![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Определение погрешности косвенных измерений
Рассмотрим косвенно определяемую величину U=U(x, y, z), являющуюся функцией непосредственно определяемых величин x, y, z, которые описываются классическим распределением вероятности. Если x0, y0, z0 – истинные значения величин x, y, z, то истинное значение U0 определяется выражением
Анализ работ практикума показывает, что все косвенные измерения по поведению истинных значений можно разделить на 3 класса (табл. 1). Таблица 1
К первому классу косвенных величин относятся величины, при определении которых их истинное значение U0 и истинные значения x0, y0, z0 прямых измерений остаются неизменными. Если методика измерений такова, что хотя бы одна из величин x0, y0, z0 изменяется, а истинное значение косвенного измерения постоянно, то такие измерения относятся к измерениям второго класса. У косвенных измерений третьего класса изменяются истинные значения не только прямых, но и косвенных измерений. Примером первого класса может служить объем твердого тела правильной геометрической формы, определяемый в неизменных условиях с помощью линейных измерений. Сопротивление, вычисляемое из закона Ома I=Δ φ /R, если напряжение и ток меняются, относится ко второму классу. Представителем третьего класса косвенных величин является индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником, определяемая при различных токах в обмотке. Данная классификация косвенных измерений методически целесообразна. При обработке каждого класса свой подход, свои возможные варианты. Рассмотрим косвенные измерения I класса. Можно показать [3, 5], что абсолютные погрешности Δ x, Δ y, Δ z прямых измерений x, y, z связаны с абсолютной погрешностью косвенных измерений Δ U соотношением
где ………………………..
ное при средних значениях прямых измерений.
……………………….. При определении частной производной д/дх все переменные, кроме х, считаются постоянными величинами. Аналогично определяются частные производные по другим переменным. Например, для функции f=x+y дf/дx=1, дf/дy=1; для функции с=х-у дс/дх=1, дс/ду=-1. Учтя эти значения, согласно соотношению (3.2) имеем
Если в формуле (3.2) заменить Δ x, Δ y … на Δ хсл, Δ усл, …, получим Δ Uсл, вклад случайных погрешностей в погрешность косвенного измерения. При замене Δ x, Δ y … на Δ хпр, Δ упр, …, соотношение (3.2) будет определять Δ Uпр, приборную погрешность косвенных измерений. Случайную погрешность Δ Uсл можно определить не только с помощью уравнения (3.2), но и с помощью соотношения (3.4):
Для равноточных косвенных измерений I класса среднее значение Uср можно рассчитать двумя способами:
Рекомендуют, как правило, второй способ, требующий меньше вычислений. Относительная погрешность косвенного измерения U может быть рассчитана по определяющей формуле
или по формуле
которая получена из соотношения (3.7) после подстановки в него уравнения (3.2). На основании выражения (3.8) можно предложить правило определения формулы относительной погрешности (правило 1): «Чтобы определить формулу относительной погрешности косвенно определяемой величины, нужно выражение, определяющее ее, прологарифмировать, продифференцировать, знак дифференциала d заменить знаком абсолютной погрешности Δ, возвести каждый член полученного выражения в правой части в квадрат и из суммы квадратов этих членов извлечь квадратный корень». Для формулы объема цилиндра применение правила 1 дает следующее:
Следует отметить, что табличные значения и универсальные постоянные (π, γ, с…), как и любые экспериментально определенные величины, задаются доверительным интервалом, внутри которого они непрерывны и дифференцируемы. Для величины, определяемой произведением или отношением других величин, проще определять формулу относительной, а не абсолютной погрешности. Изобразим возможные варианты определения абсолютной погрешности косвенных измерений в виде граф-схемы:
III кл.
интуиция
Рис.1 Возможные варианты обработки результатов измерений очерчены рамкой. За ее пределами отмечены особенности определения отдельных величин. Как видим из граф-схемы, абсолютную погрешность косвенных измерений I класса можно определить с помощью выражений (3.2), (3.2), (3.7). Последний вариант предполагает знание относительной погрешности ε, расчетную формулу которой рекомендуется получать по правилу I. Последний способ определения абсолютной погрешности Δ U предпочтительнее из-за меньшего объема вычислений. Абсолютные погрешности прямых измерений в расчетной формуле величины ε определяются соотношениями вида (2.8) или, при несовершенной методике, интуитивно. Для косвенных измерений II класса среднее арифметическое значений прямых измерений теряет смысл. Поэтому пути, определяемые формулами (3.2) и (3.7) (см. рис. 1), не могут быть использованы. В результате для косвенных измерений II класса имеем одну возможность определения абсолютной погрешности Δ U на основании соотношения (3.3).
…….
(3.7) Δ х
………………… Рис. 2 Приборную погрешность косвенного измерения Δ Uпр предлагается оценивать с помощью формул (3.2) или (3.7) по результатам одной серии прямых измерений xк, ук, zк. Очевидно, чтобы не уменьшить надежность доверительного интервала (Ucp + Δ U), нужно брать такую серию измерений, для которой Δ Unp имеет наибольшее значение. Среднее значение косвенных измерений II класса можно определить только по формуле (3.5). Для косвенных измерений III класса теряет смысл понятие среднего арифметического значения и для косвенных измерений. Поэтому в этом случае можно определить только вклад приборных погрешностей для каждого измерения. Возможные варианты их определения обозначены на рис. 1 скобкой |____|.
|