для чего проводят многократные измерения

В каких случаях проводят измерения с многократными независимыми наблюдениями? Что принимают за результат таких измерений?

Лабораторная работа № 3

В каких случаях проводят измерения с многократными независимыми наблюдениями? Что принимают за результат таких измерений?

Многократное измерение одной и той же величины постоянного размера производится при повышенных требованиях к точности измерений. Такие измерения характерны при тонких научных экспериментах, высоких технологиях, в оборонной промышленности, для профессиональной метрологической деятельности и т.д. Это сложные, трудоёмкие и дорогостоящие измерения, целесообразность которых должна быть всегда убедительно обоснована.

К многократным относятся измерения одного и того же размера физической величины следующие друг за другом. И если они могут быть обработаны в соответствии с требованиями математической статистики, согласно которой число отдельных измерений должно быть не менее четырёх, входящих в ряд. Применение такого вида измерений даёт возможность уменьшить влияние случайных погрешностей. Результат каждого наблюдения при этом даёт оценку измеряемой величины.

Многократному измерению предшествует анализ априорной информации (информация, которой располагают до измерения) и тщательная подготовка к измерительному эксперименту.

Результат измерения записывается в виде х = x ± ∆ при доверительной вероятности P_д, где x – собственно результат измерения.

Числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности ∆. При этом число значащих цифр при указании Δ не должно превышать двух.

Если данные о виде функции распределения случайной и неисключённого остатка систематической составляющих погрешности результата измерения отсутствуют то, результаты измерения представляют в виде . В случае, если границы неисключённой систематической погрешности определены в соответствии с формулой

следует дополнительно указывать, для какой доверительной вероятности Р_д проводились вычисления.

Что такое доверительный интервал?

Доверительным называют интервал, который покрывает неизвестный параметр с заданной надёжностью.

Назовите основные числовые характеристики ряда наблюдений.

Основными точечными характеристиками погрешностей измерений являются математическое ожидание и дисперсия (или среднее квадратическое отклонение).

Математическое ожидание погрешности измерений М(Х) есть неслучайная величина, относительно которой рассеиваются другие значения погрешностей при повторных измерениях. Как числовая характеристика погрешности М(Х) показывает на смещённость результатов измерения относительно истинного значения измеряемой величины.

Дисперсия погрешности D(Х) характеризует степень рассеивания (разброса) отдельных значений погрешности относительно математического ожидания.

Чем отличается дисперсия ряда наблюдений от дисперсии результата измерений?

Дисперсия ряда наблюдений характеризует степень рассеивания (разброса) результатов отдельных наблюдений вокруг математического ожидания.

Дисперсия случайной погрешности равна дисперсии результатов измерения.

Как вычислить результирующую погрешность измерений, если на результаты одновременно влияют неисключённый остаток систематической погрешности и случайная составляющая погрешности?

Лабораторная работа № 5

Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 3

В каких случаях проводят измерения с многократными независимыми наблюдениями? Что принимают за результат таких измерений?

Многократное измерение одной и той же величины постоянного размера производится при повышенных требованиях к точности измерений. Такие измерения характерны при тонких научных экспериментах, высоких технологиях, в оборонной промышленности, для профессиональной метрологической деятельности и т.д. Это сложные, трудоёмкие и дорогостоящие измерения, целесообразность которых должна быть всегда убедительно обоснована.

К многократным относятся измерения одного и того же размера физической величины следующие друг за другом. И если они могут быть обработаны в соответствии с требованиями математической статистики, согласно которой число отдельных измерений должно быть не менее четырёх, входящих в ряд. Применение такого вида измерений даёт возможность уменьшить влияние случайных погрешностей. Результат каждого наблюдения при этом даёт оценку измеряемой величины.

Многократному измерению предшествует анализ априорной информации (информация, которой располагают до измерения) и тщательная подготовка к измерительному эксперименту.

Результат измерения записывается в виде х = x ± ∆ при доверительной вероятности P_д, где x – собственно результат измерения.

Числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности ∆. При этом число значащих цифр при указании Δ не должно превышать двух.

Если данные о виде функции распределения случайной и неисключённого остатка систематической составляющих погрешности результата измерения отсутствуют то, результаты измерения представляют в виде . В случае, если границы неисключённой систематической погрешности определены в соответствии с формулой

следует дополнительно указывать, для какой доверительной вероятности Р_д проводились вычисления.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Однократные и многократные измерения

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз .

Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений .

Фактически многократные измерения («измерения с многократными наблюдениями»)проводят для страховки от грубых погрешностей или для последующей математической обработки результатов (расчет средних значений, статистическая оценка отклонений и др.). В зависимости от поставленной цели число наблюдений при многократных измерениях может колебаться в широких пределах (от двух до ста и более наблюдений).

Статические и динамические измерения

Статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамическое измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Широко используются также понятия измерений в статическом и динамическом режимах. При измерении в динамическом режиме запаздывание преобразования входного сигнала измерительной информации, поступающего от объекта измерения, может привести к появлению дополнительных динамических погрешностей. При измерении в статическом (или квазистатическом) режиме скорость преобразования сигнала в измерительной цепи настолько высока (например, по отношению к скорости изменения входного сигнала), что результаты фиксируются без динамических искажений.

Метрологические, технические и ориентировочные измерения

К техническимследует относить измерения, которые выполняют с заранее установленной точностью, т.е. с соблюдением такого условия, что погрешность измерения D не должна превышать заранее заданного допустимого значения [D]:

D £ [D].

Метрологические измерениявыполняют с максимально достижимой точностью, добиваясь минимальной (при имеющихся ограничениях) погрешности измерения D, что можно записать как

D® 0

В тех случаях, когда цель измерений состоит в приблизительной оценке физической величины, а точность результата измерений не имеет принципиального значения прибегают к ориентировочным измерениям. Их погрешности могут колебаться в широких пределах, поскольку любая реализуемая в процессе измерений погрешность D, принимается за допустимую [D]

[D] = D.

Равноточные и неравноточные, равнорассеянные и неравнорассеянные измерения

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Кроме того, измерения в двух сериях могут быть равнорассеяннымиили неравнорассеянными.

Фактически оценки равноточности и равнорассеянности результатов измерений зависят от выбранных критериев расхождения мер точности или оценок рассеяния. Равноточными называют серии измерений 1 и 2, для которых однотипные оценки погрешностей (например D_i) можно считать практически одинаковыми

а к неравноточным относят измерения с различающимися погрешностями

Измерения в двух сериях в зависимости от совпадения или различия однотипных оценок случайных составляющих погрешностей измерений сравниваемых серий 1 и 2 считают равнорассеянными ( ), или при D₁ ¹ D₂ неравнорассеянными. Допустимые расхождения оценок устанавливают в зависимости от задачи измерения.

Методы измерений

Метод измерений– прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

2.1 Классификация методов измерения:

Источник

Классификация и основные характеристики измерений

Классификация измерений:

1. По признаку точности — равноточные и неравноточные измерения.

Равноточные измерения— определенное количество измерений любой величины, произведенных аналогичными по точности средствами измерений в одинаковых условиях.

Неравноточные измерения— определенное количество измерений любой величины, произведенных отличными по точности средствами измерений и (или) в различных условиях.

Методы обработки равноточных и неравноточных измерений несколько отличаются. Поэтому перед тем как начать обработку ряда измерений, обязательно нужно проверить, равноточные измерения или нет.

Это осуществляется с помощью статистической процедуры проверки по критерию согласия Фишера.

2. По числу измерений — однократные и многократные измерения.

Однократное измерение— измерение, произведенное один раз.

Многократное измерение— измерение одного размера величины, результат этого измерения получают из нескольких последующих однократных измерений (отсчетов).

Во многих случаях, особенно в быту, производятся чаще всего однократные измерения. Как пример, измерение времени по часам как правило делают однократно. Однако при некоторых измерениях для убеждения в правильности результата однократного измерения может быть недостаточно. Поэтому часто и в быту рекомендуется проводить не одно, а несколько измерений. Например, ввиду нестабильности артериального давления человека при его контроле целесообразно проводить два или три измерения и за результат принимать их медиану. От многократных измерений двукратные и трехкратные измерения отличаются тем, что их точность не имеет смысла оценивать статистическими методами.

3. По характеру изменения измеряемой величины — статические и динамические измерения.

Динамическое измерение— измерение величины, размер которой изменяется с течением времени. Быстрое изменение размера измеряемой величины требует ее измерения с точнейшим определением момента времени. Например, измерение расстояния до уровня поверхности Земли с воздушного шара или измерение постоянного напряжения электрического тока. По существу динамическое измерение является измерением функциональной зависимости измеряемой величины от времени.

Статическое измерение— измерение величины, которая принимается в соответствии с поставленной измерительной задачей за неизменяющуюся на протяжении периода измерения. Например, измерение линейного размера изготовленного изделия при нормальной температуре можно считать статическим, поскольку колебания температуры в цехе на уровне десятых долей градуса вносят погрешность измерений не более 10 мкм/м, несущественную по сравнению с погрешностью изготовления детали. Поэтому в этой измерительной задаче можно считать измеряемую величину неизменной. При калибровке штриховой меры длины на государственном первичном эталоне термостатирование обеспечивает стабильность поддержания температуры на уровне 0,005 °С. Такие колебания температуры обусловливают в тысячу раз меньшую погрешность измерений — не более 0,01 мкм/м. Но в данной измерительной задаче она является существенной, и учет изменений температуры в процессе измерений становится условием обеспечения требуемой точности измерений. Поэтому эти измерения следует проводить по методике динамических измерений.

4. По цели измерения — технические и метрологические измерения.

Технические измерения— измерения с целью получения информациио свойствах материальных объектов, процессов и явлений окружающего мира.

Их производят, как пример, для контроля и управления экспериментальными разработками, контроля технологических параметров продукции или всевозможных производственных процессов, управления транспортными потоками, в медицине при постановке диагноза и лечении, контроля состояния экологии и др.

Технические измерения проводят, как правило, при помощи рабочих средств измерений. Однако нередко к проведению особо точных и ответственных уникальных измерительных экспериментов привлекают эталоны.

Метрологические измерения— измерения для реализации единства и необходимой точности технических измерений.

• воспроизведение единиц и шкал физических величин первичными эталонами и передачу их размеров менее точным эталонам;

• калибровку средств измерений;

• измерения, производимые при калибровке или поверке средств измерений;

• другие измерения, выполняемые с этой целью (например, измерения при взаимных сличениях эталонов одинакового уровня точности) или удовлетворения других внутренних потребностей метрологии (например, измерения с целью уточнения фундаментальных физических констант и справочных стандартных сведений о свойствах материалов и веществ, измерения для подтверждения заявленных измерительных возможностей лабораторий).

Метрологические измерения проводят при помощи эталонов.

Очевидно, что продукция, предназначенная для потребления (промышленностью, сельским хозяйством, армией, государственными органами управления, населением и др.) создается с участием технических измерений. А система метрологических измерений — это инфраструктура системы технических измерений, необходимая для того, чтобы последняя могла существовать, развиваться и совершенствоваться.

5. По используемым размерам единиц — абсолютные и относительные измерения.

Относительное измерение— измерение отношения величины к одноименной величине, занимающее место единицы. Например, относительным измерением является определение активности радионуклида в источнике методом измерения ее отношения к активности радионуклида в ином источнике, аттестованном как эталонная мера величины.

Противоположным понятием является абсолютное измерение.

При проведении этого измерения в распоряжении экспериментатора не имеется единицы измеряемой величины. По этому приходится ее воспроизводить непосредственно в процессе измерений.

Это возможно двумя способами:

• получать «непосредственно из природного мира», т.е. воспроизводить его на основе использования физических законов и фундаментальных физических констант (такое измерение в международном словаре метрологических терминов VIM [11] называется фундаментальным измерением);

• воспроизводить единицу на основании известной зависимости между нею и единицами других величин.

И связи с этим можно определить абсолютное измерение следующим образом:

Как пример, измерение силы с помощью динамометра будет относительным измерением, а ее измерение путем использования физической константы g (ускорение всемирного тяготения) и мер массы (основной величины SI) — абсолютным.

Внедрение и метрологическое обеспечение относительных измерений, как правило, являются наилучшим решением многих измерительных задач, поскольку они являются более простыми, точными и надежными, чем абсолютные измерения.

Абсолютные измерения в том смысле, которому больше соответствует понятие «фундаментальное измерение», на практике должны применяться в виде исключения. Их сфера применения — независимое воспроизведение основных единиц SI и открытие новых физических закономерностей.

6. По способу получения результата измерений — совокупные, совместные, косвенные и прямые измерения.

Прямое измерение— это измерение, проведенное при помощи средства измерений, хранящего единицу или шкалу измеряемой величины. Как пример, измерение длины изделия штангенциркулем, электрического напряжения вольтметром и т.п.

Косвенное измерение— измерение, когда значение величины определяют на основании результатов прямых величин, функционально связанных с искомой.

Совокупные измерения — когда проводят измерения одновременно нескольких однородных величин, когда значения этих величин находят путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Классический пример совокупных измерений — калибровка набора гирь по одной эталонной гире, проводимая путем измерений различных сочетаний гирь этого набора,и решения полученных уравнений.

Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких разнородных величин для определения зависимости между ними.

Другими словами, совместные измерения — это измерения зависимостей между величинами.

Примером совместных измерений является измерение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Оно проводится путем одновременных измерений изменения температуры образца испытываемого материала и соответствующего приращения его длины и последующей математической обработки полученных результатов измерений.

Следует также различать область, вид и подвид измерений.

Под областью измерений понимают совокупность измерений физических величин, свойственных какой-то области техники или науки и имеющих свою специфику.

В настоящее время выделяют следующие области измерений:

• измерения пространственно-временных величин;

• механические измерения (в том числе измерения кинематических и динамических величин, механических свойств материалов и веществ, механических свойств и форм поверхностей);

• измерения теплоты (термометрия, измерения тепловой энергии, теплофизических свойств веществ и материалов);

• электрические и магнитные измерения (измерения электрических и магнитных полей, параметров электрических цепей, характеристик электромагнитных волн, электрических и магнитных свойств веществ и материалов);

• аналитические (физико-химические) измерения;

• оптические измерения (измерения величин физической оптики, когерентной и нелинейной оптики, оптических свойств веществ и материалов);

• акустические измерения (измерения величин физической акустики и акустических свойств веществ и материалов);

• измерения в атомной и ядерной физике (измерения ионизирующих излучений и радиоактивности, а также свойств атомов и молекул).

Вид измерений — это часть области измерений, которая имеет свои специфические особенности и которая отличается однородностью измеряемых величин.

Например, в области магнитных и электрических измерений возможно выделить измерения электрического сопротивления, электрического напряжения, ЭДС, магнитной индукции и т.д.

Подвид измерений — это часть вида измерений, которая выделяется спецификой измерений однородной величины (по диапазону, размеру величин, условиям измерений и др.).

Например, в измерениях длины выделяют измерения как больших длин (десятки, сотни и тысячи километров), так и малых и сверхмалых длин.

Источник

Что такое однократные и многократные измерения?

Однократное измерение — измерение, выполненное один раз.

Например, определение времени по часам. При таких измерениях показания средств измерений являются результатом измерений, а погрешность используемого средства измерений определяет погрешность результата. Поэтому перед проведением измерений принимают меры по созданию и поддержанию нормальных условий, т. е. определяются влияющие факторы и меры, направленные на уменьшение их влияния, значения поправок, выбирается средство измерений, изучаются его метрологические характеристики. Одним из главных итогов этой работы должна быть уверенность в том, что погрешности метода и оператора малы по сравнению с допускаемой погрешностью измерений (обычно допускается их сумма не свыше 30% от допускаемой погрешности измерений). Если это условие выполняется, то в результате измерения получают одно значение отсчета, которое используется для получения единственного значения Q измеряемой величины (результата измерений). Однократные измерения используют в тех случаях, когда случайная составляющая погрешности мала по сравнению с не исключенными систематическими погрешностями, или в тех случаях, когда для их проведения есть производственная необходимость, т.е. условия измерений не позволяют провести повторные измерения.

Если необходима большая уверенность в получаемом результате, то проводятся многократные измерения.

Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений (выполненных не менее 4 раз).

За результат многократного измерения обычно принимают среднее арифметическое значение из результатов однократных измерений, входящих в ряд.

Эти измерения повторяются оператором в одинаковых условиях, использующим одни и те же средства измерений. Такие измерения характерны при выполнении метрологических работ, а также находят широкое применение в научных исследованиях. По результатам многократных измерений проводится анализ, главной особенностью которого является получение и использование большого объема измерительной информации.

Прежде чем приступить к обобщению результатов измерений, определяют, нет ли в полученных результатах грубых погрешностей.

Применение многократных измерений позволяет повысить точность измерения до определенного предела, но недостаток полученной информации не позволяет получить точное значение поправок, значений составляющих погрешностей и т.п. В связи с этим устанавливают необходимое число измерений, которое позволяет получить результат измерений, в котором случайная погрешность пренебрежимо мала по сравнению с неисключенной систематической погрешностью. Число измерений находят по формуле n = 64(s/q) где s – среднее квадратическое отклонение ряда измерений, q – неисключенная систематическая погрешность.

Источник