Определение наиболее выгодных условий измерения

Наиболее выгодными условиями для проведения измере­ний физической величины являются такие, при которых получа­ется минимальная погрешность.

При использовании электроизмерительных приборов наименьшая ошибка будет в случае использования последней четверти шкалы; в этом случае она приближается к приведенной ошибке (для погрешности).

В случае косвенных измерений можно определить интерва­лы значений величин, подлежащих непосредственному измерению, при которых данный метод измерений дает наибольшую точность, т. е. наименьшие ошибки измерений величины

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Для этого записывается выражение для относительной ошибки

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru

Это выражение, как мы уже видели выше, является суммой частных производных (или как их иногда называют, частных ошибок), являющихся некоторыми функциями измеряемых вели­чин Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Определяем, при каких значениях Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru каждая из этих частных производных является минимальной, т. е. дает наи­меньший вклад в общую ошибку. Для этого берем первую и вто­рую производную от Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Приравнивая к нулю Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru находим значения Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Если при этом выполняется условие, что

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru ,

то наиболее выгодными условиями для измерения величины α будут такие, когда значения величин Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru будут приближаться к Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Непосредственный анализ выражения для относительной ошибки позволяет оценить минимальную погрешность.

Например, в гальванометре с магнитной стрелкой сила тока I и угол отклонения магнитной стрелки φ связаны соотношением

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru , где k - константа

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru

В этом случае видно, что минимальная ошибка будет при максимальном значении знаменателя, при значении Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru или при Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru =45°.

Значит, наибольшей чувствительностью прибор обладает при углах отклонения порядка 45°.

В других случаях приходится учитывать некоторые зави­симости между непосредственно измеряемыми величинами.

Например, при измерении удельного сопротивления материала образца компенсационным методом. Для значения от­носительной ошибки было получено следующее значение

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Частная ошибка Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru определяется погрешностью эталонного сопротивления и обычно бывает невелика. Ошибки Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru связаны с геометрическими размерами образца, с точностью их измерения и не меняются в условиях опыта. Остаются ошибки Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru . Абсолютные ошибки Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru определяются точностью потенциометрического мостика. Таким образом, на первый взгляд кажется, что для получения наиболее выгодных условий измерения (для получения наименьших ошибок) необходимо брать наибольшие значения Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru . Этого можно достичь при увеличении рабочего тока (см. рис. 9), протекающего через обра­зец и эталонное сопротивление.

В целом ряде случаев необходи­мо, чтобы при измерениях через образец пропускался минималь­ный ток. Задача решается, если обратить внимание на связь Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru , Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru ивеличины проходящего тока Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Если в цепи поддерживать постоянным ток Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru , то будет по­стоянным и внешнее падение напряжения, равное сумме Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru (пренебрегая падением напряжения на соединительных проводах):

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Тогда относительная ошибка, связанная с измерением напряжений:

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Так как измерения Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru производятся на одном приборе, то

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Обозначим Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и найдём первую и вторую производные

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru

Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Условие Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru удовлетворяется при всех значениях Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru так как Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru и Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru (рассматривается абсолютное значение).

Решая уравнение Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru , получим Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru , а поскольку Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru , то Определение наиболее выгодных условий измерения - student2.ru .

Таким образом, для получения наименьших ошибок при измерении удельного сопротивления компенсационным методом, необходимо эталонное сопротивление подбирать того же поряд­ка, что и измеряемое сопротивление.

Наши рекомендации