2.3 Методы уменьшения систематических погрешностей в процессе измерений
Так как случайные и систематические погрешности при повторных измерениях ведут себя различно, отличаются и методы их уменьшения.
Общим методом уменьшения погрешностей является конструктивно- технологический метод, основанный на выявлении и устранении причин и источников возникновения погрешностей. Примерами использования такого метода являются: термостатирование прибора (для исключения температурной погрешности), применение экранов и фильтров (для уменьшения погрешностей от влияния электромагнитных полей, наводок и др.), применение искусственного старения (для уменьшения прогрессирующей погрешности от старения элементов), рациональное расположение средств измерений по отношению друг к другу, к источнику влияющих воздействий и к объекту исследования (например, магнитоэлектрические приборы должны быть удалены друг от друга) и др. Во многих случаях использование данного метода для достижения требуемой точности измерения встречает большие затруднения и может привести к резкому возрастанию стоимости средств измерений.
Более широкое применение получили методы уменьшения погрешности измерений, основанные на введении структурной и (или) временной избыточности, т. е. на введении дополнительных средств измерений (измерительных преобразователей, приборов и др.) и (или) выполнении дополнительных измерений, результаты которых обрабатываются по определенному алгоритму [2].
Рассмотрим методы, применяющиеся для уменьшения случайных и систематических погрешностей.
Эффективным способом уменьшения действия помех, а следовательно, и случайной погрешности является фильтрация [6]. Целью фильтрации является получение оптимальной оценки измеряемой величины. Погрешность оценки представляет функцию времени. В качестве критерия оптимальной оценки используют некоторый функционал от погрешности оценки на временном интервале наблюдения (например, средний квадрат погрешности). Для реализации оптимальной фильтрации необходима априорная информация о характеристиках измеряемой величины и помехи (случайной погрешности) [2]. Различают линейную и нелинейную фильтрацию. Следует отметить, что в средствах измерения линейная фильтрация реализуется более просто, чем нелинейная и применяется чаще. При правильном выборе фильтра погрешность от действия помех (случайная погрешность) становится минимальной.
Для уменьшения постоянной систематической погрешности наибольшее распространение получили следующие методы: введение поправок, метод замещения, метод компенсации погрешности по знаку.
Введение поправок является широко используемым методом исключения систематических погрешностей. Поправкой называют величину, которую надо прибавить к результату измерения с целью исключения систематической погрешности.
Поправки могут быть определены различными способами: расчетным путем (например, поправки на погрешность от собственного потребления мощности средством измерения); по результатам поверки средств измерений в рабочих условиях, что дает возможность учесть все систематические погрешности без выяснения причин их возникновения.
Метод замещения (метод разновременного сравнения) является одним из наиболее распространенных методов устранения большинства систематических погрешностей и заключается в том, что воздействие на измерительный прибор измеряемой величины заменяется эквивалентным, известным воздействием на прибор регулируемой меры. Измерение осуществляется в два этапа. При сохранении условий эксперимента неизменными за результат измерения принимается значение известной величины, определяемое по указателю переменной меры. Погрешность измерения при этом будет определяться погрешностью меры и случайной погрешностью измерительного прибора, умноженной на Ц2. Метод замещения широко используется для повышения точности измерения величин, для которых существуют точные регулируемые меры (например, при измерении сопротивлений, емкостей и др.) [4].
Метод компенсации погрешности по знаку применяется для исключения известных по природе, но неизвестных по значению погрешностей, источники которых имеют направленное действие (погрешности от влияния магнитных полей, термоЭДС и др.). Для устранения таких погрешностей измерения проводят дважды (или четное число раз) так, чтобы систематическая погрешность входила в результаты измерений с противоположными знаками. Среднее значение из двух полученных результатов является окончательным результатом измерения [4].
Переменные систематические погрешности зависят от изменяющихся внешних воздействий, значения которых обычно неизвестны и для их уменьшения используются методы, основанные на использовании структурной и временной избыточности.
Метод образцовых сигналов заключается в том, что в процессе цикла измерений на вход средства измерений периодически вместо измеряемой величины Х подаются образцовые сигналы (меры) Х01, Х02, ..., Х0n (рис. 3.2). Процесс измерения состоит из n + 1 тактов. Сначала измеряют величину Х. В последующих тактах производится измерение поочередно подключаемых через коммутатор (К) к средству измерения (СИ) образцовых мер.
Результаты всех измерений Y0, Y01, Y02, ..., Y0n образуют систему уравнений, из решения которой находится значение измеряемой величины [2].
Метод вспомогательных измерений используется для исключения погрешностей от влияющих величин и неинформативных параметров измеряемого сигнала. Метод вспомогательных измерений применим для снижения влияния тех дестабилизирующих факторов, которые могут быть легко учтены, но при этом необходимо знать зависимость погрешности средства измерения от этих факторов. В качестве объектов вспомогательных измерений могут выступать и неинформативные параметры входного сигнала [2].
Метод симметричных наблюдений применяется для устранения прогрессирующей (мультипликативной) систематической погрешности, изменяющейся по линейному закону во времени. Он заключается в проведении многократных наблюдений через равные промежутки времени с последующим усреднением результатов измерений, симметрично расположенных относительно среднего измерения.
Метод периодических измерений применяется в том случае, если влияющая величина, создающая систематическую погрешность, изменяется по периодическому закону. В этом случае два измерения проводят через половину периода, когда погрешность имеет противоположные знаки, но равные значения. В результате усреднения результатов измерений систематическая погрешность исключается [5].