Matavimo įvaldymas: išsamus absoliučios, santykinės ir pilnos skalės (%FS) paklaidų vadovas

Ar kada nors žiūrėjote į specifikacijų lapą?aslėgissiųstuvas,asrautasmetrasarbaatemperatūros jutiklisirMatėte tokią eilutę kaip „Tikslumas: ±0,5 % FS“? Tai įprasta specifikacija, bet ką ji iš tikrųjų reiškia renkamiems duomenims? Ar tai reiškia, kad kiekvienas rodmuo yra 0,5 % tikslumu nuo tikrosios vertės? Kaip matyti, atsakymas yra šiek tiek sudėtingesnis, ir šio sudėtingumo supratimas yra labai svarbus visiems, dirbantiems inžinerijos, gamybos ir mokslinių matavimų srityje.

Paklaida yra neišvengiama fizinio pasaulio dalis. Nė vienas prietaisas nėra tobulas. Svarbiausia suprasti paklaidos pobūdį, ją kiekybiškai įvertinti ir įsitikinti, kad ji neviršija priimtinų ribų jūsų konkrečiam pritaikymui. Šis vadovas padės išsklaidyti pagrindines sąvokas.ofmatavimasklaidaPradedama nuo pagrindinių apibrėžimų, o vėliau pereinama prie praktinių pavyzdžių ir svarbių susijusių temų, taip iš specifikacijas tik skaitančio žmogaus tampant jas iš tikrųjų suprantančiu žmogumi.

 

Kas yra matavimo paklaida?

Iš esmės,Matavimo paklaida yra skirtumas tarp išmatuoto dydžio ir jo tikrosios, faktinės vertėsĮsivaizduokite tai kaip atotrūkį tarp pasaulio, kokį jį mato jūsų instrumentas, ir pasaulio, koks jis yra iš tikrųjų.

Paklaida = išmatuota vertė – tikroji vertė.

„Tikroji vertė“ yra teorinė sąvoka. Praktiškai absoliučios tikrosios vertės niekada negalima žinoti visiškai tiksliai. Vietoj to naudojama įprasta tikroji vertė. Tai vertė, gauta matavimo standarto arba etaloninio prietaiso, kuris yra žymiai tikslesnis (paprastai 4–10 kartų tikslesnis) nei bandomasis prietaisas. Pavyzdžiui, kalibruojantnešiojamasslėgismatuoklis, „įprastinė tikroji vertė“ būtų gauta iš didelio tikslumo,laboratorinės klasėsslėgiskalibratorius.

Šios paprastos lygties supratimas yra pirmas žingsnis, tačiau jis nepasako visos istorijos. 1 milimetro paklaida yra nereikšminga matuojant 100 metrų vamzdžio ilgį, tačiau tai yra katastrofiškas gedimas apdirbant variklio stūmoklį. Norėdami gauti visą vaizdą, turime išreikšti šią paklaidą prasmingesniais būdais. Čia prasideda absoliučios, santykinės ir etaloninės paklaidos.

Trijų dažniausių matavimo paklaidų rinkinys

Išsiaiškinkime tris pagrindinius būdus, kaip kiekybiškai įvertinti ir pranešti apie matavimo paklaidą.

1. Absoliuti klaida: grynas nukrypimas

Absoliuti paklaida yra paprasčiausia ir tiesiausia paklaidos forma. Kaip apibrėžta šaltinio dokumente, tai yra tiesioginis skirtumas tarp matavimo ir tikrosios vertės, išreikštos paties matavimo vienetais.

Formulė:

Pavyzdys:

Jūs matuojate srautą vamzdyje sutiesasrauto greitisof50 m³/val. irtavosrauto matuoklisskaito50,5 m³/h, taigi absoliuti paklaida yra 50,5 – 50 = +0,5 m³/h.

Įsivaizduokite, kad matuojate kitą procesą, kurio tikrasis srautas yra 500 m³/h, o jūsų srauto matuoklis rodo 500,5 m³/h. Absoliuti paklaida vis tiek yra +0,5 m³/h.

Kada tai naudinga? Absoliuti paklaida yra labai svarbi kalibravimo ir bandymo metu. Kalibravimo sertifikate dažnai nurodomi absoliutūs nuokrypiai įvairiuose bandymo taškuose. Tačiau, kaip rodo pavyzdys, tam trūksta konteksto. Absoliuti +0,5 m³/h paklaida atrodo daug reikšmingesnė esant mažesniam srautui nei didesniam. Norint suprasti šią reikšmę, reikia santykinės paklaidos.

2. Santykinė klaida: klaida kontekste

Santykinė paklaida suteikia kontekstą, kurio neturi absoliuti paklaida. Ji išreiškia paklaidą kaip faktinės matuojamos vertės dalį arba procentą. Tai parodo, koks didelis yra paklaidos dydis, palyginti su matavimo dydžiu.

Formulė:

Pavyzdys:

Dar kartą nagrinėkime mūsų pavyzdį:

50 m³/h srautui: santykinė paklaida = (0,5 m³/h / 50 m³/h) × 100 % = 1 %

500 m³/h srautui: santykinė paklaida = (0,5 m³/h / 500 m³/h) × 100 % = 0,1 %

Staiga skirtumas tapo daug aiškesnis. Nors absoliuti paklaida abiejuose scenarijuose buvo vienoda, santykinė paklaida rodo, kad esant mažesniam srautui, matavimas buvo dešimt kartų mažiau tikslus.

Kodėl tai svarbu? Santykinė paklaida yra daug geresnis prietaiso veikimo rodiklis konkrečiame veikimo taške. Ji padeda atsakyti į klausimą: „Kiek geras šis matavimas dabar?“. Tačiau prietaisų gamintojai negali pateikti santykinės paklaidos kiekvienai galimai išmatuotai vertei. Jiems reikia vieno patikimo rodiklio, kad būtų užtikrintas prietaiso veikimas per visą jo veikimo pajėgumą. Tai yra etaloninės paklaidos užduotis.

3. Atskaitos paklaida (%FS): pramonės standartas

Tai specifikacija, kurią dažniausiai matote duomenų lapuose: tikslumas, išreikštas procentaisofPilnasSkalė (% FS), dar žinoma kaip atskaitos paklaida arba matavimo paklaida. Užuot lyginusi absoliučiąją paklaidą su dabartine išmatuota verte, ji lyginama su visu prietaiso matavimo intervalu (arba diapazonu).

Formulė:

Matavimo diapazonas (arba diapazonas) yra skirtumas tarp didžiausios ir mažiausios verčių, kurias prietaisas yra skirtas matuoti.

Svarbus pavyzdys: %FS supratimas

Įsivaizduokime, kad perkateaslėgio daviklissušias specifikacijas:

• Diapazonas: nuo 0 iki 200 barų

• Tikslumas: ±0,5 % FS

1 veiksmas: apskaičiuokite didžiausią leistiną absoliučiąją paklaidą.

Pirmiausia randame absoliučiąją paklaidą, kurią atitinka šis procentas: maksimali absoliutinė paklaida = 0,5 % × (200 bar – 0 bar) = 0,005 × 200 bar = ±1 bar.

Tai svarbiausias skaičiavimas, kuris mums parodo, kad nesvarbu, kokį slėgį matuojame, šio prietaiso rodmuo garantuotai atitiks tikrąją vertę ±1 baro tikslumu.

2 veiksmas: pažiūrėkite, kaip tai veikia santykinį tikslumą.

Dabar pažiūrėkime, ką reiškia ši ±1 baro paklaida skirtinguose diapazono taškuose:

• Matuojant 100 barų slėgį (50 % diapazono): rodmuo gali būti nuo 99 iki 101 baro. Santykinė paklaida šiuo metu yra (1 baras / 100 barų) × 100 % = ±1 %.

• Matuojant 20 barų slėgį (10 % diapazono): rodmuo gali būti nuo 19 iki 21 baro. Santykinė paklaida šiuo metu yra (1 baras / 20 barų) × 100 % = ±5 %.

• Matuojant 200 barų slėgį (100 % diapazono): rodmuo gali būti nuo 199 iki 201 baro. Santykinė paklaida šiuo metu yra (1 baras / 200 barų) × 100 % = ±0,5 %.

Tai atskleidžia esminį instrumentavimo principą, kad santykinis instrumento tikslumas yra geriausias jo diapazono viršuje, o blogiausias – apačioje.

Praktinė išvada: kaip išsirinkti tinkamą instrumentą?

Ryšys tarp %FS ir santykinės paklaidos turi didelę įtaką instrumento pasirinkimui.Kuo mažesnė atskaitos paklaida, tuo didesnis bendras prietaiso tikslumasTačiau matavimo tikslumą galite pagerinti tiesiog pasirinkdami tinkamą diapazoną savo reikmėms.

Auksinė matavimo dydžio nustatymo taisyklė – pasirinkti prietaisą, kurio tipinės veikimo vertės patenka į viršutinę viso diapazono pusę (idealiu atveju – į viršutinius du trečdalius). Pateiksime pavyzdį:

Įsivaizduokite, kad jūsų procesas paprastai vyksta esant 70 barų slėgiui, tačiau gali būti iki 90 barų slėgio pikai. Jūs svarstotedusiųstuvai, abu su ±0,5 % FS tikslumu:

• Siųstuvas A: Diapazonas 0–500 barų

• Siųstuvas B: Diapazonas 0–100 barų

Apskaičiuokime galimą paklaidą, kai jūsų įprastas darbinis slėgis yra 70 barų:

Siųstuvas A (0–500 barų):

• Maksimali absoliuti paklaida = 0,5 % × 500 bar = ±2,5 bar.

• Esant 70 barų slėgiui, jūsų rodmuo gali skirtis 2,5 baro. Jūsų tikroji santykinė paklaida yra (2,5 / 70) × 100 % ≈ ±3,57 %. Tai yra reikšminga paklaida!

Siųstuvas B (0–100 barų):

• Maksimali absoliuti paklaida = 0,5 % × 100 bar = ±0,5 bar.

• Esant 70 barų slėgiui, jūsų rodmuo gali skirtis tik 0,5 baro. Jūsų tikroji santykinė paklaida yra (0,5 / 70) × 100 % ≈ ±0,71 %.

Pasirinkdami prietaisą su tinkamai „suspaustu“ diapazonu savo taikymui, pagerinote realaus pasaulio matavimo tikslumą penkis kartus, net jei abiejų prietaisų duomenų lapuose buvo nurodytas tas pats „%FS“ tikslumo įvertinimas.

Tikslumas ir preciziškumas: esminis skirtumas

Norint visiškai įvaldyti matavimą, būtina dar viena sąvoka: skirtumas tarp tikslumo ir preciziškumo. Žmonės dažnai vartoja šiuos terminus sinonimiškai, tačiau moksle ir inžinerijoje jie reiškia labai skirtingus dalykus.

Tikslumasiskaiparti matavimo yra tikroji vertėTai susiję su absoliučia ir santykine paklaida. Tikslus prietaisas vidutiniškai pateikia teisingą rodmenį.

Tikslumasiskaipkeli to paties objekto matavimai yra arti vienas kitoTai reiškia matavimo pakartojamumą arba nuoseklumą. Tikslus prietaisas kiekvieną kartą pateikia beveik tą patį rodmenį, tačiau tas rodmuo nebūtinai yra teisingas.

Štai taikinio analogija:

• Tikslus ir preciziškas: Visi jūsų šūviai yra glaudžiai sugrupuoti taikinio centre. Tai idealu.

• Tikslus, bet netikslus: Visi jūsų šūviai glaudžiai susitelkę, bet yra viršutiniame kairiajame taikinio kampe, toli nuo taikinio akutės. Tai rodo sisteminę klaidą, pavyzdžiui, netinkamai suderintą šautuvo taikiklį arba blogai sukalibruotą jutiklį. Prietaisas rodo daug kartų, bet nuolat klysta.

• Tikslus, bet netikslus: Jūsų šūviai išsibarstę po visą taikinį, tačiau jų vidutinė pozicija yra taikinio centre. Tai rodo atsitiktinę paklaidą, kai kiekvienas matavimas svyruoja nenuspėjamai.

• Nei tikslus, nei preciziškas: šūviai atsitiktinai išmėtyti po visą taikinį, be jokio nuoseklumo.

Prietaisas, kurio specifikacija yra 0,5 % FS, deklaruoja savo tikslumą, nors tikslumas (arba pakartojamumas) dažnai nurodomas atskiroje duomenų lapo eilutėje ir paprastai yra mažesnis (geresnis) skaičius nei jo tikslumas.

Išvada

Klaidų niuansų supratimas yra tai, kas skiria gerą inžinierių nuo puikaus.

Apibendrinant, norint įvaldyti matavimo paklaidą, reikia pereiti nuo pagrindinių sąvokų prie praktinio pritaikymo. Absoliuti paklaida pateikia neapdorotą nuokrypį, santykinė paklaida ją susieja su dabartiniu matavimu, o etaloninė paklaida (%FS) suteikia standartizuotą garantiją, kad prietaisas turi maksimalią paklaidą visame jo diapazone. Pagrindinė išvada yra ta, kad nurodytas prietaiso tikslumas ir jo realus veikimas nėra tas pats.

Suprasdami, kaip fiksuota %FS paklaida veikia santykinį tikslumą visoje skalėje, inžinieriai ir technikai gali priimti pagrįstus sprendimus. Tinkamo diapazono instrumento pasirinkimas yra toks pat svarbus, kaip ir jo tikslumo įvertinimas, užtikrinant, kad surinkti duomenys patikimai atspindėtų realybę.

Kitą kartą peržiūrėję duomenų lapą ir pamatę tikslumo įvertinimą, tiksliai žinosite, ką tai reiškia. Galėsite apskaičiuoti maksimalią galimą paklaidą, suprasti, kaip ta paklaida paveiks jūsų procesą skirtingais veikimo momentais, ir priimti pagrįstą sprendimą, kuris užtikrins, kad jūsų renkami duomenys nebūtų tik skaičiai ekrane, o patikimas realybės atspindys.

Susisiekite su mūsų matavimo ekspertais