Класифікація похибок вимірювань

У залежності від причин і місця виникнення похибки поділяють на такі групи: інструментальні, методичні, суб'єктивні.
Інструментальна похибка - це похибка застосовуваного засоби вимірювання. Якщо застосовується стандартне СІ, що минув повірку, то інтервал, в якому знаходиться ця похибка, відомий із заданою ймовірністю.

Методична похибка обумовлена недосконалістю застосовуваного методу вимірювання. На її величину впливають недосконалість прийнятої вимірювальної моделі, спосіб застосування вимірювального засобу, алгоритми, за якими обчислюють результат вимірювання та інші фактори, не пов'язані з властивостями застосовуваного вимірювального засобу. Методична похибка не може бути вказана у нормативно-технічної документації на використовуваний засіб вимірювань, так як від нього не залежить, і повинна визначатися в кожному конкретному випадку шляхом спеціальних досліджень (аналізу вимірювальної схеми) - Недосконалість застосовуваного методу вимірювань (неправильна оцінка виникає методичної похибки) неодноразово призводило до помилкових висновків при проведенні науково-дослідних робіт. Наприклад, для оцінки внутрішніх напружень в тверднучому бетону використовували мембранні датчики з деформативністю, у кілька разів перевищує деформативність бетону. У результаті фактично вимірювали не найбільшу внутрішній тиск, а залишковий тиск на контакті з мембраною після її деформації.

Суб'єктивна похибка (похибка оператора) обумовлена недостатньою кваліфікацією або індивідуальними особливостями оператора, що виконує вимірювання, і пов'язана з ретельністю виконання правил всіх вимірювальних операцій. Ця похибка не завжди піддається правильній оцінці.

В окрему групу виділяють похибки, обумовлені впливом зовнішніх умов. Температура, вологість, тиск та інші фактори впливають на розміри інструментальної та методичної похибок. При цьому додаткова інструментальна похибка, яка викликається відхиленням від нормальних умов будь-якого впливає чинника, може бути вказана в метрологічних характеристиках засобів вимірювань (на додаток до основної, обумовленої при нормальних умовах). Вплив зовнішніх факторів на методичну похибку слід оцінювати окремо в кожному конкретному випадку. Для більшості видів вимірювань найбільш повно вивчено і піддається обліку при визначенні похибок вплив температури навколишнього середовища.

Похибки зовнішніх умов за характером прояву є систематичними.

Під впливом сукупності всіх діючих факторів, у тому числі зовнішніх, складається сумарна похибка вимірювання.
Вплив кожного чинника може досліджуватися окремо, але зручно для дослідження та оцінки похибок ділити сумарну похибку на дві складові: випадкову і систематичну, принципово відрізняються за характером прояву і вимагають застосування різних способів для їх виявлення, оцінки та обліку.

Випадкова похибка - складова похибки вимірювання, що змінюється випадковим чином (за знаком і значенням) в серії повторних вимірювань одного і того ж розміру фізичної величини, проведених з однаковою ретельністю в одних і тих же умовах. У появах таких похибок не спостерігається будь-якої закономірності, вони виявляються при повторних вимірах однієї і тієї ж величини у вигляді не якого розкиду одержуваних результатів .

Випадкові похибки неминучі, не підлягають ремонту і завжди присутні в результатах вимірювань.
Опис випадкових похибок вплив можна тільки на основі теорії ймовірностей і математичної статистики.
На відміну від систематичних випадкові похибки не можна виключити з результатів вимірювань шляхом введення поправок. Проте їх можна істотно зменшити шляхом збільшення числа вимірювань, оскільки середнє арифметичне значення х при цьому прагне до істинного значення вимірюваної величини

Систематична похибка - складова попохибки вимірювання, що залишається постійною або закономірно змінюється при повторних вимірах однієї і тієї ж фізичної величини. наведено результати багаторазових вимірювань, що містять випадкову і систематичну похибки. Систематична похибка, як правило, не змінюється при багаторазових вимірюваннях і може бути майже повністю усунута шляхом виявлення та усунення причини, по якій вона виникла, або шляхом введення поправки (асист = х - 0. Однак наведені ілюстрації кілька спрощені, так як систематична похибка також містить певний елемент випадковості і в деякій мірі має властивості випадкової величини. На цій підставі запропоновано вважати систематичну похибку специфічної, «вираженої» випадковою величиною. Вона може також змінюватися при багаторазових вимірах, коли фактор часу або нестабільність вимірювальної системи вносять помітне зміна в систему.

Слід вважати, очевидно, що ряд систематичних за своєю природою похибок присутній при вимірах у прихованому вигляді. Вони не виявлені або не вивчені. Тому не завжди вдається чітко розділити похибки на систематичні і випадкові. Частина систематичних похибок, важко піддаються обліку, зараховують до випадковим. Чим більше результати вимірювання спотворені неврахованими систематичними похибками, тим важче вони піддаються математичній обробці. Сказане певною мірою пояснює ті дискусії, які ведуться в останні роки навколо нового поняття «невизначеність вимірювань».

При вимірах можуть з'являтися також дуже великі грубі похибки (промахи), які виникають, як правило, через помилки або неправильних дій оператора, а також з-за короткочасних відмов або збоїв в роботі вимірювальних приладів та інших різких змін умов проведення вимірювань. Грубі похибки виявляють і відкидають безпосередньо в процесі вимірювань або при математичній обробці результатів вимірювань з використанням спеціальних критеріїв.