Перейти к содержанию

Точность, прецизионность и разрешение измерения

У датчика температуры шаг показаний 0,0078 °C, а погрешность ±0,1 °C. Какое из чисел — его «точность»? Путаница между точностью, разрешением и повторяемостью встречается постоянно, хотя Международный словарь по метрологии (VIM) разводит эти понятия чётко.

Обновлено Редакция GAW

Точность измерения (measurement accuracy) — близость измеренного значения к истинному значению измеряемой величины. По Международному словарю по метрологии VIM (JCGM 200:2012, п. 2.13) это качественное понятие: числом её не выражают, а говорят, что измерение точнее, если его погрешность меньше. Численно в даташитах задают как раз погрешность — пределы, в которых гарантированно лежит отклонение показаний.

Три понятия, которые путают

Понятие (VIM)Что означаетЧто его портит
Правильность (trueness), 2.14среднее многих измерений близко к опорному значениюсистематическая погрешность: смещение, ошибка коэффициента
Прецизионность (precision), 2.15повторные измерения близки друг к другуслучайная погрешность: шум, нестабильность
Точность (accuracy), 2.13отдельный результат близок к истинномуи то, и другое

VIM отдельно предупреждает, что слово «precision» часто ошибочно употребляют в смысле «accuracy». Прибор может быть прецизионным, но неправильным: десять одинаковых показаний, и все сдвинуты на одну величину.

Разрешение

Разрешение (resolution, п. 4.14) — наименьшее изменение величины, которое вызывает заметное изменение показания. У цифрового прибора оно ограничено шагом последней цифры — см. «Счёт дисплея мультиметра», — у АЦП младшим разрядом, но может быть и хуже из-за шума. Разрешение не гарантирует точность:

TMP117 (TI)Значение
Разрешение7,8125 м°C (1 LSB)
Повторяемость±1 LSB
Погрешность, −20…50 °C±0,1 °C (макс.)
Погрешность, −40…100 °C±0,2 °C (макс.)

Датчик замечает изменение на 0,008 °C, а за абсолютное значение ручается с точностью в 13 раз грубее (наш расчёт: 0,1 / 0,0078). Это нормально: мелкий шаг полезен, чтобы видеть тенденцию, но читать показание до последнего знака как истину нельзя.

Как это выглядит в даташитах

Погрешность мультиметров задают двумя слагаемыми — процент от показания плюс несколько единиц младшего разряда, при оговорённой температуре и в течение срока после калибровки. У датчиков и АЦП различают типовое и предельное значение: гарантией служит только предельное.

Не путать разрешение с разрядностью АЦП: 12 разрядов задают шаг кода, но из-за шума и искажений реальное разрешение меньше — его оценивает эффективное число разрядов (ENOB).

Частые вопросы

Чем точность отличается от разрешения?

Разрешение — наименьшее изменение величины, которое прибор замечает и показывает: шаг последней цифры или младший разряд АЦП. Точность — насколько показание близко к истинному значению. У датчика TMP117 разрешение 0,0078 °C, а гарантированная погрешность — ±0,1 °C: шаг его показаний примерно в 13 раз мельче, чем погрешность, за которую он ручается (наш расчёт).

Что такое прецизионность (precision) и правильность (trueness)?

По VIM прецизионность — насколько близки друг к другу результаты повторных измерений одного и того же; её выражают разбросом, например среднеквадратичным отклонением. Правильность — насколько среднее многих измерений близко к опорному значению; её портит систематическая погрешность. Точность включает обе: прибор может давать стабильные, но смещённые показания — прецизионный, но неправильный.

Почему точность прибора указывают на год после калибровки?

Потому что параметры прибора со временем и с температурой уходят. Fluke, например, задаёт погрешность мультиметров 83V и 87V при 18–28 °C на год после калибровки. После этого срока прибор снова сверяют с эталоном и при необходимости подстраивают.

Источники

  1. JCGM 200:2012. International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM), 3rd edition — 2.13 measurement accuracy — близость измеренного значения к истинному, не величина и не выражается числом; термин не применять вместо trueness и precision; 2.14 measurement trueness — близость среднего бесконечного числа повторных измерений к опорному значению, связана с систематической погрешностью; 2.15 measurement precision — близость показаний при повторных измерениях в заданных условиях, выражается СКО, дисперсией; иногда ошибочно используется вместо accuracy; 2.16 measurement error — измеренное значение минус опорное; 4.14 resolution — наименьшее изменение величины, вызывающее заметное изменение показания, может зависеть от шума; 4.15 разрешение показывающего устройства — наименьшая различимая разность показаний
  2. Texas Instruments. TMP117 High-Accuracy, Low-Power, Digital Temperature Sensor (SNOSD82D, revised September 2022) — разд. 1 и табл. Electrical Characteristics: погрешность ±0,1 °C (макс.) от −20 до 50 °C, ±0,2 °C от −40 до 100 °C; разрешение 7,8125 м°C (1 LSB); повторяемость ±1 LSB при 3,3 В, 8 усреднений, цикл 1 Гц
  3. Fluke. Fluke 83V and 87V Digital Multimeters, Detailed Specifications (2161164 D-US-N Rev B, 4/2005) — точность задана как ±([% от показания] + [число единиц младшего разряда]) при 18–28 °C, влажности до 90 %, в течение года после калибровки

Нашли ошибку?