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)

Формулы для Dz и e_z часто приводятся в справочной литературе.

Примечания.

1. При косвенных измерениях в расчетные формулы могут входить известные физические константы (ускорение свободного падения g, скорость света в вакууме с и т. д.), числа типа дробные множители 1/3, 1/6.... Эти величины при вычислениях округляются. При этом, естественно, в расчет вносится погрешность - погрешность округления при вычислениях, которая должна учитываться.

Принято считать, что погрешность округления приближенного числа равна половине единицы того разряда, до которого это число было округлено. Например, p = 3, 14159.... Если взять p = 3, 1, то Dp = 0, 05, если p = 3, 14, то Dp = 0, 005... и т.д. Вопрос о том, до какого разряда округлять приближенное число, решается так: относительная ошибка, вносимая округлением, должна быть того же порядка или на порядок меньше, что и максимальная из относительных ошибок других видов. Таким же образом оценивается абсолютная ошибка табличных данных. Например, в таблице указано r =13, 6 ·10³ кг/ м³, следовательно, Dr = 0, 05·10³ кг/м³.

Ошибки значений универсальных постоянных часто указываются вместе с их средними значениями: с = м/c, т.е. Dс = 0, 3× 10³ м/c.

2. Иногда при косвенных измерениях условия опыта при повторных наблюдениях не совпадают. В этом случае значение функции z вычисляется для каждого отдельного измерения, а доверительный интервал вычисляется через значения z так же, как при прямых измерениях (все погрешности здесь входят в одну случайную погрешность измерения z ). Величины, которые не измеряются, а задаются (если они есть), должны быть указаны при этом с достаточно большой точностью.

Например, при определении вязкости жидкости методом Стокса (лабораторная работа № 2) при использовании нескольких шариков разного диаметра абсолютная погрешность будет (см. (1.4))

(1.17)

где i - номер опыта, n - число опытов.

В качестве итога всего, сказанного выше, приведем порядок обработки результатов измерений.

Порядок обработки результатов измерений

Прямые измерения

1. Вычислить среднее значение для n измерений: .

2. Найти погрешности отдельных измерений .

3. Вычислить квадраты погрешностей отдельных измерений и их сумму: .

4. Задать надежность a (для наших целей принимаем a = 0, 95) и по таблице определить коэффициенты Стьюдента t_{a, n} и t_a,_¥..

5. Произвести оценку систематических погрешностей: приборной Dх_пр и ошибки округления при измерениях Dх_окр =a D/2 ( D - цена деления прибора) и найти полную погрешность результата измерений (полуширину доверительного интервала):

6. Оценить относительную погрешность

100 %.

7. Окончательный результат записать в виде

% при a =...

Косвенные измерения

1. Для каждой величины, измеренной прямым способом, входящей в формулу для определения искомой величины , провести обработку, как указано выше.

2. Определить среднее значение искомой величины z = f (< a> , < b>, < c>, ...). При этом если среди величин a, b, c, ... есть табличные константы или числа типа p, е, ..., то при вычислениях округлять их следует так (если это возможно), чтобы вносимая при этом относительная ошибка была на порядок меньше наибольшей относительной ошибки величин, измеренных прямым способом.

3. Если зависимость z от a, b, c,... имеет вид , где k, l, m - любые действительные числа, то относительную ошибку вычисляют так:

а затем вычисляют абсолютную ошибку .

4.Окончательный результат следует записать в виде

z = < z> ± D z, % при a = ….

Примечание.

При обработке результатов прямых измерений нужно следовать следующему правилу: численные значения всех рассчитываемых величин должны содержать на один разряд больше, чем исходные (определенные экспериментально) величины.

При косвенных измерениях вычисления производить по правилам приближенных вычислений.

В окончательной записи абсолютной погрешности следует оставлять только одну значащую цифру. Если этой цифрой окажется 1 или 2, то после нее сохраняют еще одну цифру.

Среднее значение округляется до того же результата, что и абсолютная погрешность.

Например: V = см = см ,

I = (5, 530±0, 013) A, A = Дж.

Порядок выполнения работы

Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая