8.2 Обработка результатов прямых однократные измерения

Прямые многократные измерения в большей мере относятся к лабораторным измерениям. Для производственных процессов бо­лее характерны однократные измерения. Однократные прямые из­мерения являются самыми массовыми и проводятся, если: при из­мерении происходит разрушение объекта измерения, отсутствует возможность повторных измерений, имеет место экономическая целесообразность. Эти измерения возможны лишь при определен­ных условиях:

• объем априорной информации об объекте измерений такой, что модель объекта и определение измеряемой величины не вызы­вают сомнений;

• изучен метод измерения, его погрешности либо заранее устра­нены, либо оценены;

• средства измерений исправны, а их метрологические характе­ристики соответствуют установленным нормам.

За результат прямого однократного измерения принимается полученная величина. До измерения должна быть проведена апри­орная оценка составляющих погрешности с использованием всех доступных данных. При определении доверительных границ по­грешности результата измерений доверительная вероятность при­нимается, как правило, равной 0,95.

Методика обработки результатов прямых однократных измере­ний приведена в рекомендациях МИ 1552–86 «ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей результатов изме­рений». Данная методика применима при выполнении следующих условий:

• составляющие погрешности известны;

• случайные состав­ляющие распределены по нормальному закону, а не исключенные систематические, заданные своими границами θ_i – равномерно.

Составляющими погрешности прямых однократных измерений являются:

• погрешности СИ, рассчитываемые по их метрологическим ха­рактеристикам;

• погрешность используемого метода измерений, определяемая на основе анализа в каждом конкретном случае;

• личная погрешность, вносимая конкретным оператором. Если последние две составляющие не превышают 15% погреш­ности СИ, то за погрешность результата однократного измерения принимают погрешность используемого СИ. Данная ситуация весьма часто имеет место на практике.

Названные составляющие могут состоять из неисключенных систематических и случайных погрешностей. При наличии не­скольких систематических погрешностей, заданных своими гра­ницами ±θ_i либо доверительными границами ±θ_i(P), доверитель­ная граница результата измерения соответственно может быть рассчитана по формуле

или

где θ_i(Р_j) – доверительная граница i-й не исключенной система­тической погрешности, соответствующая доверительной вероят­ности Р_j, k_j – коэффициент, зависящий от Р_j и определяемый так же, как и коэффициент k; k = k(m,Р) – коэффициент, равный 0,95 при Р = 0,9 и 1,1 при Р = 0,95. При других доверительных вероятностях он определяется в соответствии с ГОСТ 8.207-76.

Случайные составляющие погрешности результата измерений выражаются либо своими СКО S_хi, либо доверительными граница­ми ±ε(Р). В первом случае доверительная граница случайной со­ставляющей погрешности результата прямого однократного изме­рения определяется через его СКО S_x:

где z_Р – точка нормированной функции Лапласа, отвечающей вероятности Р. При Р = 0,95 z_р = 2. Если СКО S_хi определены экспериментально при небольшом числе измерений (n <30), то в данной формуле вместо коэффициента z_р следует использовать коэффициент Стьюдента, соответствующий числу степеней сво­боды i-й составляющей, оценка которой произведена при наи­меньшем числе измерений.

В случае, когда случайные погрешности представлены довери­тельными границами ±ε_j(Р_j), соответствующими разным довери­тельным вероятностям Р_i доверительная граница случайной по­грешности результатов прямых однократных измерений

Найденные значения θ и ε(Р) используются для оценки по­грешности результата прямых однократных измерений. В зави­симости от соотношения θ и S_x суммарная погрешность определя­ется по одной из формул, приведенных в табл. 8.2. Значения коэффициента k_р приведены в табл. 8.3.

Таблица 8.2

Формулы для расчётов погрешности результата прямых однократных измерений ΔР.

Значение	Погрешность результата измерения Δ(Р)
<0,8	ε(P)
0,8 8	Kp[ε(P)+θ(P)]
>8	θ(P)

Таблица 8.3

Значение k_p в зависимости от отношения θ/S_x при доверительной вероятности 0,95

	0,8	1	2	3	4	5	6	7	8
k0,05	0,76	0,74	0,71	0,73	0,76	0,78	0,79	0,80	0,81

Результат прямых однократных измерений должен записываться в соответствии с рекомендациями МИ 1317-86 в виде х ± Δ(Р) при доверительной вероятности Р = Р_Д.

6