Как повысить точность измерений: распространённые способы

В нынешней сфере измерений показатель точности можно считать важнейшим фактором, определяющим насколько качественны и достоверны полученные данные .Есть немало способов и подходов, направленных на улучшение точности измерений, которые активно используются в сферах науки и техники. Предлагаю рассмотреть самые популярные.

С практической точки зрения используются определённые техники для улучшения показателей точности измерений:

Заменяем приборы измерения с меньшей точностью те, что обладают большей точностью. При отсутствии измерительного прибора с большей точностью всегда есть возможность его разработки. Этот метод особенно актуален, когда основная часть погрешности связана с инструментальными ошибками. В таких случаях заменяются исключительно те приборы, погрешности которых значительно влияют на общую погрешность измерительного канала.

Выбираем высшую границу измерений для приборов с нормированными основной и дополнительной погрешностями. Это позволяет установить так, чтобы ожидаемые значения измеряемой величины находились в последней трети диапазона измерений, что способствует снижению относительной погрешности.

Ограничиваем условия эксплуатации измерительных приборов. Данный метод применяется, когда дополнительные погрешности становятся доминирующими, к примеру, при наступлении ощутимых отклонений температуры окружающей среды или воздействии электромагнитных полей и вибрации. Для уменьшения этих влияний устанавливаются кондиционеры, защитные экраны и амортизаторы.

Уникальная градуировка для каждого измерительного прибора. Этот метод используется в случаях, когда систематические ошибки являются преобладающими. Погрешности на уровне системы (например, у термометров сопротивления и термопар) можно значительно снизить, вводя поправки, полученные при проведении уникальной градуировки.

Метод замены. Данный метод позволяет исключить на уровне системы. Имеется в виду то, что после проведения измерения значение измеряемой величины заменяется образцовой мерой, подобранной так, чтобы обеспечить одинаковое показание прибора в измерительной схеме. В этом случае значение измеряемой величины принимается равным значению образцовой меры. Например, это может быть измерение сопротивления электричества с использованием моста непрерывного тока.

Контролируем работоспособность измерительных приборов при работе с ними. Проведя данное мероприятие, мы можем выявить, исключить либо уменьшить метрологические отказы в измерительных устройствах. Очень часто системы контролирования работы являются эффективными без лимитов на присущие погрешности и их непредсказуемый характер, имеющий систематическое значение.

Автоматизируем процессы измерений. Данная мера уменьшает трудоёмкость измерений и помогает избежать ошибок, связанных с субъективностью, которые могут возникать при работе с данными, расчёта неполных и итоговых результативных показателей, а также при подготовке анализных проб и выполнении прочих действий, требующих человеческого участия.

Используем способ противоположного преобразования. Этот способ позволяет автоматически корректировать погрешность измерительных приборов. Выбирается противоположный преобразователь, реальная постоянная функция которого должна совпадать с противоположной функцией номинальной характеристики измерительного прибора. У противоположного преобразователя должна быть значительно больше точность, чем прямая. На его вход подаётся реальный выходной сигнал измерительного прибора. Разность между входным сигналом и выходным сигналом противоположного преобразователя соответствует погрешности измерительного устройства и может применяться для формирования сигнала, выполняющего функция коррекции, в системе калибровки и принятия поправок. Данный способ позволяет корректировать погрешности инструментального характера любого происхождения, поскольку точность корректировки определяется высокой точностью противоположного преобразователя. Коррекция осуществляется на протяжении всего процесса измерения и широко применяется, скажем, при измерении показателей электричества.

Проводим частые наблюдения и усредняем итоги. Данный способ используется в случаях преобладания неизвестной нам составляющей неточности измерений. Мы знаем, что случайная составляющая неточности, имеющей среднее значение, меньше случайной составляющей неточности, обладающей нынешними значениями. Способ актуален, когда во время усреднения не происходит значительных перемен в нынешних значениях величины, которую мы измеряем, однако неточность нынешних значений может ощутимо варьироваться.

Применяем тестовые сигналы. Данный способ увеличения показателей точности актуален для систем измерения, чтобы давать взвешенную оценка как электрическим, так и неэлектрическим показателям. Смысл заключается в том, что мы определяем параметры статической функции преобразования, используя дополнительные перестройки тестовых сигналов. Все они с функциональной точки зрения связаны величной, которую можно измерить. Способ, построенный на тестах, увеличивает точность проводимых измерений благодаря снижению систематических и т.н. квазисистематических погрешностей.

Применяем избыток данных. Под избытком данных понимается положение, при котором количество информации, которое можно измерить, нужно, чтобы непосредственно управлять объектом. Одним из способов использования избытка данных, чтобы повысить точность измерений, является учитывание в системе измерений дополнительных приборов, которые измеряют одинаковую величину, с дальнейшим усреднением значений тех. Ещё одним примером может служить наличие взаимосвязей между величинами, которые мы можем посчитать, обусловленных характеристиками объекта измерений или управления. Подобные взаимосвязи могут быть использованы для устранения ошибок, когда мы измеряем обособленные величины, и для увеличения точности измерений в целом.

Разрабатываем/ улучшаем способы измерения. Когда основными источниками неточностей являются методические аспекты, этот подход становится наиболее приемлемым для повышения точности измерений. В автоматизированных системах управления (АСУ) методические неточности, возникающие из-за различий между алгоритмом вычислений и функцией, которая точно определяет зависимость результатов от аргументов измеряемых величин, могут быть снижены путём использования более проработанных алгоритмов. При значительных методических изъянах измерений средних или интегральных величин, вызванных лимитированным значением имеющихся измерительных точек или отклонениями объективных значений от субъективных значений измеряемых величин, входящих в функцию как константы, соответствующее улучшение способа измерения может существенно повысить точность результатов. Способы могут быть улучшены, если мы изменим алгоритм работы с данными. В таком случае необходимо провести проверку алгоритма, следуя всем нормативным документам.