- •Теоретична частина
- •I.Види вимірювань
- •II.Типи і походження похибок вимірювань
- •III.Абсолютні похибки вимірювань. Розподіл Гауса
- •IV.Відносні похибки вимірювань
- •V.Довірчий інтервал і довірча ймовірність
- •VI.Обробка результатів вимірювань
- •Оцінка випадкових похибок прямих вимірювань
- •Виявлення промахів
- •Оцінка випадкових похибок непрямих вимірювань
- •Графічне зображення результатів вимірювань
- •Експериментальна частина Лабораторна робота 1-0 Визначення об'єму циліндра
- •Контрольні питання
-
Похибки округлення виникають при округленні результатів. Правила округлення відомі з курсу середньої школи. Легко зрозуміти, що якщо якесь число округлено, то максимальна абсолютна похибка округлення не перевищує п'яти одиниць першого відкинутого розряду. Якщо ми пишемо, що а = 10.5, то це значить, що до округлення величина знаходилася в межах від 10.45 до 10.55. Інакше кажучи, а = 10.5 ± 0.05. Сказане вище повністю відповідає до використовування табличних даних.
-
Значення фізичної величини, що виміряється, визначається по шкалі приладу з урахуванням ціни поділу. При цьому, похибки відліку виникають тоді, коли стрілка вимірювального приладу вказує в проміжок між поділами. В цьому випадку, записуючи результат, ми навряд чи помилимося більш ніж на половину ціни поділки (ц.п.) приладу (тобто 0.5 ц.п.), у крайньому разі, ми помилимося на всю ціну поділки. Ціна поділу шкали приладу дорівнює верхній межі вимірювання, поділеній на число поділів. Наприклад, для діапазону вимірювання напруги з верхньою межею 30 В і числа поділів 150 ціна поділу дорівнює 0,2 В.
-
Оцінка випадкових похибок прямих вимірювань
При n вимірюваннях величини Х вимірюваннях, шукану величину Хіст та випадкові похибки, які виникають при вимірюваннях даної величини, можна врахувати, за такою послідовністю:
-
Проведемо кінцеву кількість (n) вимірювань величини Х: Х1, Х2, Х3 ..., Хn.
-
Знайдемо середнє значення наших вимірювань: .
-
Отримаємо абсолютні похибки кожного вимірювання:
-
Зведемо в квадрат , та просумуємо їх:
-
Обчислимо середньоквадратичну похибку:
-
Отримаємо середньоквадратичну похибку ряду вимірювань:
.
-
Знайдемо відносну похибку: .
-
Запишемо остаточний результат: .
Отриманий та записаний у такому вигляді результат, говорить про те, що визначена нами довірча ймовірність не нижче 95%.
-
Виявлення промахів
На прикладі, покажемо, як врахувати та видалити грубу похибку вимірювань. Знайдемо відстань Хіст, яку пропливає човник (байдарка) за 30 секунд. Припустимо, що цю відстань ми можемо безпосередньо виміряти.
-
Знайдемо середнє значення наших вимірювань .
-
Обчислимо абсолютні похибки кожного вимірювання:
№ п/п |
Хi, м |
Хi, м |
(Хi)2, м2 |
1 |
15,0 |
0,3 |
0,09 |
2 |
15,1 |
0,2 |
0,04 |
3 |
15,2 |
-0,1 |
0,01 |
4 |
16,1 |
-0,8 |
0,64 |
5 |
14,9 |
-0,4 |
0,16 |
(м) |
-
Зведемо в квадрат , та просумуємо їх:
(м).
-
Обчислимо середньоквадратичну похибку
(м).
-
Обчислимо середньоквадратичну похибку ряду вимірювань
.
-
Порівняємо тепер абсолютні похибки кожного вимірювання з потрійною середньоквадратичною похибкою ряду вимірювань . При цьому має виконуватись умова: .
-
Значення Хі,, для якого абсолютна похибка вимірювання перевищує потрійну середньоквадратичну похибку ряду вимірювань , є грубою помилкою вимірювань. У нашому випадку це є четверте значення Х4=16,1 (м). Це значення необхідно вилучити з наших вимірювань.
-
Повторюємо пункт 1-5, без врахування Х4. Отримаємо:
(м)
.
.
-
Знайдемо відносну похибку
-
Запишемо остаточний результат:
Хіст=15,05±2·0,065 (м).
-
Оцінка випадкових похибок непрямих вимірювань
У більшості випадків шукана величина часто сама залежить від декількох величин. Така величина не вимірюється безпосередньо, а визначається по відповідним математичним робочим формулам. Вимірювання, при яких визначувана величина обчислюється з деякого числа прямих вимірювань, називають непрямими.
-
Наведемо схему для отримання помилки шуканої величини, при непрямих вимірюваннях:
-
Припустимо, що шукана величина складається з суми двох величин, які ми можемо безпосередньо виміряти .
-
-
Робимо заміну виміряних величин на їх середні значення (X, Y на ).
-
Диференціюємо отриману формулу: .
-
За умови, що абсолютна похибка кожного вимірювання Δаі не перевищує потрійне значення середньої квадратичної похибки (тобто ), робимо заміну знаку диференціалу d на .
-
Зводимо кожен доданок в квадрат, та отримаємо:
-
Беремо квадратне корінь з отриманого результату:.
-
Якщо шукана величина складається з суми двох величин Z=C1a+C2b, де C1,C2 – const, то для середньоквадратичної похибки отримаємо .
-
У більш складних випадках, наприклад, коли шукана величина складається з добутку двох величин Z=a·b, спочатку беремо натуральний логарифм з робочої формули: . А далі все робимо згідно наведеної вище схеми:
-
Диференціюємо отриману формулу: .
-
Зводимо кожен доданок в квадрат, та отримаємо: .
-
Беремо квадратне корінь з отриманого результату та, остаточно, для середньоквадратичної похибки отримаємо .
-
У лабораторні роботі 1-0 (визначення об‘єму циліндра), наведеної нижче, на прикладі наведено знаходження непрямої похибки вимірювання . Як бачимо, формули для обробки результатів різноманітних непрямих вимірювань залежать від виду робочої формули, яка зв‘язує величини, що виміряються прямо з шуканою величиною.