Mõõtmise valdamine: teie ülim juhend absoluutse, suhtelise ja täisskaala (%FS) vea kohta

Kas olete kunagi vaadanud spetsifikatsioonilehte?arõhksaatja,avoolmeetervõiatemperatuuriandurjaKas olete näinud sellist rida nagu „Täpsus: ±0,5% täisversioonist”? See on levinud spetsifikatsioon, aga mida see tegelikult teie kogutavate andmete jaoks tähendab? Kas see tähendab, et iga näit jääb tegelikust väärtusest 0,5% piiresse? Nagu näha, on vastus veidi keerulisem ja selle keerukuse mõistmine on ülioluline kõigile, kes tegelevad inseneritöö, tootmise ja teadusliku mõõtmisega.

Viga on füüsikalise maailma vältimatu osa. Ükski instrument pole täiuslik. Oluline on mõista vea olemust, seda kvantifitseerida ja veenduda, et see jääb teie konkreetse rakenduse jaoks vastuvõetavatesse piiridesse. See juhend selgitab põhimõisteid.ofmõõtminevigaSee algab põhimõistetega ja laieneb seejärel praktiliste näidete ja oluliste seotud teemade juurde, muutes teid pelgalt spetsifikatsioone lugevast inimesest kellekski, kes neid tõeliselt mõistab.

 

Mis on mõõtmisviga?

Selle südamesMõõtmisviga on erinevus mõõdetud suuruse ja selle tegeliku väärtuse vahelMõtle sellele kui lõhele maailma vahel, nagu sinu instrument seda näeb, ja maailma vahel, nagu see tegelikult on.

Viga = mõõdetud väärtus – tegelik väärtus.

„Tegelik väärtus” on teoreetiline mõiste. Praktikas ei saa absoluutset tegelikku väärtust kunagi täieliku kindlusega teada. Selle asemel kasutatakse tavapärast tegelikku väärtust. See on väärtus, mille annab mõõtestandard või võrdlusvahend, mis on oluliselt täpsem (tavaliselt 4–10 korda täpsem) kui testitav seade. Näiteks kalibreerimiselpihuarvutirõhkgabariit, „tavapärane tegelik väärtus” saadakse suure täpsusega,laborikvaliteedigarõhkkalibraator.

Selle lihtsa võrrandi mõistmine on esimene samm, kuid see ei räägi kogu lugu. 100-meetrise toru pikkuse mõõtmisel on 1-millimeetrine viga ebaoluline, kuid mootori kolvi töötlemisel on see katastroofiline rike. Täieliku pildi saamiseks peame seda viga loogilisemalt väljendama. Siin tulevad mängu absoluutsed, suhtelised ja võrdlusvead.

Kolme levinud mõõtmisvea kokkuvõte

Vaatleme kolme peamist viisi mõõtmisvea kvantifitseerimiseks ja edastamiseks.

1. Absoluutne viga: toores hälve

Absoluutne viga on vea kõige lihtsam ja otsesem vorm. Nagu algdokumendis defineeritud, on see mõõtmise ja tegeliku väärtuse otsene erinevus, väljendatuna mõõtmise enda ühikutes.

Valem:

Näide:

Sa mõõdad vooluhulka torus, millel ontõsivoolukiirusof50 m³/h jasinuvoolumõõturloeb50,5 m³/h, seega on absoluutviga 50,5 – 50 = +0,5 m³/h.

Kujutage nüüd ette, et mõõdate teistsugust protsessi, mille tegelik voolukiirus on 500 m³/h, ja teie voolumõõtur näitab 500,5 m³/h. Absoluutviga on ikkagi +0,5 m³/h.

Millal see kasulik on? Absoluutne viga on kalibreerimise ja testimise ajal oluline. Kalibreerimistunnistusel on sageli loetletud absoluutsed kõrvalekalded erinevates testpunktides. Nagu näide näitab, puudub sellel aga kontekst. Absoluutne viga +0,5 m³/h tundub väiksema voolukiiruse korral palju olulisem kui suurema voolukiiruse korral. Selle olulisuse mõistmiseks on vaja suhtelist viga.

2. Suhteline viga: viga kontekstis

Suhteline viga annab konteksti, mis absoluutsel veal puudub. See väljendab viga mõõdetava tegeliku väärtuse murdosa või protsendina. See näitab, kui suur on viga mõõtmise suurusjärgu suhtes.

Valem:

Näide:

Vaatame uuesti oma näidet:

50 m³/h vooluhulga puhul: suhteline viga = (0,5 m³/h / 50 m³/h) × 100% = 1%

500 m³/h vooluhulga puhul: suhteline viga = (0,5 m³/h / 500 m³/h) × 100% = 0,1%

Järsku on erinevus palju selgem. Kuigi absoluutne viga oli mõlemas stsenaariumis identne, näitab suhteline viga, et madalama voolukiiruse korral oli mõõtmine kümme korda ebatäpsem.

Miks see oluline on? Suhteline viga on palju parem näitaja instrumendi toimivusest konkreetses tööpunktis. See aitab vastata küsimusele: "Kui hea see mõõtmine praegu on?". Instrumenditootjad ei saa aga loetleda suhtelist viga iga võimaliku mõõdetava väärtuse jaoks. Nad vajavad ühte usaldusväärset mõõdikut, et tagada seadme toimivus kogu selle töövõime ulatuses. See ongi võrdlusvea ülesanne.

3. Võrdlusviga (%FS): tööstusstandard

See on spetsifikatsioon, mida näete andmelehtedel kõige sagedamini: täpsus protsentidesofTäisSkaala (%FS), tuntud ka kui võrdlusviga või ulatusviga. Absoluutse vea võrdlemise asemel praeguse mõõdetud väärtusega võrdleb see seda instrumendi kogu ulatusega (või vahemikuga).

Valem:

Mõõteulatus (või ulatus) on vahe maksimaalse ja minimaalse väärtuse vahel, mille mõõtmiseks seade on loodud.

Oluline näide: %FS mõistmine

Kujutame ette, et ostatearõhuandurkoosjärgmised spetsifikatsioonid:

• Vahemik: 0 kuni 200 baari

• Täpsus: ±0,5% täisarvust

1. samm: Arvutage maksimaalne lubatud absoluutne viga.

Esmalt leiame absoluutvea, millele see protsent vastab: maksimaalne absoluutvea = 0,5% × (200 baari – 0 baari) = 0,005 × 200 baari = ±1 baar.

See on kõige olulisem arvutus, mis ütleb meile, et olenemata sellest, millist rõhku me mõõdame, on selle instrumendi näit garanteeritult ±1 baari piires tegelikust väärtusest.

2. samm: vaadake, kuidas see mõjutab suhtelist täpsust.

Vaatame nüüd, mida see ±1 baari viga tähendab vahemiku erinevates punktides:

• 100 baari rõhu mõõtmine (50% vahemikust): näit võib olla vahemikus 99 kuni 101 baari. Suhteline viga on sel hetkel (1 baar / 100 baari) × 100% = ±1%.

• 20 baari rõhu mõõtmine (10% vahemikust): Näit võib olla vahemikus 19 kuni 21 baari. Suhteline viga on sel hetkel (1 baar / 20 baari) × 100% = ±5%.

• 200 baari rõhu mõõtmine (100% vahemikust): näit võib olla vahemikus 199 kuni 201 baari. Suhteline viga on sel hetkel (1 baar / 200 baari) × 100% = ±0,5%.

See näitab instrumentide olulist põhimõtet, et instrumendi suhteline täpsus on parim oma vahemiku ülaosas ja halvim alumises.

Praktiline järeldus: kuidas valida õige instrument?

%FS ja suhtelise vea vaheline seos mõjutab oluliselt instrumendi valikut.Mida väiksem on võrdlusviga, seda suurem on instrumendi üldine täpsusSiiski saate oma mõõtmistäpsust parandada ka lihtsalt oma rakenduse jaoks õige vahemiku valides.

Mõõtmissuuruste kuldreegel on valida instrument, mille tüüpilised tööväärtused jäävad täisskaala vahemiku ülemisse poolde (ideaaljuhul ülemisse kahte kolmandikku). Vaatame näidet:

Kujutage ette, et teie protsess toimib tavaliselt rõhul 70 baari, kuid tipprõhk võib ulatuda kuni 90 baarini. Te kaalutekakssaatjad, mõlemad ±0,5% täisskaalast täpsusega:

• Saatja A: Mõõteulatus 0–500 baari

• Saatja B: Vahemik 0–100 baari

Arvutame potentsiaalse vea teie tavapärase tööpunkti 70 baari korral:

Mõõtemuundur A (0–500 baari):

• Maksimaalne absoluutviga = 0,5% × 500 baari = ±2,5 baari.

• 70 baari juures võib näit olla 2,5 baari võrra nihkes. Teie tegelik suhteline viga on (2,5 / 70) × 100% ≈ ±3,57%. See on oluline viga!

Mõõtemuundur B (0–100 baari):

• Maksimaalne absoluutviga = 0,5% × 100 baari = ±0,5 baari.

• 70 baari juures võib näit erineda vaid 0,5 baari võrra. Teie tegelik suhteline viga on (0,5 / 70) × 100% ≈ ±0,71%.

Valides oma rakenduse jaoks sobiva "kokkusurutud" vahemikuga instrumendi, parandasite oma reaalse mõõtmistäpsuse viiekordselt, kuigi mõlemal instrumendil oli oma andmelehtedel sama "%FS" täpsusreiting.

Täpsus vs. täpsus: kriitiline erinevus

Mõõtmise täielikuks omandamiseks on oluline veel üks mõiste: täpsuse ja korrektsuse erinevus. Inimesed kasutavad neid termineid sageli sünonüümidena, kuid teaduses ja inseneriteaduses tähendavad need väga erinevaid asju.

Täpsusiskuidasmõõtmise lähedus tegelikule väärtuseleSee on seotud absoluutse ja suhtelise veaga. Täpne instrument annab keskmiselt õige näidu.

Täpsusiskuidassama asja mitu mõõtmist on üksteisele lähedalSee viitab mõõtmise korduvusele või järjepidevusele. Täpne mõõteriist annab iga kord peaaegu sama näidu, kuid see näit ei ole tingimata õige.

Siin on sihtmärgi analoogia:

• Täpne ja korrektne: Kõik teie lasud on tihedalt koondunud sihtmärgi keskele. See on ideaalne.

• Täpne, aga ebatäpne: Kõik lasud on tihedalt koos, aga asuvad sihtmärgi vasakus ülanurgas, kaugel sihtmärgist. See viitab süstemaatilisele veale, näiteks vintpüssi valesti joondatud sihikule või halvasti kalibreeritud andurile. Instrument on korratav, aga pidevalt vale.

• Täpne, aga ebatäpne: Teie lasud on hajutatud üle kogu sihtmärgi, kuid nende keskmine asukoht on sihtmärgi keskpunkt. See viitab juhuslikule veale, kus iga mõõtmine kõigub ettearvamatult.

• Ei täpne ega täpne: lasud on hajutatud juhuslikult üle kogu sihtmärgi, ilma järjepidevuseta.

0,5% täisskaala spetsifikatsiooniga instrument väidab oma täpsust, samas kui täpsus (või korduvus) on andmelehel sageli eraldi reana loetletud ja tavaliselt väiksem (parem) number kui selle täpsus.

Kokkuvõte

Vigade nüansside mõistmine on see, mis eristab head inseneri suurepärasest.

Kokkuvõttes nõuab mõõtmisvea valdamine liikumist põhimõistetest praktilise rakenduseni. Absoluutne viga annab algse hälbe, suhteline viga asetab selle praeguse mõõtmise konteksti ja võrdlusviga (%FS) pakub standardiseeritud garantiid instrumendi maksimaalse vea kohta kogu selle vahemikus. Peamine järeldus on see, et instrumendi määratud täpsus ja selle tegelik jõudlus ei ole samad.

Mõistes, kuidas fikseeritud %FS viga mõjutab suhtelist täpsust kogu skaalal, saavad insenerid ja tehnikud teha teadlikke otsuseid. Rakenduse jaoks sobiva mõõtepiirkonnaga instrumendi valimine on sama oluline kui selle täpsusreiting, tagades, et kogutud andmed peegeldavad usaldusväärselt tegelikkust.

Järgmisel korral, kui andmelehte vaatate ja täpsushinnangut näete, teate täpselt, mida see tähendab. Saate arvutada maksimaalse võimaliku vea, mõista, kuidas see viga teie protsessi erinevates tööpunktides mõjutab, ja teha teadliku otsuse, mis tagab, et kogutud andmed ei ole lihtsalt ekraanil kuvatavad numbrid, vaid tegelikkuse usaldusväärne peegeldus.

Võtke ühendust meie mõõtmisspetsialistidega