Факторы, влияющие на точность измерений

Точность измерений не может быть выше точности воспроизведения единицы государственным первичным или специальным эталоном (по определению). Никакое техническое устройство не может рассматриваться в качестве измерительного прибора, если ему установленным порядком не передана информация о размере единицы. А передача этой информации от государственного эталона всегда сопровождается потерей точности.

Однако, кроме этого, точность измерений зависит от множества других факторов, связанных с измерительным процессом. Рассмотрение этих факторов следует начать с рассмотрения самого понятия «измерительный процесс», под которым понимают весь объем информации, оборудования и операций, относящихся к данному измерению (МОЗМ, МД № 16).

При этом под понятием – «элемент измерительного процесса» понимают любой отдельный фактор, способный повлиять на результат измерений. Такими факторами являются:

- объект измерения;

- субъект измерения (оператор);

- метод (способ) измерения;

- средство измерений;

- условия измерений.

Объект измерения должен быть достаточно изучен и сформирована его модель, степень детализации которой (глубина изучения объекта измерения) должна быть адекватна цели измерения.

Например, при наличии задания - «измерить диаметр вала», можно предположить (составить модель объекта), что сечением вала является круг и провести только одно измерение диаметра, а можно измерить эллиптичность сечения вала. Или, при измерениях площади сельхозугодий обычно пренебрегают кривизной поверхности Земли, чего нельзя делать при определении площади поверхности океанов.

Оператор вносит в измерительный процесс элемент субъективизма, который, по возможности, должен быть уменьшен. Субъективизм оператора зависит от его квалификации, психофизиологического состояния, комфортности (санитарно-гигиенических) условий труда и многого другого. Оператор может оказывать существенное влияние на точность измерений.

Большое значение имеют используемые методы и способы измерений. Очень часто измерения одной и той же величины различными способами и с помощью различных средств измерений дают совершенно различные результаты. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и свои недостатки и выбор наиболее оптимального (для данной измерительной задачи) является искусством экспериментатора. В таких случаях не может быть готовых решений и рекомендаций.

Практикой измерений накоплен значительный арсенал приемов, позволяющих существенно уменьшить отдельные составляющие погрешности измерений. Целесообразность применения тех или иных приемов определяется по результатам анализа источников возникновения погрешностей и их возможного влияния на конечный результат измерения для каждой конкретной измерительной задачи.

Необходимо отметить и несовершенство самой измерительной процедуры -неточность установки прибора и снятия показаний, конечное время выполнения измерения, в течение которого происходит изменение внешних условий и ряда влияющих факторов, зависимость качества измерения от квалификации оператора и многое другое. Это также влияет на потенциальную точность измерений.

Средства измерений должны выбираться в соответствии с назначением (целью) измерительного процесса и условиями его проведения. Любые средства измерений имеют ограниченную точность, обусловленную наличием проектных, конструктивных и технологических дефектов конструкции прибора, неточности его настройки и регулировки, неточности поддержания режимов работы и т.д., а также вследствие нестабильности параметров элементов и материалов из-за старения, износа и другими причинами.

Кроме того, невозможно создать измерительный прибор, метрологические характеристики которого абсолютно точно соответствовали бы проектным, а определение их экспериментальным путем, в свою очередь, имеет ограниченную точность.

Необходимо также помнить, что в процессе измерения объект и средство измерений вступают во взаимодействие. В процессе этого взаимодействия средство измерений оказывает влияние на объект, проявляющийся в изменении измеряемой величины. Например, подключение амперметра или вольтметра для измерений характеристик электрических сигналов меняет параметры самой контролируемой электрической цепи и, соответственно, вносит погрешность в результат измерений.

В итоге результат измерения оказывается искаженным по сравнению с тем, каким он должен был бы быть, если бы средство измерений не влияло на объект. Как бы ни учитывалось это обстоятельство (а во многих случаях им просто пренебрегают), оно снижает точность результата измерения.

Таким образом, несовершенство средств измерений, некоторая неопределенность их реальных метрологических характеристик и взаимодействие средства измерения с объектом измерения вносят свой вклад в ограничение точности результатов измерений.

Условия проведения измерений, влияющие на точность измерений, включают в себя внешние и внутренние влияющие факторы. Под внутренними понимаются факторы, действующие внутри самого средства измерения. К ним относятся взаимные и паразитные электромагнитные влияния элементов и их соединений друг на друга, тепловыделение, трение, акустическая эмиссия и т.д.

Внешние влияющие факторы включают в себя изменение параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления), напряжения в сети питания, наводки от расположенных поблизости электрических, магнитных, электромагнитных гравитационных полей, ускорений и т.п. Исключение, компенсация и учет влияющих факторов в рабочих условиях измерений с помощью функций влияния являются не только наукой, но и искусством.

Условия проведения измерений влияют на все остальные элементы измерительного процесса - на объект измерений, способ и средства измерений, самого оператора. Например, температура окружающей среды может изменить геометрические размеры измеряемой детали или плотность контролируемой жидкости, т. е. изменить саму измеряемую величину. С другой стороны, изменение температуры окружающей среды изменяет характеристики средств измерений (влияет на инструментальную составляющую погрешности измерений) и влияет на физиологические свойства оператора, т.е. на субъективную погрешность измерений.

Все вышеперечисленные факторы, влияющие на точность измерений, учитываются при разработке, стандартизации и аттестации методик выполнения измерений.