AN-05. Методична похибка і похибка взаємодії
Методична похибка результату вимірювання залежить від використовуваного методу вимірювання, і не залежить від похибки самого приладу (інструменту). Методична похибка може бути значною, проте часто вона може бути оцінена або навіть скомпенсирована (іноді - практично повністю).
Наприклад, виконаний експеримент по непрямому вимірюванню потужності методом амперметра - вольтметра ( Мал. 1. ). В результаті простого множення показань вольтметра U на показання амперметра I, отримуємо не зовсім правильне (коректне) значення, оскільки має місце методична похибка, обумовлена не клас точності приладів, а іншими характеристиками приладів.
Мал. 1. Приклад методичної похибки
В даному випадку причина в наявності кінцевого (а не нульового) внутрішнього опору амперметра RA. Знаючи значення цього опору, можна, по-перше, оцінити значення методичної похибки для даного випадку, а по-друге, можна скорегувати (виправити) результат обчислення потужності.
Розглянемо кількісний приклад. Нехай використаний амперметр з внутрішнім опором RA = 10 Ом. Показання вольтметра і амперметра, відповідно, U = 250 В, I = 2 A. Обчислена у цієї категорії хворих потужність Р = U · I = 500 Вт. Абсолютна методична похибка D = I2 · RA = 4 · 10 = 40 Вт, що становить + 8% від результату вимірювання (відносна методична похибка d). Причому, в даному випадку, при точному знанні RA, знак і значення цієї похибки відомі точно. Таким чином, цю складову в цьому прикладі можна повністю компенсувати (простим зменшенням обчисленого значення на значення D = 40 Вт).
Відзначимо, що зміна схеми включення приладів (перенесення амперметра ближче до джерела е.р.с. - см. Мал. 2.) не виключає методичну похибку, а просто змінює її природу. У цьому випадку причиною похибки буде не нескінченне внутрішній опір вольтметра і, як наслідок, поточний через нього струм і, тому, дещо завищені показання амперметра.
Мал. 2. Приклад методичної похибки
Часто значення внутрішніх опорів задані не точно, а деякими нерівностями. Наприклад, R A <10 Ом, або R V> 100 кОм. В цьому випадку можна визначити діапазон можливих значень методичної похибки, або розрахувати максимально можливе значення похибки.
Якщо Ви маєте в своєму розпорядженні мультиметром з відповідними діапазонами вимірювань по струму і напрузі, то можна рекомендувати наступний спосіб. Перемикаючи прилад в режим вимірювання струму і, потім, в режим вимірювання напруги, слід виміряти по черзі значення струму і напруги (або - навпаки). Потім обчислити потужність. В цьому випадку похибка, викликана внутрішніми опорами приладу буде виключена. Правда, при цьому може виникнути динамічна похибка, внаслідок неодновременного отримання значень струму і напруги при природному зміні цих параметрів.
Різновидом методичної похибки вважається похибка взаємодії приладу і об'єкта дослідження (джерела досліджуваного сигналу). Похибка взаємодії в тій чи іншій мірі виявляється практично у всіх вимірювальних експериментах.
Ця похибка може бути значною, але зазвичай її можна (і потрібно) оцінити.
Наприклад, при вимірюванні періодичного напруги на деякій ділянці ланцюга необхідно хоча б приблизно оцінити вихідний (внутрішнє) опір еквівалентного джерела сигналу і, головне, порівняти його з комплексним вхідним опором вольтметра або мультиметра (в режимі вольтметра) - див. Мал. 3.
Мал. 3. Похибка взаємодії при вимірюванні напруги
Чим більше співвідношення "вихідний опір джерела / вхідний опір вольтметра", тим більше похибка взаємодії (тим гірше). При неправильно організованому експерименті і помилку у виборі приладу можливі значення цієї похибки на рівні десятків відсотків.
Сучасні цифрові вимірювальні прилади (і ЦМ, зокрема) мають значення Rвх і Свх, відповідно, 0,1 МОм ... 10 МОм і 20 пФ ... 100 пФ. Тому в найбільш часто зустрічаються при експрес-опитуваннях задачах вимірювання змінної напруги, частота якого 50 Гц (тобто порівняно низька частота), можна враховувати тільки активний опір приладу, тому що вплив ємнісного опору невелика.
При вимірюванні струмів важливо для зменшення похибки взаємодії, навпаки, забезпечити набагато менше вхідний опір амперметра (або первинної обмотки трансформатора струму) в порівнянні з вихідним (внутрішнім) опором досліджуваної ланцюга (див. Мал. 4. ).
Мал. 4. Похибка взаємодії при вимірюванні струмів
При контактних вимірах температури об'єкта (середовища) також важливо правильно оцінити взаємодію і теплопередачу між об'єктом і датчиком. Якщо маси об'єкта і датчика співмірні, то буде мати місце значна похибка взаємодії за рахунок відбирання великої кількості тепла від об'єкта і, як наслідок, спотворення режиму досліджуваного об'єкта і - спотворення результату. Особливо сильно це проявляється при контактних вимірах температури невеликих деталей технологічних установок (наприклад, клемних з'єднань, контактних майданчиків).
Маса датчика і умови теплообміну його із об'єктом і навколишнім середовищем визначають також і динамічні похибки вимірювання.
Детальніше див.
