Обработка результатов прямых измерений

При статистической обработке группы результатов наблюдений следует выполнить следующие операции /1/.

2.1 Исключить известные систематические погрешности из результатов наблюдений.

2.2 Вычислить среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений, принимаемое за результат измерения .

. (2.1)

2.3 Вычислить оценку среднего квадратического отклонения (СКО) результата наблюдения

, (2.2)

где x_i – i-й результат наблюдения;

n – число результатов наблюдений.

2.4 Среднее квадратическое отклонение результата измерения оценивают по формуле

. (2.3)

2.5 Проверить гипотезу о том, что результаты наблюдений принадлежат нормальному распределению (см. приложение А). Проверку этой гипотезы проводить с уровнем значимости q от 10 до 2%. Конкретные значения уровней значимости должны быть указаны в методике выполнения измерений.

При n>50 для проверки принадлежности результатов наблюдений к нормальному распределению по ГОСТ 11.006–74 предпочтительным является один из критериев: c² Пирсона или w² Мизеса-Смирнова. Если 15<n<50, то предпочтительным является составной критерий (приложение А). При принадлежность результатов наблюдений к нормальному распределению не проверяют. При этом нахождение доверительных границ случайной погрешности по методике, предусмотренной ГОСТ 8.207–76, возможно в том случае, если заранее известно, что результаты наблюдения принадлежат нормальному распределению.

2.6 Если результаты наблюдений удовлетворяют нормальному закону распределения, то грубые погрешности исключают в соответствии со стандартом. Так, при известном среднем квадратическом отклонении s_n критерием анормальности служит соотношение между или и значением b, которое для данного n и принятой вероятности (уровня значимости) берут из таблицы В.1 (приложение В). Если , то результат х₁ (или х_n) анормальный. При неизвестном s_n критерием анормальности служит соотношение между или и значением b, которое для данного n и принятой вероятности берут из таблицы В.2 (приложение В). Если , то результат х₁ (или х_n) отбрасывается как анормальный. В этом случае заново вычисляют результат измерения и оценку СКО результата измерения.

2.7 Доверительные границы e (без учета знака) случайной погрешности результата измерения находят по формуле

, (2.4)

где t – коэффициент Стьюдента, который в зависимости от доверительной вероятности Р_и числа результатов наблюдений n находят по таблице справочного приложения Б.1.Доверительную вероятность Р принимают равной 0,95, допускается указывать границы для доверительной вероятности Р=0,99. В

особых случаях, например при измерениях, результаты которых имеют значение для здоровья людей, допускается вместо Р=0,99 принимать более высокую доверительную вероятность.

2.8 Вычислить границы неисключенной систематической погрешности (неисключенных остатков систематической погрешности) результата измерения (НСП).

Неисключенная систематическая погрешность результата измерения образуется из составляющих, в качестве которых могут быть неисключенные систематические погрешности: метода; средств измерения; вызванные другими источниками. Границами составляющих НСП принимают, например, пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей средств измерений, если случайные составляющие погрешности пренебрежимо малы.

При суммировании составляющих НСП результата измерения НСП средств измерения каждого типа и погрешности поправок рассматривают как случайные величины. Если данные о виде распределения случайных величин отсутствуют, то их распределения принимают за равномерные. При равномерном распределении НСП их границы (без учета знака) вычисляют по формуле

, (2.5)

где Qi – граница i-й неисключенной систематической погрешности

к– коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью. Коэффициент k принимают равным 1,1 при доверительной вероятности Р=0,95.

При доверительной вероятности Р=0,99 коэффициент k принимают равным 1,4, если число суммируемых неисключенных систематических погрешностей более четырех (m>4). Если же число суммируемых погрешностей равно четырем или менее четырех, то значение k определяют по графику (ГОСТ 8.207-76).

Доверительную вероятность для вычисления границ неисключенной систематической погрешности принимают той же, что и при вычислении доверительных границ случайной погрешности результата измерения.

2.9 Вычисление доверительных границ погрешности результата измерения.

Если отношение , то неисключенными систематическими погрешностями по сравнению со случайными пренебрегают и принимают, что граница погрешности результата D=e. Если , то случайной погрешностью по сравнению с систематическими пренебрегают и принимают, что границы погрешности результата D=Q. Погрешность, возникающая из-за пренебрежения одной из составляющих погрешности результата измерения при выполнении указанных неравенств, не превышает 15%.

Если представленные выше неравенства не выполняются, то допускается границы погрешности результата измерения D (без учета знака) вычислять по формуле

, (2.6)

где K – коэффициент, зависящий от соотношения случайной и неисключенной систематической погрешностей;

S_S – оценка суммарного среднего квадратического отклонения результата измерения.

При этом S_S вычисляют по формуле , а коэффициент

. (2.7)

2.10 Форма записи результатов измерений.

Оформление результатов измерений производят по ГОСТ 8.011-72.

2.10.1 При симметричной доверительной погрешности результаты измерений представляют в форме

, (2.8)

где – результат измерения.

Числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и погрешности D.

2.10.2 При отсутствии данных о виде функций распределений составляющих погрешности результата и необходимости дальнейшей обработки результатов или анализа погрешностей результаты измерений представляют в форме: .

2.11 Правила округления

1 Погрешность результата измерения указывается двумя значащими цифрами (все цифры, стоящие справа после нулей), если первая из них равна 1 или 2, и одной, если первая есть 3 и более. Округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные расчеты выполняются не менее чем с одним-двумя лишними знаками.

Пример.

Произвести оценку результата измерения постоянного тока с помощью амперметра, имеющего предел основной приведенной погрешности 1%. Шкала применяемого прибора равномерная. Нулевая отметка находится на краю шкалы. Конечное значение диапазона измерения – 200А. Определить результат и погрешность измерения, считая распределение нормальным.

Таблица 1 – Результаты измерений

Номер измерения
I, A

1 Среднее арифметическое результата измерения

.

2) Оценка среднего квадратического отклонения результата измерения производится по формуле

3 Доверительная граница случайной погрешности результата измерения

.

4 В качестве доверительной границы неисключенной систематической погрешности результата измерения принимаем предел допускаемой абсолютной погрешности амперметра

.

Т.к. , т.е. 0,8<4<8, то границу погрешностей результата измерения вычисляем по формуле . Причем .

.

5 Результат измерения (101,4 ± 2,5) А, Р=0,95.