- •О.П. Пономарев Метрология, стандартизация и сертификация. Практикум по метрологии
- •Классификация погрешностей измерений
- •2 Методы определения, учета и коррекции погрешностей
- •3 Погрешности измерительных устройств
- •4 Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств
- •4.1 Погрешности измерительных систем
- •5 Оценка случайных погрешностей
- •5.1 Некоторые сведения из теории вероятностей и математической статистики
- •6 Решение задач
- •5.2 Случайная погрешность результата косвенных измерений. Суммирование погрешностей
- •7 Тесты для самоконтроля
- •Классификация погрешностей измерений ……………………………….
5.2 Случайная погрешность результата косвенных измерений. Суммирование погрешностей
Пусть
измеряемая величина
функционально связана с одной или
несколькими непосредственно измеряемыми
величинами
,
т.е.
.
Абсолютная погрешность измерений
.
(5.8)
Относительная погрешность результата измерений
.
(5.9)
Если
результаты прямых измерений определены
с СКО
,
то
.
(5.10)
При
измерениях может быть несколько
источников систематических и случайных
погрешностей. При суммировании
составляющих неисключенной систематической
погрешности их конкретные реализации
можно рассматривать как реализации СВ.
Если известны границы
составляющих неисключенной систематической
погрешности, а распределение этих
составляющих в пределах границ равномерно,
то граница неисключенной систематической
погрешности результата измерения
рассчитывается по формуле
,
(5.11)
где
- коэффициент, определяемый принятой
доверительной вероятностью. При
доверительной вероятности 0,95 коэффициент
(ГОСТ 8.207-76).
При суммировании случайных погрешностей необходимо учитывать их корреляционные связи. Суммарная средняя квадратическая погрешность при двух составляющих вычисляется по формуле
,
(5.12)
где
- средние квадратические погрешности
отдельных составляющих;
- коэффициент корреляции, причем
для
и
при
.
Следовательно, при отсутствии
корреляционной связи средние квадратические
погрешности складываются геометрически,
а при жесткой корреляционной зависимости
– алгебраически [2].
Если
отношение
,
то в соответствии с ГОСТ 8.207-76 неисключенными
систематическими погрешностями по
сравнению со случайными пренебрегают
и принимаю, что граница погрешности
результата измерений
,
где
-
коэффициент Стьюдента, определяемый
из табл.5.2. Если
,
то пренебрегают случайной погрешностью
по сравнению с систематической и считают,
что граница погрешности результата
.
6 Решение задач
Задача
1. В
ходе
опытов по измерению сопротивления
резистора R,
предназначенного для аттенюатора,
получены значения, приведенные в таблице.
Укажите доверительные границы истинного
значения сопротивления при доверительной
вероятности
.
Вычисленные значения отклонений по формуле (5.3) сведены в таблицу.
|
|
|
|
1 |
560 |
-4,5 |
20,25 |
2 |
595 |
30,5 |
930,25 |
3 |
569 |
4,5 |
20,25 |
4 |
561 |
-3,5 |
12,25 |
5 |
559 |
-5,5 |
30,25 |
6 |
560 |
-4,5 |
20,25 |
7 |
555 |
-9,5 |
90,25 |
8 |
561 |
-3,5 |
12,25 |
9 |
562 |
-2,5 |
6,25 |
10 |
563 |
-1,5 |
2,25 |
Среднее
арифметическое
.
Оценку СКО рассчитаем по формуле (5.5):
.
При этом
.
Второе
измерение сильно отличается от остальных.
Проверим, не является ли оно грубой
погрешностью. Доверительная вероятность
.
Максимальная погрешность
.
Из таблицы следует, что 30,5<33,84 и второе
измерение не является грубой погрешностью
для доверительной вероятности
.
Оценка
СКО среднего арифметического по формуле
(5.6):
.
Доверительный интервал определим по
доверительной вероятности
,
используя формулу (5.1):
.
Так
как
,
то по таблице для интегралов вероятности
(например, в [4]) находим:
,
т.е.
.
Таким образом, границы доверительного
интервала:
или
.
Задача
2. При
многократном измерении температуры
в производственной помещении получены
значения в
:
20,4; 20,2; 20,0; 20,5; 19,7; 20,3; 20,4; 20,1. Укажите
доверительные границы истинного значения
в помещении с вероятностью
(коэффициент Стьюдента
).
Для
числа измерений
определяем среднее арифметическое
температуры
.
Используя формулу (5.6) находим
.
По формуле (5.7) находим доверительные
границы истинного значения температуры:
при
.
Задача 3. Мультиметр при измерении электрической емкости класса точности 2/1 на диапазоне до 2 мкФ показывает 0,8 мкФ. Определить предел допускаемой относительной погрешности прибора.
Для определения предела допускаемой погрешности СИ используется формула:
,
(5.13)
где
- класс точности СИ высокий (низкий);
- предел шкалы измерений (показание
прибора). Расчеты показывают, что
.
Задача
4. При
измерении электрического сопротивления
нагрузки омметр показывает 85 Ом. СКО
показаний
,
систематическая погрешность от
подключения омметра в сеть
.
Найти доверительные границы для истинного
значения сопротивления с вероятностью
.
При
решении задачи необходимо учитывать
правило суммирования погрешностей. По
условию задачи систематическая
погрешность вычитается из показаний
прибора, а случайная имеет знак
,
т.е. используется правило:
.
Тогда
для
.
Задача
5.
Электрическое сопротивление нагрузки
определяется по закону Ома
.
При измерении силы тока и напряжения
получены значения:
.
Найти значение сопротивления
.
Определим
верхнее и нижнее значения сопротивления
с учетом погрешностей:
.
С учетом данных пределов сопротивления
результат измерения записывается в
виде:
.
Задача
6. При
определении силы инерции по зависимости
измерениями получено значение массы
100 кг и ускорение 2 м/с
.
СКО результатов измерений:
.
Найти случайную погрешность измерения
силы
с вероятностью
.
Очевидно,
что проводится косвенное измерение
силы
,
когда результаты прямых измерений
определены с СКО
и
.
Случайная погрешность измерения силы
в соответствии с формулой (5.10) определяется
следующим образом:
(5.14)
и
составляет
.
