Методы устранения систематических погрешностей

Существуют специальные методы организации измерений, устраняющие систематические погрешности. К ним относятся, например, метод замещения и метод компенсации по знаку.

Метод замещения заключается в том, что измеряемая величина замещается одноименной величиной, получаемой при помощи регулируемой меры. Если такое замещение производится без каких-либо других изменений в экспериментальной установке и после замещения установлены те же показания приборов, то значение измеряемой величины равняется значению, которое отсчитывается по указателю регулируемой меры. Например, требуется найти значение сопротивления резистора, входящего в состав электрической цепи. При прохождении тока сопротивление резистора из-за нагревания может изменяться. В принципе его можно определить методом амперметра и вольтметра. Однако при этом систематические погрешности приборов существенно скажутся на погрешности измерения. Предположим, что значение тока, протекающего через резистор, измеряется амперметром, возможно имеющим постоянную систематическую погрешность. Пусть показание амперметра равно I₀. Произведем замещение резистора регулируемой мерой сопротивления - магазином сопротивления и при помощи последнего добьемся того, чтобы стрелка амперметра опять установилась на отметке I_0.. Теперь по указателю магазина сопротивления можно отсчитать значение, равное значению измеряемого сопротивления резистора в условиях прохождения через него рабочего тока. При этом надобность в вольтметре отпадет, а имеет или нет амперметр систематическую погрешность, оказывается совершенно неважно. Рассмотренный прием позволяет исключить постоянные систематические погрешности. Погрешность измерения при использовании метода замещения определяется погрешностью меры и погрешностью, возникающей при отсчете значения величины, замещающей неизвестную.

Метод компенсации по знаку применяется для исключения систематических погрешностей, которые в зависимости от условий измерения могут входить в результат измерения с тем или иным знаком (погрешность от термо-ЭДС, от влияния напряженности постоянного электрического или магнитного поля и др.). В этом случае нужно провести измерения дважды: так, чтобы погрешность в результаты измерений входила один раз с одним знаком, а в другой раз - с обратным. Среднее значение из двух полученных результатов является окончательным результатом измерения, свободным от указанных выше систематических погрешностей.

Имеются и другие методы, которые при определенных условиях позволяют исключить систематическую погрешность. Поскольку они используются достаточно редко, ограничимся лишь перечислением этих методов:

- метод противопоставления,

- метод симметричных наблюдений,

- метод периодических наблюдений.

При проведении автоматических измерений широко используются схемные методы коррекции систематических погрешностей. Компенсационное включение преобразователей, различные цепи температурной и частотной коррекции являются примерами их реализации. В дальнейшем эти методы будут рассмотрены более подробно.

Новые возможности появились в результате внедрения в измерительную технику средств, содержащих микропроцессорные и компьютерные системы. С их помощью удается производить исключение или коррекцию многих видов систематических погрешностей. Особенно это относится к инструментальным погрешностям. Автоматическое введение поправок, устраняющих неточности градуировки, расчет и исключение дополнительных и динамических погрешностей, исключение погрешностей, обусловленных смещением нуля - эти и другие корректировки позволяют существенно повысить точность измерений.

Следует, однако, снова заметить, что какая-то часть систематической погрешности, несмотря на все усилия, остается не исключенной. Эта часть входит в результат измерения и искажает его. Она может быть оценена исходя из сведений о метрологических характеристиках использованных технических средств. Если таких сведений недостаточно, то может быть полезным сравнение измеренных значений с аналогичными результатами, полученными в других лабораториях другими лицами.