Fehler sind Abweichungen von Messergebnissen vom tatsächlichen Wert einer Größe. Der tatsächliche Wert kann nur durch zahlreiche Messungen ermittelt werden. In der Praxis ist dies nicht umsetzbar.
Für die Analyse von Abweichungen gilt der Wert, der dem wahren Wert am nächsten kommt, als der tatsächliche Wert des gemessenen Werts. Sie wird mit hochpräzisen Messinstrumenten und -methoden gewonnen. Um die Messungen zu vereinfachen und die Möglichkeit zu gewährleisten, Abweichungen zu beseitigen, werden verschiedene Fehlerklassifikationen verwendet. Betrachten Sie die Hauptgruppen.
Ausdrucksmethode
Wenn wir auf dieser Grundlage die Fehler von Messgeräten klassifizieren, können wir unterscheiden:
- Absolute Abweichungen. Sie werden in Einheiten der gemessenen Größe ausgedrückt.
- Relative Abweichung. Er wird durch das Verhältnis des absoluten Fehlers zum Messergebnis oder tatsächlichen Wert der Messgröße ausgedrückt.
- Reduzierte Abweichung. Es wird der relative Fehler ausgedrücktdas Verhältnis der absoluten Abweichung des Messgeräts und des als konstanter Indikator genommenen Werts über den gesamten Bereich der entsprechenden Messung. Seine Wahl basiert auf GOST 8.009-84.
Für viele Messgeräte ist eine Genauigkeitsklasse festgelegt. Der angegebene Fehler wird eingeführt, weil der Relativwert die Abweichung nur an einem bestimmten Punkt der Skala charakterisiert und vom Parameter des Messwerts abhängt.
Bedingungen und Quellen
Bei der Klassifizierung der Fehler nach diesen Kriterien werden Haupt- und Nebenabweichungen unterschieden.
Die ersten sind die Fehler von Messgeräten unter normalen Einsatzbedingungen. Die Hauptabweichungen sind auf die Unvollkommenheit der Konvertierungsfunktion, die Unvollkommenheit der Eigenschaften der Geräte zurückzuführen. Sie spiegeln die Differenz zwischen der tatsächlichen Umwandlungsfunktion des Geräts unter normalen Bedingungen und der nominalen (festgelegt in behördlichen Dokumenten (technische Bedingungen, Normen usw.)) wider.
Zusätzliche Fehler treten auf, wenn ein Wert vom Normwert abweicht oder die Grenzen des normierten Bereichs überschritten werden.
Normale Bedingungen
Die folgenden Normalparameter sind in der normativen Dokumentation definiert:
- Lufttemperatur 20±5 Grad
- Relative Luftfeuchtigkeit 65±15%.
- Netzspannung 220±4, 4 V.
- Netzfrequenz 50±1Hz.
- Keine magnetischen oder elektrischen Felder.
- Die horizontale Position des Geräts mit einer Abweichung von ±2 Grad.
Genauigkeitsklasse
Toleranzgrenzen für Abweichungen können als relativer, absoluter oder reduzierter Fehler ausgedrückt werden. Um das am besten geeignete Messwerkzeug auswählen zu können, erfolgt ein Vergleich nach ihrer verallgemeinerten Eigenschaft – der Genauigkeitsklasse. In der Regel ist dies die Grenze der zulässigen Grund- und Zusatzabweichungen.
Die Genauigkeitsklasse ermöglicht es Ihnen, die Grenzen der Fehler der gleichen Art von Messgeräten zu verstehen. Es kann jedoch nicht als direkter Indikator für die Genauigkeit der von jedem dieser Instrumente durchgeführten Messungen angesehen werden. Tatsache ist, dass auch andere Faktoren (Bedingungen, Methode etc.) die Einstufung von Messfehlern beeinflussen. Dieser Umstand muss bei der Auswahl eines Messgerätes in Abhängigkeit von der für das Experiment spezifizierten Genauigkeit berücksichtigt werden.
Der Wert der Genauigkeitsklasse spiegelt sich in den technischen Bedingungen, Normen oder anderen behördlichen Dokumenten wider. Der gewünschte Parameter wird aus dem Standardbereich ausgewählt. Beispielsweise gelten für elektromechanische Geräte die folgenden Werte als normativ: 0, 05, 0, 1, 0, 2 usw.
Wenn Sie den Wert der Genauigkeitsklasse des Messwerkzeugs kennen, können Sie den zulässigen Wert der absoluten Abweichung für alle Teile des Messbereichs ermitteln. Der Indikator wird normalerweise direkt auf die Skala des Geräts aufgetragen.
Die Natur des Wandels
Dieses Merkmal wird bei der Klassifizierung systematischer Fehler verwendet. Diese Abweichungen bleibenkonstant bleiben oder sich bei der Durchführung von Messungen nach bestimmten Mustern ändern. Ordnen Sie in dieser Klassifikation Fehlerarten zu, die einen systematischen Charakter haben. Dazu gehören: instrumentelle, subjektive, methodische und sonstige Abweichungen.
Wenn der systematische Fehler gegen Null geht, nennt man diese Situation Korrektheit.
Bei der Klassifizierung von Messfehlern in der Metrologie werden auch zufällige Abweichungen unterschieden. Ihr Auftreten kann nicht vorhergesagt werden. Zufällige Fehler sind nicht verantwortlich; sie können nicht von der Messung ausgeschlossen werden. Zufällige Fehler haben einen erheblichen Einfluss auf die Forschungsergebnisse. Abweichungen können durch wiederholte Messungen mit anschließender statistischer Aufbereitung der Ergebnisse reduziert werden. Mit anderen Worten, der aus wiederholten Manipulationen erh altene Mittelwert liegt näher am realen Parameter als der aus einer einzelnen Messung erh altene. Wenn die zufällige Abweichung nahe Null ist, sprechen sie von der Konvergenz der Anzeigen des Messgeräts.
Eine weitere Gruppe von Fehlern in der Klassifizierung - Fehlschüsse. Sie sind in der Regel mit Fehlern des Bedieners verbunden oder werden durch den Einfluss externer Faktoren nicht berücksichtigt. Fehler werden normalerweise aus den Messergebnissen ausgeschlossen und bei der Verarbeitung der empfangenen Daten nicht berücksichtigt.
Größenabhängigkeit
Die Abweichung darf nicht vom gemessenen Parameter abhängen oder proportional zu diesem sein. Dementsprechend sind bei der Klassifizierung von Fehlern in der Messtechnik, additive umultiplikative Abweichungen.
Letztere werden auch als Empfindlichkeitsfehler bezeichnet. Additive Abweichungen treten normalerweise aufgrund von Pickups, Vibrationen in Stützen, Reibung und Geräuschen auf. Der multiplikative Fehler ist mit der Unvollkommenheit der Justierung einzelner Teile der Messgeräte verbunden. Dies wiederum kann durch verschiedene Gründe verursacht werden, einschließlich physischer und ver alteter Ausrüstung.
Normalisierung von Merkmalen
Es wird in Abhängigkeit davon durchgeführt, welche Abweichung signifikant ist. Ist der additive Fehler signifikant, wird der Grenzwert in Form einer reduzierten Abweichung normiert, ist er multiplikativ, wird die Formel für die relative Größe der Änderung verwendet.
Dies ist eine Normalisierungsmethode, bei der beide Indikatoren kommensurabel sind, dh die Grenze der zulässigen Hauptdifferenz wird in einer Formel mit zwei Termen ausgedrückt. Daher besteht die Angabe der Genauigkeitsklasse auch aus 2 Zahlen c und d in Prozent, getrennt durch einen Schrägstrich. Beispiel: 0,2/0,01 Die erste Zahl gibt den relativen Fehler unter normalen Bedingungen wieder. Der zweite Indikator charakterisiert seine Zunahme mit zunehmendem Wert von X, spiegelt also den Einfluss des additiven Fehlers wider.
Dynamik der Änderungen des gemessenen Indikators
In der Praxis wird die Klassifizierung von Fehlern verwendet, die die Art der Änderungen in der gemessenen Größe widerspiegelt. Es geht um die Trennung von Abweichungen:
- Zu statisch. Solche Fehler entstehen beim Messen langsam ändernder oderändert sich überhaupt nicht.
- Dynamisch. Sie treten auf, wenn physikalische Größen gemessen werden, die sich zeitlich schnell ändern.
Dynamische Abweichung ist auf die Trägheit des Geräts zurückzuführen.
Merkmale der Schätzung von Abweichungen
Moderne Ansätze zur Analyse und Klassifizierung von Fehlern basieren auf Prinzipien, die die Einh altung der Anforderungen an die Einheitlichkeit der Messungen sicherstellen.
Um die Bewertungs- und Forschungsziele zu erreichen, wird die Abweichung anhand eines Modells (zufällig, instrumentell, methodisch etc.) beschrieben. Es definiert die Merkmale, die verwendet werden können, um die Eigenschaften des Fehlers zu quantifizieren. Im Zuge der Informationsverarbeitung ist es notwendig, Schätzungen solcher Merkmale zu finden.
Das Modell wird unter Berücksichtigung der Daten zu seinen Quellen ausgewählt, einschließlich derer, die während des Experiments gewonnen wurden. Modelle werden in nicht-deterministisch (zufällig) und deterministisch unterteilt. Letztere eignen sich jeweils für systematische Abweichungen.
Das allgemeine Modell für den Zufallsfehler ist der Wert, der die Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion implementiert. Abweichungsmerkmale werden in diesem Fall in Intervall und Punkt unterteilt. Zur Beschreibung des Fehlers von Messergebnissen werden üblicherweise Intervallparameter verwendet. Das bedeutet, dass die Grenzen, innerhalb derer die Abweichung angesiedelt werden kann, entsprechend einer bestimmten Wahrscheinlichkeit festgelegt werden. In einer solchen Situation werden die Grenzen Konfidenz und die Wahrscheinlichkeit bzw. Konfidenz genannt.
Punktmerkmale werden in Fällen verwendet, in denen keine Notwendigkeit oder Möglichkeit besteht, die Vertrauensgrenzen der Abweichung zu schätzen.
Bewertungsprinzipien
Bei der Auswahl von Abweichungsschätzungen werden die folgenden Bestimmungen verwendet:
- Einzelne Parameter und Eigenschaften des ausgewählten Modells werden charakterisiert. Dies liegt daran, dass die Abweichungsmodelle komplex aufgebaut sind. Viele Parameter werden verwendet, um sie zu beschreiben. Ihre Bestimmung ist oft sehr schwierig und in manchen Situationen sogar unmöglich. Darüber hinaus enthält die vollständige Beschreibung des Modells in vielen Fällen redundante Informationen, während die Kenntnis einzelner Merkmale völlig ausreicht, um die Aufgaben umzusetzen und die Ziele des Experiments zu erreichen.
- Schätzungen von Abweichungen werden näherungsweise ermittelt. Die Genauigkeit der Merkmale entspricht dem Zweck der Messungen. Dies liegt daran, dass der Fehler nur den Unsicherheitsbereich des Ergebnisses charakterisiert und seine endgültige Genauigkeit nicht erforderlich ist.
- Abweichung ist besser zu übertreiben als zu unterschätzen. Im ersten Fall wird die Qualität der Messung abnehmen, im zweiten Fall ist mit einer vollständigen Wertminderung der erzielten Ergebnisse zu rechnen.
Schätzfehler vor oder nach der Messung. Im ersten Fall heißt es a priori, im zweiten - a posteriori.
