- •Введение. Расчет погрешностей измерений
- •По классу точности прибора;
- •На приборе, как число с наименованием единиц величин, измеряемых прибором;
- •Как половина цены наименьшего деления шкалы прибора.
- •Как полный дифференциал с последующей заменой дифференциалов соответствующими погрешностями;
- •Путем логарифмирования и последующего дифференцирования расчетной формулы.
- •Лабораторная работа № 3. ( 4 часа ) изучение законов вращательного движения с помощью маятника обербека
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №13. ( 4 часа ) определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы и задания
- •Контрольные вопросы
Как полный дифференциал с последующей заменой дифференциалов соответствующими погрешностями;
Путем логарифмирования и последующего дифференцирования расчетной формулы.
Рассмотрим подробнее каждый из способов нахождения погрешности косвенных измерений.
1. Определение погрешности косвенных измерений как полный дифференциал с последующей заменой дифференциалов соответствующими погрешностями.
Если искомая величина является функцией нескольких переменных, например, f(x,y), то погрешность косвенных измерений можно определить по формуле:
. (9)
Например, ускорение при поступательном движении определяется как .
Тогда , .
Так как , то
Независимо от знака производных, слагаемые в последнем выражении должны учитываться только со знаком «+», так как погрешность при измерении нескольких переменных может только увеличиваться. Если в формулу входят константы, то при расчетах в них необходимо учитывать хотя бы на одну значащую цифру больше, чем в измеряемой величине, тогда они практически не вносят погрешности в результат измерения.
2. Определение погрешности косвенных измерений путем логарифмирования и последующего дифференцирования расчетной формулы.
Например, абсолютная погрешность в определении ускорения может быть найдена в результате логарифмирования и последующего дифференцирования соотношения .
Логарифмируем расчетную формулу: ln а = ln 2 + ln h – ln t 2.
Дифференцируем полученное выражение: .
Заменяя дифференциалы на соответствующие им абсолютные погрешности величин прямых измерений, и учитывая, что независимо от знака дифференциалов, слагаемые берутся только со знаком «+», так как погрешность при измерении нескольких переменных может только увеличиваться, получим:
, .
Абсолютная погрешность измерения представляет собой необходимую информацию об измеряемой величине. Однако, она не всегда оказывается наглядной. Допустим, что X=5 см. Много это или мало? Если измеряется длина подошвы Х, то это много. Если Х это длина комнаты, то это немного. Если же Х расстояние между автобусными остановками, то это ничтожно мало.
Иначе воспринимается так называемая относительная погрешность
, (10)
которую можно выразить в процентах, если умножить на 100 %.
Окончательный результат измерения представляется в виде:
< единицы измерения >; ε = … % ; = < значение >. (11)
Например, а=(2,9 0,3) м /с2 ; = 10,3 % ; =0,95.
Правильная запись окончательного результата предполагает его округление. Для этого нужно вспомнить, что такое значащие цифры (знаки) в числе. Любое число можно представить с произвольным количеством нулей слева. Например, 00052,0310 = 52,031. Первая ненулевая цифра слева это первая значащая цифра. В данном случае это цифра 5. Вторая цифра 2, третья 0 и т.д. Цифры справа от первой значащей формально также могут быть значащими, однако, в зависимости от измеряемой величины и способа ее измерения количество их также ограничено.
Предположим, что среднее значение величины Х и ее абсолютная погрешность Х найдены. Перед округлением величин Хср и Х они должны быть приведены к одинаковым наименованиям. Множители типа 10n также должны быть одинаковыми. Например, значения X = 154,51010-2 м и Х = 3,814102 мм могут быть приведены к виду Х = 154,51 см, Х = 38,14 см. В первую очередь округляют погрешность Х. Так как Х это уже сама по себе погрешность, и, следовательно, определяет интервал допустимых значений, то указание ее с большой точностью (с большим количеством знаков после запятой) теряет смысл. В случае округления с точностью до десятых при округлении Х пользуются следующим правилом: если первая значащая цифра после запятой равна 1, то Х округляется до двух знаков (четвертая строка в таблице 1), в остальных случаях до одного знака. В тех случаях, когда измерения выполняются с большой точностью, округление результатов проводится с точностью, не меньшей точности прибора. Примеры округления результатов вычислений, в зависимости от заданной точности, приведены в таблице 1. Во всех случаях после округления количество знаков после запятой в погрешности Х и среднем значении величины Х должно быть одинаковым.
Таблица 1. Правила округления результатов
Номер строки |
Точность округления |
До округления |
После округления |
||
Хср |
Х |
Хср |
Х |
||
1 2 3 4 5 6 7 |
до целых до целых до десятых
до сотых до тысячных до десятитысячных |
65, 213 88443, 1 2, 858 5, 353 256, 368 35, 2083 2, 316275 |
2, 187 727, 05 0, 23 0, 186 1, 543 0, 01708 0, 00147 |
65 88400 2, 9 5, 35 256, 37 35, 208 2, 3163 |
2 700 0, 2 0, 19 1, 54 0, 017 0, 0015 |
Таблица 2. Значения коэффициентов Стьюдента
-
число измерений n
2
3
4
5
6
7
8
9
10
надежность =0,95
12,7
4,3
3,2
2,8
2,6
2,4
2,4
2,3
2,3