Такие разные погрешности
Заметка, которая поможет сориентироваться в метрологическом море и убережет от досадных ошибок при выборе оборудования.
Автор: Вадим Дубинский
ВАДИМ ДУБИНСКИЙ
РЕДАКТОР И ИНЖЕНЕР FLUKE CIS
10 октября 2019
Такие разные погрешности
Полезная заметка
У меня в планах не было статьи на эту тему, но она сама напросилась. За последнее время я несколько раз в процессе обсуждения технической задачи осознавал, что мы с собеседником по-разному понимаем термины, что ужасно запутывает общение. Так что, «давайте договоримся».

Речь пойдет о погрешности измерения. Всем важно знать, насколько точны измерения, сделанные прибором. Особенно это важно при выборе калибратора (пусть и портативного): вам нужно заранее понимать, какие приборы возможно с помощью него калибровать.

Принято так подбирать оборудование, чтобы калибратор был в 3-4 раза точнее калибруемого прибора (смотря что вы измеряете – в разных поверочных схемах будут разные требования). Вроде бы, все просто: манометр имеет погрешность 0,1% – значит, калибратор давления должен быть не хуже 0,025%.

Просто? Если бы! Какая именно погрешность? От чего %?
В повседневной практике чаще всего используются следующие термины:
  • абсолютная погрешность – это величина +/- в абсолютных единицах (метры, литры, Паскали);
  • относительная погрешность – % от измеряемого значения;
  • приведенная погрешность – % от верхнего предела измерений (диапазона).
В случае абсолютной погрешности – все совсем просто. Измеряем мы 1 В или 1000 В – точность всегда будет +/- 0,5 В (например). В случае приведенной погрешности – чуть сложнее. Например, диапазон измерений у весов – 10000 кг, а приведенная погрешность – 2%. Тогда, путем вычислений, мы получим 2% * 10000 = 200 кг. Значит, любое измерение на этом приборе будет иметь ошибку в пределах +/- 200 кг, «300 +/- 200 кг» (например).

В качестве примера: чаще всего приведенной погрешностью оперируют для измерений избыточного давления, а абсолютной — абсолютного давления.

Относительную погрешность используют чаще всего. Если у нас относительная погрешность – те же 2%, то при измерении 300 кг погрешность будет 300 кг * 2% = 6 кг (то есть уже 300 +/- 6 кг), а при измерении 8000 кг — 8000 кг * 2% = 160 кг (результат — 8000 +/- 160 кг).
Нередко указывается комбинация разных типов погрешности, например: «0,0001 мА + 0,0025% ИВ + 0,002% ВПИ + 1 е.м.р.», где «ИВ» – это измеряемая величина, «ВПИ» – верхний предел измерений (диапазон). Запись «е.м.р.» означает «единица младшего разряда». Это абсолютная погрешность, связанная с тем, что, например, на четырехразрядном дисплее невозможно показать значение точнее, чем 0,001 или 100,1.

В зависимости от измеряемого значения точность округления будет равна единице того младшего разряда, который помещается на дисплее. Иногда вместо «е.м.р.» используют другие аналогичные термины, например «отсчет».

Например, в «описании типа» к калибратору токовой петли Fluke 709 указано:
Примечание – I – измеренное значение силы тока, мА
а для калибратора давления Fluke 719 (30G – 100G):
Выбор значения погрешности в каждом случае зависит от конструкции измерительного прибора и, иногда, от предпочтений производителя. Производитель может решить: «Напишем погрешность с запасом – зато будет проще считать и проходить поверку».
Погрешность также (в документации производителя) часто указывается для определенного промежутка времени – например, год, полгода, 24 часа после калибровки. Производители любят хвастаться именно цифрой погрешности «сразу после калибровки», хотя она совершенно лишена практического значения.

Кстати, еще одна хитрость производителей — маленькая «красивая» основная погрешность при огромной дополнительной (вот вам еще два типа погрешности).

Основная погрешность – это погрешность в «идеальных» условиях, как в калибровочной лаборатории. Дополнительные погрешности связаны с изменениями окружающей температуры, колебаниями напряжения питания, наличием вибрации и т.п. Если вы планируете использовать приборы не только в идеальных условиях, то разумнее учитывать полную погрешность, которая включает основную и дополнительные.
Хороший пример – внешние модули давления Fluke 750P. Для них указывается суммарная погрешность внутри температурного диапазона от 0°C до + 50°C. Для корректного сравнения с другим средством измерения – необходимо рассчитать полную погрешность для конкретных условий. Чаще всего добавится дополнительная погрешность для температуры вне базового диапазона (типично – 23 ±5°С), однако могут также «всплыть» погрешности, связанные с отклонениями напряжения питания, атмосферного давления, вибрациями и другими реальными условиями, отличными от идеальных лабораторных.

Я не буду рассказывать про другие типы и виды погрешности, но, чтобы стало еще интереснее, напомню про «доверительный интервал». Если в двух словах: он определяет вероятность того, что погрешность не выше заявленной. Чаще всего производители измерительных приборов используют интервал 2Ϭ (два сигма). Это значит, что доверительная вероятность составляет 95,4%.
Погрешность 5% при ДИ=2Ϭ означает, что «с вероятностью 95,4%измеренная величина будет отличаться от истинного значения на 5% или меньше». Вы правильно поняли: в одном из 20 случаев какая-то погрешность будет больше – и это на исправных приборах.
При доверительном интервале 3Ϭ доверительная вероятность будет уже 99,7%. В 3 случаях из 1000 ошибка измерения будет выходить за заявленный предел. Приборы с погрешностью 5% на доверительных интервалах 2Ϭ и 3Ϭ — это приборы совершенно разного класса.
Для всех калибраторов Fluke мы указываем погрешность для доверительного интервала 3Ϭ.

Надеюсь, эта короткая заметка поможет вам сориентироваться в метрологическом море, убережет от досадных ошибок при выборе оборудования и поможет вам задавать правильные вопросы, которые приведут к успеху.

PS Выше в тексте я упоминал измерение давления. Вы ведь знаете, что означают термины: давление барометрическое, манометрическое, абсолютное, относительное, дифференциальное, избыточное? Мне кажется, стоит коротко рассказать и про них. И про «вакуум от нуля…» — очень хочу «договориться».
Информация показалась интересной?
Договоритесь о демонстрации с вашим представителем Fluke.
Нужна демонстрация!
Поделиться
Напишите в комментариях ваше мнение по теме!
Читайте другие наши статьи!