Погрешность при измерениях

ВВЕДЕНИЕ

Начиная с производства строительных материалов и кончая возведением зданий и сооружений, в строительстве используются измерения различных видов.

Процесс измерения неизбежно сопровождается ошибками, которые вызываются несовершенством

измерительных средств, нестабильностью условий проведения измерений, несовершенством самого метода и методики измерений и многими другими факторами.[1]

Для измерения основных физических величин используют стандартные измерительные средства с известными метрологическими характеристиками и отработанной методикой поверочных работ. Применяемые измерительные средства имеют некоторый запас по точности, т. е. погрешность измерения в 5…10, а иногда в 20…30 раз меньше, чем заданный допуск на измеряемый параметр.[2]

Цель моего исследования – определить и рассмотреть влияние погрешностей в измерениях в строительном производстве.

Основная задача исследования – выявление причин возникновения погрешностей и уменьшение размеров погрешностей в строительстве.

Объект исследования – погрешности.

Предметом исследования являются:

- погрешности, зависящие от средства измерения;

- погрешности, зависящие от установочных мер;

- погрешности, зависящие от измерительного усилия;

- погрешности, происходящие от температурных деформаций;

- погрешности, зависящие от оператора;

- погрешности, при отклонениях от правильной геометрической формы;

- дополнительные погрешности при измерении внутренних размеров

Методика работы – реферативное исследование. Структура предопределена принятыми задачами. Исследование состоит из введения, основной части, заключения, списка использованных источников и литературы. Для исследования была использована информация из учебников, журналов, нормативных источников.

1. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность.

Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в количественном и качественном отношениях соответствующее свойство объекта.

Результат любого измерения отличается от истинного значения физической величины на некоторое значение, зависящее от точности средств и методов измерения, квалификации оператора, условий, в которых проводилось измерение, и т. д.

Отклонение результата измерения от истинного значения физической величины называется Погрешностью измерения. Поскольку определить истинное значение физической величины в принципе невозможно, т. к. это потребовало бы применения идеально точного средства измерений, то на практике вместо понятия истинного значения физической величины применяют понятие Действительного значения измеряемой величины, которое настолько точно приближается к истинному значению, что может быть использовано вместо него. Это может быть, например, результат измерения физической величины образцовым средством измерения.

Степень приближения результата измерения к истинному значению определяется размером погрешности (разностью между полученным при измерении и истинным значениями величины), т. е. качество измерений характеризуется их погрешностями.[2]

Так как истинное значение измеряемой величины остаётся неизвестным, неизвестны также и погрешности измерения. Поэтому для определения размеров погрешностей используют условно-истинное значение физической величины, полученное, как правило, в результате более точных измерений или другими методами. Единицы физических величин воспроизводятся с высокой точностью с помощью государственных первичных эталонов и передаются «вниз» эталонным средствам измерений, а от них – рабочим средствам измерений с некоторой потерей точности на каждой ступени передачи (при каждой поверке). При этом значение величины, воспроизводимой эталонным средством измерения при поверке, всегда принимается в качестве условно-истинного значения величины и по нему оценивается погрешность поверяемого средства измерений.[2]

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ

В первую очередь погрешность измерений следует разделить на погрешность средств измерений и погрешность результатов измерений.

Погрешности средств измерений - отклонения метрологических свойств или параметров средств измерений от номинальных, влияющие на погрешности результатов измерений (создающие так называемые инструментальные ошибки измерений).

Погрешность результата измерения - отклонение результата измерения image002 от действительного (истинного) значения измеряемой величины image004, определяемая по формуле image006 - погрешность измерения.

В свою очередь погрешности средств измерений можно разделить на инструментальную и методическую погрешности.

Методическая погрешность обусловлена несовершенством метода измерений или упрощениями, допущенными при измерениях. Так, она возникает из-за использования приближенных формул при расчете результата или неправильной методики измерений. Выбор ошибочной методики возможен из-за несоответствия (неадекватности) измеряемой физической величины и ее модели.

Причиной методической погрешности может быть не учитываемое взаимное влияние объекта измерений и измерительных приборов или недостаточная точность такого учета. Механизм взаимного влияния может быть изучен, а погрешности рассчитаны и учтены.

Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством применяемых средств измерений. Причинами ее возникновения являются неточности, допущенные при изготовлении и регулировке приборов, изменение параметров элементов конструкции и схемы вследствие старения. В высокочувствительных приборах могут сильно проявляться их внутренние шумы.

Статическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения, то есть при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей.

Динамическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения. Динамическая погрешность появляется при измерении переменных величин и обусловлена инерционными свойствами средств измерений.

Статические и динамические погрешности относятся к погрешностям результата измерений. В большей части приборов статическая и динамическая погрешности оказываются связаны между собой, поскольку соотношение между этими видами погрешностей зависит от характеристик прибора и характерного времени изменения величины.

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Систематические погрешности являются в общем случае функцией измеряемой величины, влияющих величин (температуры, влажности, напряжения питания и пр.) и времени. В функции измеряемой величины систематические погрешности входят при поверке и аттестации образцовых приборов.

Случайными называют составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности определяются совместным действием ряда причин: внутренними шумами элементов электронных схем, наводками на входные цепи средств измерений, пульсацией постоянного питающего напряжения, дискретностью счета. Во многих случаях влияние случайных погрешностей можно уменьшить путем выполнения многократных измерений с последующей статистической обработкой полученных результатов.

Погрешность градуировки средства измерений - погрешность действительного значения величины, приписанного той или иной отметке шкалы средства измерений в результате градуировки.

Погрешностью адекватности модели называют погрешность при выборе функциональной зависимости. Характерным примером может служить построение линейной зависимости по данным, которые лучше описываются степенным рядом с малыми нелинейными членами.

Под абсолютной погрешностью понимается алгебраическая разность между номинальным и действительным значениями измеряемой величины. image010 - абсолютные погрешности.

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует Относительная погрешность, т. е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины image012 - относительные погрешности.

Если диапазон измерения прибора охватывает и нулевое значение измеряемой величины, то относительная погрешность обращается в бесконечность в соответствующей ему точке шкалы. В этом случае пользуются понятием Приведенной погрешности, равной отношению абсолютной погрешности измерительного прибора к некоторому нормирующему значению. В качестве нормирующего значения принимается значение, характерное для данного вида измерительного прибора. Это может быть, например, диапазон измерений, верхний предел измерений, длина шкалы и т. д. image014 - приведенные погрешности, где image016 и image018 - диапазон изменения величин. Выбор image016 и image018 в каждом конкретном случае разный из-за нижнего предела (чувствительности) прибора. Класс точности прибора — предел (нижний) приведенной погрешности.

Аддитивной погрешностью называется погрешность, постоянная в каждой точке шкалы.

Мультипликативной погрешностью называется погрешность, линейно возрастающая или убывающая с ростом измеряемой величины.

3. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ

Таким образом, имеется ряд слагаемых погрешностей, которые являются доминирующими в общей погрешности измерения. По причинам возникновения их можно классифицировать следующим образом [3]:

- погрешности, зависящие от средства измерения. Нормируемую допустимую погрешность средства измерения рассматривают как погрешность при одном из возможных вариантов использования этого средства измерения.

- погрешности, зависящие от установочных мер. Установочные меры могут быть универсальными (концевые меры) и специальными (изготовленные по виду измеряемой детали). Если установочная мера будет максимально подобна измеряемой детали по конструкции, массе, материалу, его физическим свойствам, способу базирования и т. д., погрешность измерения будет меньше. Погрешности от концевых мер длины возникают из-за погрешности изготовления (классы) или погрешности аттестации (разряды), а также из-за погрешности их притирки.

- погрешности, зависящие от измерительного усилия. Выделяют упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью при оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения.

- погрешности, происходящие от температурных деформаций. Погрешности возникают из-за разности температур объекта измерения и измерительного средства. Рассматривают два основных источника, обуславливающих погрешность от температурных деформаций: отклонение температуры воздуха от 20°С и кратковременные колебания воздуха в процессе измерения.

- погрешности, зависящие от оператора (субъективные погрешности):

1. погрешность отсчитывания (особенно важна, когда обеспечивается погрешность измерения, не превышающая цену деления);

2. погрешность присутствия (проявляется в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды, а тем самым на измерительное средство);

3. погрешность действия (вносится оператором при настройке прибора);

4. профессиональные погрешности (связаны с квалификацией оператора, с отношением его к процессу измерения).

- погрешности, при отклонениях от правильной геометрической формы;

- дополнительные погрешности при измерении внутренних размеров.

4. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

При определении специальных свойств различных строительных материалов стандартные измерительные средства применяются в качестве вспомогательных в комплекте со специальными измерительными приборами, разработанными только для данного испытания. Точность определения заданного параметра при этом зависит, как правило, от ряда специальных операций, выполняемых при испытаниях. [2] Например, можно рассмотреть влияние погрешностей на точность измерения горизонтальных углов. Выделяют следующие основные погрешности:

1. центрирования (установка оси вращения теодолита над вершиной измеряемого угла, максимальное значение которой равняется Δс. p/d),

2. редуцирования (внецентренное положение визирной цели, вычисляемой по формуле аналогичной погрешности центрирования),

3. визирования (зависит от увеличения зрительной трубы и составляет величину 60"/v),

4. отсчетов на лимбе, принимаемой равной половине точности отсчетного устройства, т. е. mo= t/2.

При соблюдении методики угловых измерений техническими теодолитами влияние погрешностей за центрирование и редуцирование можно свести к пренебрегаемо малым величинам. Тогда, главное влияние на точность измерения оказывают погрешности отсчетов по лимбу. Учитывая это, определим среднюю квадратичную погрешность измерения угла. При измерении угла после наведения на точки делаются отсчеты по лимбу со средней квадратичной погрешностью mo = t/2. Эту погрешность можно принять за погрешность направления измеряемого угла, т. к. другие виды погрешности не оказывают существенного влияния.

Погрешность угла как разности двух направлений

Mβ' = mo√2 = (t/2) . √2.

Средняя квадратическая погрешность угла, измеренного дважды при КЛ и КП,

Mβ = (t/2) . √2 / √2 = t/2.

Средняя квадратичная погрешность разности двух значений угла в полуприемах:

Md = mβ' √2 =(t/2) . √2 . √2 = t,

А предельная погрешность с вероятностью 95% принимается равной удвоенной, т. е.

Md(пред) = 2md = ±2t.

Таким образом, разность между значениями угла в полуприемах не должна превышать двойной точности отсчетного устройства.

Большинство методов и средств испытаний строительных материалов регламентированы только строительными стандартами (например, ГОСТ 26433.0-85) и не проходили метрологическую экспертизу. Например, при определении подвижности, жёсткости бетонных смесей, морозостойкости бетона, прочности с использованием некоторых неразрушающих методов погрешность измерений остаётся неизвестной и допуск на определяемый параметр, как правило, не задан. Однако используемые приборы имеют простые надёжные конструкции, и точность определения технологического параметра (например, подвижности) оказывается достаточной для осуществления технологического процесса. [2]

При определении наиболее ответственных функциональных параметров, например прочности бетона при разрушении контрольных кубов, учитываются возможные отклонения от значений, полученных при испытании. [2]

Погрешность стандартного измерительного средства (пресса) ничтожна мала по сравнению с рассеиванием, связанным с неоднородностью материала, и не учитывается при расчёте гарантированной прочности. [2]

Качество возведения зданий и сооружений во многом определяется также точностью геометрических параметров, для контроля которых используются в основном стандартные измерительные средства. При этом геодезические средства измерений, как наиболее ответственные, полностью обеспечиваются поверкой. [2]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Поставленная мною цель в начале исследования достигнута. Рассмотрены виды погрешностей, их классификация, причины возникновения, определено влияние погрешности в строительном производстве.

Причинами возникновения погрешностей является совокупность большого числа факторов, которые можно объединить в две основные группы:

- факторы, появляющиеся нерегулярно, которые трудно предвидеть;

- факторы, закономерно изменяющиеся при проведении измерений, которые проявляются постоянно.

Появление случайных погрешностей зависит от большого числа несущественных факторов. Случайные ошибки от каждого из них невозможно выявить, учесть и исключить в отдельности. Но можно рассматривать как результат суммарного воздействия всех факторов на результат измерений и учитывать с помощью методов теории вероятности.

В отличие от случайных систематические погрешности остаются постоянными или закономерно изменяются. При надлежащей постановке эксперимента их обычно удается вычислить и исключить из результатов.

Особенностью измерений является то, что при их повторении на более высоком научно-техническом уровне результат измерения не совпадает абсолютно точно с ранее полученными значениями [4] (например, разработаны новые электронные средства линейно-угловых измерений высокой точности, которые позволяют пересмотреть в сторону уменьшения некоторые допуски на различные виды работ в строительстве).

Это приводит к заключению, что полностью исключить погрешности невозможно, можно лишь снизить их до минимальных размеров, тем самым увеличить точность, а, следовательно, и качество выпускаемых строительных материалов, изготовление конструкций и деталей, а если взять вообще, то и возведение зданий и сооружений полностью.

 
« Пред.   След. »
Пользователей: 311
Новостей: 663
Ссылок: 0