Ошибки при измерении физических величин в диагностике и экспертизе.
Автотехническому эксперту и диагносту при работе приходится сталкиваться с проведением различного рода измерениями. Суть процесса измерения – сравнение реального значения физической величины с однородной ей эталоном, принятым за единицу. При измерениях, к примеру, размер сравнивается с единицей длинны – метром, сила тока сравнивается с Ампером, напряжением с Вольтом и т. п. Измерения проводятся с использованием соответствующих измерительных приборов, которые и производят сравнение и выдают результат в виде, удобном для считывания или последующей обработки.
Однако произвести измерения с абсолютной точностью невозможно – всегда будет иметь место неточность или погрешность. Единственное исключение из данного правила – измерение дискретных величин, таких как количество, но и здесь можно ошибиться. Основные причины неточности в измерениях возникают в следующих случаях:
· Измерительный прибор не является абсолютно точным и имеет погрешность. Данная погрешность может быть оценена заранее. Для различных приборов погрешности определяются по-разному:
◦ Погрешность может быть указана в паспорте измерительного прибора
◦ Может быть указан класс точности прибора – величина, умножая которую на максимальное значение шкалы в итоге получим погрешность данного прибора.
◦ Если не указан класс точности прибора и в паспорте не содержатся сведения о погрешности, то погрешность будет равна половине цены деления шкалы. Для приборов с фиксированным шагом (секундомер, к примеру), нониусом (штангенциркуль), либо с цифровым дисплеем, погрешность будет равна шагу, минимальному значению, которое можно замерить данным прибором.
Точность измерительных приборов со временем снижается. Тот же микрометр требуется периодически настраивать с использованием прилагаемой концевой меры.
· Измерительный прибор воздействует на объект измерения. Пример – штангенциркуль (или микрометр) сжимает измеряемый объект, что приводит к уменьшению размера. При измерении размеров деталей из твердых и прочных материалов (например, сталей) деформация пренебрежимо мала – штангенциркуль ее не почувствует. Если же материал будет мягче, то деформация может достигнуть и превзойти величину, сопоставимую цене деления прибора, и в итоге это отразится в результате проведенных измерений. Заедающая или перетянутая трещотка микрометра может привести к перетяжке винта и, соответственно, сжатию измеряемого объекта и смещению губок микрометра на воспринимаемую шкалой величину.
· Воздействие параметров объекта и внешних условий на измеряемую величину. Измеряемый объект может быть подвержен влиянию, как внешней среды, так и обладает другими параметрами, влияющими на измеряемую величину. Пример – тепловое расширение материалов. Суть в том, что при большей температуре деталь имеет бОльшие размеры. Рассмотрим простейший пример – измеряется стальной вал диаметром 50 мм при температуре самого вала 60 градусов Цельсия. Примем коэффициент теплового расширения стали 13*10-6. Измерения проводятся микрометром, паспорт которого требует проведения измерений при температуре 20±0,5ºC. В итоге получаем размер 50,026 мм. Такое различие в диаметре микрометр вполне указывает и выдается специалистом, в итоге, неверный результат. Алюминиевые сплавы имеют больший коэффициент температурного расширения и размеры деталей выполненных из них зависят от температуры в еще большей степени. Можно еще вспомнить пример из жизни – регулировка клапанного зазора. Если зазор будет регулироваться при температуре, заметно отличной от требуемой +20ºC, то итоговый зазор (на двигателе, нагретом до рабочей температуры) выйдет за пределы допуска и клапанный механизм будет работать некорректно. Хотя допуск клапанного зазора составляет 0,05-0,1 мм.
· При измерениях чувствительный элемент измерительного прибора взаимодействует с объектом измерения. Взаимодействие (например, контакт) проходит не идеально. Пример – измерение электрического сопротивления электромеханического или электронного компонента. При таких измерениях прибор позывает сумму сопротивлений измеряемого объекта, сопротивлений проводов и контактов от объекта до прибора (сам прибор тоже не идеален). В итоге, довольно часто, контактные сопротивления (в месте контакта щупа прибора с выводом измеряемого устройства) оказываются весьма заметны на фоне сопротивления измеряемого объекта. При измерениях размеров неправильное положение чувствительных элементов прибора (например, перекос микрометра или нутромера) приводит к весьма заметной погрешности.
· Использование различных приспособлений также вносит в измерения свою погрешность, потому как приспособления изготовлены не идеально точно.
По частоте возникновения погрешности можно разделить на два основных типа:
1.Систематические. Это те погрешности, которые возникают в любом случае, сколько бы измерений не было проведено. Основные причины данных ошибок описаны выше.
2.Случайные. Данные погрешности возникают из-за действия случайного фактора. Например, под чувствительный элемент прибора или в контакт попал посторонний предмет, измеряемый объект некорректно лег в опорах, плохой контакт щупа измерительного прибора с разъемом измеряемого объект и т. п. При повторном измерении данная погрешность исчезает (либо заменяется другой такого же характера). Избавиться от такой погрешности можно путем проведения нескольких повторных измерений. Если при одинаковых условиях результаты отдельных измерений заметно отличаются от остальных, то это и будет результат измерения со случайной погрешностью. Учитывать такой результат не стоит, но разобраться в причине возникновения случайной погрешности есть смысл.
Как видно, существует множество причин, по которым показания прибора могут заметно отличаются от истинного значения измеряемой величины. На объект измерения и прибор действует великое множество различных факторов, которые в той или иной степени изменяют измеряемую величину и показания прибора. Все учесть, конечно, невозможно. Но учет факторов, влияющих на показания прибора в заметной степени (изменение показаний прибора на величину в несколько делений и более) необходим. Поэтому, прежде чем проводить измерения, стоит оценить погрешности и затем учесть их. Все это важно как для проведения диагностики узлов и деталей автомобиля,а так же и в ходе проведения из экспертизы.
Специалист Александр (ник на форуме Sancho)