Совладување на мерењето: Вашиот врвен водич за апсолутна, релативна и целосна грешка во скалата (%FS)

Дали некогаш сте го погледнале листот со спецификации заaпритисокпредавател,aпротокметар, илиaсензор за температураиДали сте виделе ставка како „Точност: ±0,5% FS“? Тоа е вообичаена спецификација, но што навистина значи за податоците што ги собирате? Дали тоа значи дека секое отчитување е во рамките на 0,5% од вистинската вредност? Како што се гледа, одговорот е малку посложен, а разбирањето на оваа сложеност е клучно за секој што е вклучен во инженерството, производството и научните мерења.

Грешката е неизбежен дел од физичкиот свет. Ниеден инструмент не е совршен. Клучот е да се разбере природата на грешката, да се квантифицира и да се осигура дека е во рамките на прифатливите граници за вашата специфична апликација. Ова упатство ќе ги разјасни основните концепти.ofмерењегрешкаЗапочнува со основните дефиниции, а потоа се проширува на практични примери и клучни поврзани теми, трансформирајќи ве од некој што само ги чита спецификациите во некој што навистина ги разбира.

 

Што е грешка во мерењето?

Во неговото срце,Грешката во мерењето е разликата помеѓу измерената количина и нејзината вистинска, реална вредностЗамислете го тоа како јаз помеѓу светот каков што го гледа вашиот инструмент и светот каков што всушност е.

Грешка = Измерена вредност – Вистинска вредност.

„Вистинската вредност“ е теоретски концепт. Во пракса, апсолутната вистинска вредност никогаш не може да се знае со совршена сигурност. Наместо тоа, се користи конвенционална вистинска вредност. Ова е вредност дадена од мерен стандард или референтен инструмент што е значително попрецизна (обично 4 до 10 пати попрецизна) од уредот што се тестира. На пример, при калибрирање нараченпритисоккалибар, „конвенционалната вистинска вредност“ би била добиена од високопрецизен,лабораториски квалитетпритисоккалибратор.

Разбирањето на оваа едноставна равенка е првиот чекор, но не ја раскажува целата приказна. Грешка од 1 милиметар е незначителна при мерење на должината на цевка од 100 метри, но е катастрофален дефект при обработка на клип за мотор. За да ја добиеме целосната слика, треба да ја изразиме оваа грешка на позначаен начин. Тука влегуваат во игра апсолутните, релативните и референтните грешки.

Собирање на три вообичаени грешки во мерењето

Да ги разложиме трите основни начини за квантифицирање и соопштување на грешката во мерењето.

1. Апсолутна грешка: Сурова девијација

Апсолутната грешка е наједноставната и најдиректна форма на грешка. Како што е дефинирано во изворниот документ, тоа е директната разлика помеѓу мерењето и вистинската вредност, изразена во единиците на самото мерење.

Формула:

Пример:

Го мерите протокот во цевка совистинабрзина на протокof50 м³/ч, итвојотмерач на протокчита50,5 m³/h, па апсолутната грешка е 50,5 – 50 = +0,5 m³/h.

Сега, замислете дека мерите различен процес со вистински проток од 500 m³/h, а вашиот мерач на проток покажува 500,5 m³/h. Апсолутната грешка е сè уште +0,5 m³/h.

Кога е корисно? Апсолутната грешка е од суштинско значење за време на калибрацијата и тестирањето. Сертификатот за калибрација честопати ќе ги наведе апсолутните отстапувања на различни тест точки. Сепак, како што покажува примерот, му недостасува контекст. Апсолутна грешка од +0,5 m³/h се чини многу позначајна за помала брзина на проток отколку за поголема. За да ја разбереме таа значајност, ни треба релативна грешка.

2. Релативна грешка: Грешката во контекстот

Релативната грешка го дава контекстот што недостасува кај апсолутната грешка. Ја изразува грешката како дел или процент од вистинската вредност што се мери. Ова ви кажува колку е голема грешката во однос на големината на мерењето.

Формула:

Пример:

Да го разгледаме повторно нашиот пример:

За проток од 50 m³/h: Релативна грешка = (0,5 m³/h / 50 m³/h) × 100% = 1%

За проток од 500 m³/h: Релативна грешка = (0,5 m³/h / 500 m³/h) × 100% = 0,1%

Одеднаш, разликата е многу појасна. Иако апсолутната грешка беше идентична во двата сценарија, релативната грешка покажува дека мерењето беше десет пати помалку точно за пониската брзина на проток.

Зошто е ова важно? Релативната грешка е многу подобар показател за перформансите на инструментот во одредена работна точка. Таа помага да се одговори на прашањето „Колку е добро ова мерење во моментов?“. Сепак, производителите на инструменти не можат да наведат релативна грешка за секоја можна вредност што би можеле да ја измерите. Тие имаат потреба од единствена, сигурна метрика за да ги гарантираат перформансите на нивниот уред во целиот негов оперативен капацитет. Тоа е работата на референтната грешка.

3. Референтна грешка (%FS): Индустриски стандард

Ова е спецификацијата што најчесто ја гледате на листовите со податоци: точност изразена како процентofЦелосенСкала (%FS), позната и како референтна грешка или грешка на опсег. Наместо да се споредува апсолутната грешка со моменталната измерена вредност, таа се споредува со вкупниот опсег (или опсег) на инструментот.

Формула:

Опсегот на мерење (или распон) е разликата помеѓу максималните и минималните вредности што инструментот е дизајниран да ги мери.

Клучниот пример: Разбирање на %FS

Да замислиме дека купуватеaпредавател на притисоксоследните спецификации:

• Опсег: 0 до 200 бари

• Точност: ±0,5% FS

Чекор 1: Пресметајте ја максималната дозволена апсолутна грешка.

Прво, ја наоѓаме апсолутната грешка на која одговара овој процент: максимална апсолутна грешка = 0,5% × (200 бари – 0 бари) = 0,005 × 200 бари = ±1 бар.

Ова е најважната пресметка, која ни кажува дека без разлика каков притисок мериме, отчитувањето од овој инструмент е загарантирано да биде во рамките на ±1 бар од вистинската вредност.

Чекор 2: Видете како ова влијае на релативната точност.

Сега, да видиме што значи оваа грешка од ±1 бар на различни точки во опсегот:

• Мерење на притисок од 100 бари (50% од опсегот): Отчитувањето може да биде од 99 до 101 бари. Релативната грешка во оваа точка е (1 бар / 100 бари) × 100% = ±1%.

• Мерење на притисок од 20 бари (10% од опсегот): Отчитувањето може да биде од 19 до 21 бари. Релативната грешка во оваа точка е (1 бар / 20 бари) × 100% = ±5%.

• Мерење на притисок од 200 бари (100% од опсегот): Отчитувањето може да биде од 199 до 201 бар. Релативната грешка во оваа точка е (1 бар / 200 бари) × 100% = ±0,5%.

Ова открива еден клучен принцип на инструментацијата дека релативната точност на инструментот е најдобра на врвот од неговиот опсег, а најлоша на дното.

Практичен совет: Како да го изберете вистинскиот инструмент?

Односот помеѓу %FS и релативната грешка има длабоко влијание врз изборот на инструмент.Колку е помала референтната грешка, толку е поголема вкупната точност на инструментотСепак, можете да ја подобрите точноста на мерењето едноставно со избирање на точниот опсег за вашата апликација.

Златното правило за одредување на големината на мерењето е да се избере инструмент каде што вашите типични оперативни вредности се во горната половина (идеално, горните две третини) од неговиот опсег на целосна скала. Ајде да разгледаме еден пример:

Замислете дека вашиот процес нормално работи под притисок од 70 бари, но може да има врвови до 90 бари. Размислувате задвапредаватели, и двете со ±0,5% точност на FS:

• Предавател А: Опсег 0-500 бари

• Предавател Б: Опсег 0-100 бари

Да ја пресметаме потенцијалната грешка за вашата нормална работна точка од 70 бари:

Предавател А (0-500 бари):

• Максимална апсолутна грешка = 0,5% × 500 бари = ±2,5 бари.

• На 70 бари, вашето отчитување може да биде отстапено за 2,5 бари. Вашата вистинска релативна грешка е (2,5 / 70) × 100% ≈ ±3,57%. Ова е значајна грешка!

Предавател Б (0-100 бари):

• Максимална апсолутна грешка = 0,5% × 100 бари = ±0,5 бари.

• На 70 бари, вашето отчитување може да биде отстапено само за 0,5 бари. Вашата вистинска релативна грешка е (0,5 / 70) × 100% ≈ ±0,71%.

Со избирање на инструментот со соодветно „компресиран“ опсег за вашата апликација, ја подобривте точноста на мерењето во реалниот свет за фактор пет, иако двата инструмента имаа ист рејтинг на точност „%FS“ на нивните технички листови.

Точност наспроти прецизност: Критична разлика

За целосно совладување на мерењето, уште еден концепт е од суштинско значење: разликата помеѓу точност и прецизност. Луѓето често ги користат овие термини наизменично, но во науката и инженерството тие значат многу различни работи.

Точностisкакомерењето е блиску до вистинската вредностСе однесува на апсолутна и релативна грешка. Прецизен инструмент, во просек, дава точно отчитување.

Прецизностisкакоблиски повеќе мерења на истото нешто се една до другаСе однесува на повторувањето или конзистентноста на мерењето. Прецизен инструмент ви дава речиси исто отчитување секој пат, но тоа отчитување не е нужно точното.

Еве ја аналогијата со целта:

• Прецизно и прецизно: Сите ваши снимки се цврсто групирани во центарот на целта. Ова е идеалното.

• Прецизни, но неточни: Сите ваши истрели се цврсто групирани заедно, но се наоѓаат во горниот лев агол од целта, далеку од метата. Ова укажува на систематска грешка, како што е погрешно позициониран нишан на пушка или лошо калибриран сензор. Инструментот е повторувачки, но постојано погрешен.

• Точни, но непрецизни: Вашите истрели се расфрлани низ целата цел, но нивната просечна позиција е центарот на метата. Ова укажува на случајна грешка, каде што секое мерење флуктуира непредвидливо.

• Ниту точно ниту прецизно: Истрелите се расфрлани случајно низ целата цел, без конзистентност.

Инструмент со спецификација од 0,5% FS тврди дека е точно, додека прецизноста (или повторувањето) често е наведена како посебна ставка во листот со податоци и обично е помал (подобар) број од неговата точност.

Заклучок

Разбирањето на нијансите на грешката е она што го разликува добриот инженер од одличниот.

Накратко, совладувањето на грешката во мерењето бара преминување од основните концепти кон практична примена. Апсолутната грешка ја дава суровата девијација, релативната грешка ја става во контекст на тековното мерење, а референтната грешка (%FS) нуди стандардизирана гаранција за максималната грешка на инструментот во целиот негов опсег. Клучниот заклучок е дека одредената точност на инструментот и неговите перформанси во реалниот свет не се исти.

Со разбирање како фиксната %FS грешка влијае на релативната точност на целата скала, инженерите и техничарите можат да донесат информирани одлуки. Изборот на инструмент со соодветен опсег за апликацијата е исто толку клучен како и неговата оценка на точност, осигурувајќи дека собраните податоци се сигурен одраз на реалноста.

Следниот пат кога ќе прегледате табела со податоци и ќе видите оценка за точност, ќе знаете точно што значи тоа. Можете да ја пресметате максималната потенцијална грешка, да разберете како таа грешка ќе влијае на вашиот процес во различни оперативни точки и да донесете информирана одлука што ќе осигури дека податоците што ги собирате не се само бројки на екран, туку сигурен одраз на реалноста.

Контактирајте ги нашите експерти за мерење