Погрешности косвенных измерений кратко

Обновлено: 05.07.2024

Погрешности прямых измерений. Абсолютная погрешность. Относительная погрешность. Систематические и случайные погрешности. Закон распределения случайных погрешностей. Среднее квадратическое отклонение (ошибка). Средняя арифметическая среднего арифметического. Погрешности косвенных измерений. Правила представления результатов измерений. Правила записи погрешностей. Правила записи ошибок. Таблица определения погрешностей косвенных измерений суммы, произведения, степенной функции, частного, корня. Примеры определения количества значащих цифр.

Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

По техническому назначению:

- Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера;

- Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем;

- Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем;

- Измерительная установка – совокупность функционально объединённых средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств (которые отслеживают величины, влияющие на метрологические свойства другого средства измерения при его применении), предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте;

- Измерительная система – совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналом связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства средств измерения:

- Эталон – средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и/или хранение единицы, а так же передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке;

- Вторичный эталон – часть подчинённых средств хранения единиц и передачи их размера, значения которых устанавливаются по первичным эталонам; создаются и утверждаются для уменьшения износа государственного эталона;

- Рабочий эталон – применяют для передач размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях – наиболее точным рабочим средствам измерений;

- Рабочее средство измерений – применяют для измерений, не связанных с передачей размеров единиц.

Погрешности грубая, систематическая, случайная

По закономерностям проявления:

- Систематическая погрешность (Δс)– составляющая погрешности, величина и знак которой постоянны или изменяются закономерно (при усилении постоянного напряжения неполная компенсация смещения нуля приводит к постоянной для данного СИ погрешности, которую пытаются до определённого предела компенсировать при изготовлении прибора) (пример: разряд аккумулятора);

- Случайная погрешность (Δ°)– погрешность, значение которой изменяется случайным образом (при повторном измерение в одних и тех же условиях); является следствием любых случайных процессов (хаотичное движение электронов) или наложения большого количества детерминированных процессов, так что выяснить закономерность невозможно; можно уменьшить случайную погрешность проведением большого числа испытаний;

- Грубая погрешность– существенное превышение ожидаемой погрешности, то есть такой, которая оправдана классом точности, методом и условиями измерения и квалификацией оператора; может возникнуть при резком изменении измеряемой величины (пример: скачок напряжения);

Закон распределения Стьюдента, его численные характеристики

Для уменьшения влияния случайной погрешности используют статистическую обработку

результатов многократных наблюдений.

Х1, Х2,…, Хn –> Х~ - точечная оценка математического ожидания истинной измеряемой величины

(D[X~] –>min=>ближе к математическому ожиданию)

Закон распределения Стьюдента:

Погрешности прямых и косвенных измерений

Прямыминазывают измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При этом измеряемую величину сравнивают с мерой измерительными приборами, градуированными в требуемых единицах (пример: измерение напряжение вольтметром).

Косвенныеизмерения – искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (пример: измерение затухания четырёхполюсника по значениям входных и выходных напряжений).

§ Погрешность косвенных воспроизводимых измерений — погрешность вычисляемой (не измеряемой непосредственно) величины:

Если F = F(x₁,x₂. x_n), где x_i — непосредственно измеряемые независимые величины, имеющие погрешность Δx_i, тогда:

§ Погрешность косвенных невоспроизводимых измерений - вычисляется по принципу прямой погрешности, но вместо x_i ставится значение полученное в процессе расчётов.

§ Погрешность прямых измерений - вычисляются по формуле

где : t = S_xα_s - S_x - средняя квадратическая погрешность, а α_s - коэффициент Стьюдента, а А - число, численно равное половине цены деления измерительного прибора.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Промахи - грубые ошибки, существенно превышающие ожидаемую при данных условиях погрешность. Они вызываются невнимательностью экспериментатора, использованием неисправных приборов и т.д. Как правило, промахи быстро выявляются; наблюдения, содержащие их, следует отбрасывать, как не заслуживающие доверия.

2. Случайные погрешности - погрешности, вызванные большим числом случайных неконтролируемых помех (сотрясением фундамента здания, изменением напряжения электрической сети, реакцией наблюдателя). В итоге при повторных наблюдениях получаются несколько отличающиеся друг от друга результаты. Исключить случайные погрешности нельзя, можно лишь оценить их величину. Это можно сделать, применяя теорию погрешностей.

В случае небольшого числа измерений (именно так обстоит дело в учебных лабораториях) вычисляем полуширину доверительного интервала по формуле:

Dх_сл , (1. 4)

где t_a,n - некоторое, зависящее от a и n число, называемое коэффициентом Стьюдента. Зависимость t_a,n от n понятна: чем больше n, тем меньше отличается от истинного значения, и тем меньше будет доверительный интервал, точнее результат измерения, а значит меньше t_a,n.

3. Систематическиминазываются погрешности, которые сохраняют свою величину и знак во время эксперимента. Систематические ошибки вызываются разными причинами, односторонне влияющими на результат измерений:

· ограниченной точностью приборов (измерительных инструментов) – приборные (инструментальные погрешности);

· неправильной настройкой (неравные плечи весов, стрелка не установлена на ноль и т.д.);

· округлениями, которые производятся при измерениях и вычислениях.

При выполнении лабораторных работ приходится оценивать, как правило, следующие систематические ошибки.

3.1. Приборная (инструментальная) погрешность. Погрешность показания прибора (например, связанная с неправильностью разбивки шкалы амперметра, линейки. ) является вполне определенной. При обработке результатов измерений этот вид погрешностей задается в виде так называемой предельной погрешности прибора (коротко - приборной погрешности), указывающей, какова максимально возможная погрешность при использовании данного прибора. При этом для одних приборов указывается предельная абсолютная погрешность Dх_пр, для других (электроизмерительных, части оптических) предельная относительная погрешность (класс точности прибора k).

Классом точности прибора называется отношение предельной абсолютной погрешности к максимальному значению измеряемой прибором величины

100 . (1.5)

Классов точности семь: 0,02; 0.05; 0,1; 0.5; 1; 2,5; 4. Это число указано на шкале прибора. Зная класс точности и пределы измерения прибора, можно рассчитать его предельную погрешность

. (1.6)

Приборная погрешность других приборов равна точности измерительного прибора, под которой понимают ту наименьшую величину, которую можно надежно определить с помощью данного прибора. Точность прибора зависит от цены наименьшего деления его шкалы и указывается на самом приборе или в его паспорте. Если этих данных нет, то пользуются следующими правилами: если прибор снабжен нониусом (например, штангенциркуль), то его точность (и приборная погрешность) равна цене наименьшего деленияDх_пр =D. При этомD = l / m, где l - цена наименьшего деления основной шкалы прибора, m - число делений нониуса. При отсутствии нониуса (линейка, термометр. ) точность прибора равна половине наименьшего деления шкалы прибора .

Приборная погрешность Dх_пр представляет собой наибольшую погрешность, даваемую прибором. Действительная же погрешность прибора Dх_пр ст (стандартное отклонение) носит случайный характер и меньше Dх_пр. Строгих формул для перевода Dх_пр в Dх_пр ст нет, чаще всего пользуются выражением

, (1.7)

где - коэффициент Стьюдента при n = ¥.

3.2. Погрешность округления при измерении. При измерениях показания приборов часто лежат между делениями шкалы. Отсчет “на глаз” долей деления затруднительны. Поэтому показания приборов, как правило, округляются - возникает погрешность округления при измерениях.

Интервал округления может быть различным. Чаще всего это либо цена наименьшего деления шкалы - D, либо половина цены деления. Очевидно, максимальная погрешность округления равна половине интервала округления, т.е. величине D/2. Действительная же погрешность меньше, и при доверительной вероятностиa за погрешность округления принимают величину

. (1.8)

4. Полная погрешность. Как уже отмечалось, в реальных условиях присутствуют как случайные, так и систематические погрешности. В теории вероятности показывается, что погрешность, обусловленная несколькими независимыми причинами, определяется квадратичным суммированием, т. е. полная абсолютная погрешность прямого измерения

. (1.9)

. (1.10)

При этом доверительная вероятность a выбирается одинаковой для всех видов погрешностей.

Погрешности косвенных измерений

Задача ставится так: пусть искомая величина z определяется через другие величины a, b, c, . полученные при прямых измерениях

z = f (a, b, c. ) . (1.11)

Необходимо найти среднее значение функции и погрешность ее измерений, т.е. найти доверительный интервал

(1.12)

при надежности a и относительную погрешность .

Что касается , то оно находится путем подстановки в правую часть (1.11) вместо a, b, c. их средних значений

. (1.13)

Абсолютная погрешность косвенных измерений является функцией абсолютных погрешностей прямых измерений. Если величины a, b, c, . в функцию z = f (a, b, c. ) входят в виде сомножителей в той или иной степени, т. е. если

(1.14)

(кроме случаев, когда показатель равен –1), то сначала удобно вычислить относительную погрешность

, (1.15)

а затем абсолютную

. (1.16)

Погрешности прямых измерений

Принято различать три типа погрешностей прямых измерений: промахи, систематические погрешности и случайные погрешности.

Dх_сл , (1. 4)

· ограниченной точностью приборов (измерительных инструментов) – приборные (инструментальные погрешности);

· неправильной настройкой (неравные плечи весов, стрелка не установлена на ноль и т.д.);

· округлениями, которые производятся при измерениях и вычислениях.

При выполнении лабораторных работ приходится оценивать, как правило, следующие систематические ошибки.

100 . (1.5)

. (1.6)

, (1.7)

где - коэффициент Стьюдента при n = ¥.

. (1.8)

. (1.9)

. (1.10)

При этом доверительная вероятность a выбирается одинаковой для всех видов погрешностей.

Погрешности косвенных измерений

z = f (a, b, c. ) . (1.11)

Необходимо найти среднее значение функции и погрешность ее измерений, т.е. найти доверительный интервал

(1.12)

при надежности a и относительную погрешность .

Что касается , то оно находится путем подстановки в правую часть (1.11) вместо a, b, c. их средних значений

. (1.13)

(1.14)

(кроме случаев, когда показатель равен –1), то сначала удобно вычислить относительную погрешность

, (1.15)

а затем абсолютную

. (1.16)

Чтобы найти погрешность косвенных измерений, надо воспользоваться формулами, приведенными в таблице. Эти формулы могут быть выведены "методом границ".

Сначала надо вспомнить основные понятия теории погрешности.

Абсолютная погрешность физической величины ΔА - это разница между точным значением физической величины и ее приближенным значением и измеряется в тех же единицах, что и сама величина:

Так как мы никогда не знаем точного значения величины А, а лишь определяем из опыта ее приближенное значение, то и величину абсолютной погрешности мы можем определить лишь приблизительно. Наиболее просто находится максимальная величина абсолютной погрешности, которая и используется нами в лабораторных работах.

Относительная погрешность измерения ε_А равна:

При косвенных измерениях величину погрешности искомой величины вычисляют по формулам:

В случае, когда искомая величина находится по формуле, в которой в основном присутствуют произведение и частное, удобней находить сначала относительную погрешность. Если при этом один из множителей представляет собой сумму или разность, нужно предварительно найти его абсолютную погрешность (сложением абсолютных погрешностей слагаемых), а затем относительную.

Зная относительную погрешность, найти абсолютную погрешность измерений можно так:

при суммировании погрешностей любым из слагаемых можно пренебречь, если оно не превосходит ⅓ – ⅟ 4 от другого.

Запись результата с указанием погрешности.

Абсолютная погрешность измерений обычно округляется до 1 значащей цифры, а, если эта цифра 1, то до двух.

Результат записывается в виде:

А = А_изм ± ΔА, например: ℓ = (13 ± 2) мм.

Пример оценки погрешностей косвенных измерений № 1

Пример оценки погрешностей косвенных измерений № 2

Задания для самостоятельного решения

Задание 1. Найдите плотность вещества, из которого сделан куб со стороной 7,00 ± 0,15 см, если его масса 847 ± 2 г. Что это за вещество?

Задание 2. Найдите удельную теплоту сгорания топлива, 2,10 ± 0,15 г которого хватило, чтобы нагреть 400 ± 10 мл воды на 35°С ± 2°С. Что это за топливо?

Читайте также: