Материал: Метрологическая обработка результатов технических измерений

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Адрес

Коман­

Код

Инди­

Адрес

Коман­

Код

Инди­

Адрес

Коман­

Код

 

да

кация

 

да

кация

 

да

00

ПА

4-

 

13

X

12

 

26

п о

40

01

Сх

о г

 

14

Р ех

16

 

27

БП

51

02

ПО

40

 

 

 

 

 

28

04

04

03

П4

44

 

15

ИПА

6-

 

129

к н о п

54

04

К И Ш

Г4

 

16

X

12

 

30

ИПА

6-

 

 

 

 

17

ПА

4-

 

05

ИП4

64

 

18

и п з

63

 

31

С /П

50

06

С/П

50

/

19

. ИП2

62

 

 

 

 

__

 

 

 

 

 

 

 

32

ИПО

60

07

ПЗ

43

 

20

X

12

 

33

р /

21

08

РО

25

 

21

ИП1

61

 

34

ИПА

6-

09

П2

42

 

22

:

13

 

35

X

12

 

 

 

 

23

Рх2

22

 

10

XV

14

 

24

и п о

60

 

36

п д

11

П1

41

 

25

+

10

 

37

С /П

50

12

Р 1п

18

 

 

 

 

 

 

 

 

Инди­

кация

А у

ДА у

5.

Ввести

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А 2

\

Ь \

ДЛа и т. д.

 

 

6. После ввода

всех

N

групп

параметров

нажать на

С/П —

на индикаторе г = Л^+1. Набрать

БП 30 С/П — на индикаторе Л,л

Снова С/П — на индикаторе ААу.

 

 

регистров

памяти:

7.

Результаты обработки

можно вызвать из

 

 

ИПА =

Лу; ИПД =

Ь А у .

 

 

8. Для обработки новых исходных

данных — повторить опе­

рации по пп. 2—7.

 

 

 

 

 

 

 

9.

Использование регистров

адресуемой

памяти

указано

в табл. 56.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 56

0

2 0 ,.

5

 

 

 

А

 

Ау

1

А1

в

 

 

 

В

 

 

2

“ /

7

 

 

 

С

 

 

3

ДА,

8

 

 

 

д

 

ААу'

4

Косвен

9

ная инди­

кация

В регистре 0 суммируются выражения Оу = а? (ДЛу/Лр2, где

а ;- = а, Ь, с. , ;

в регистре А наращивается произведение

N

 

П АУ-

Пример 21

(вычисления по программе М 17).

Определить

мощ-

ность постоянного тока по результатам

прямых

измерений'

напря­

жения и тока:

II =

120,5 ±

0,2 В; / =

5,240 ±

0,005 А.

 

Оба результата получены с доверительной вероятностью 0,95;

формула связи

имеет вид

 

Р =

VI.

 

Набираем

 

Вводим к = 1;

С/П =

на

индикаторе / = 1.

 

 

 

120,5

ф

1

ф 0,2

С/П;

 

 

через 10 с на индикаторе — / = 2. Вводим вторую группу пара­ метров:

5,240 | 1 | 0,005 С/П.

На индикацию / = 3 не обращаем внимания; набираем

 

 

 

 

 

БП

30

С/П,

 

 

 

 

 

получаем

=

631,419 92.

Снова

С/П — на

индикаторе

ДАу =*

*=

1,208 846 4.

результат

косвенного

измерения:

Р =

 

631 ±

± 1

Записываем

 

Вт (у =

0,95).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изме­

 

Пример

22 (округление константы в формуле связи).

 

рить площадь круга Р е точностью 0,1

%. Сколько значащих

цифр

следует оставить в числе п = 3,14159265...?

 

 

 

 

 

Формула

связи

у =

Р =

лсР/4,

где ^ — диаметр круга.

 

Найдем

частную

производную

от

у

по

С = я:

 

 

 

 

 

 

ду/дС =

дР/дп =

<22/4.

 

 

 

 

 

Пересчитаем

заданную

относительную

погрешность

в

абсо­

лютную:

 

ДА у =

0,001/7 = 0,001я<Р/4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Погрешность округления

числа

я

не должна

превышать

 

 

 

 

 

 

 

 

ДАу

1

0,001 ш*2/4

0,001.

 

 

 

 

 

 

 

ду/дС

3

а2/4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примем

я = 3,14.

Погрешность

округления

Дя =

3,14 —

— 3,14159... = —0,00159.

 

 

условие (3.26)

нарушается;

оставим

 

Так как

0,00159 > 0,001,

в числе я еще одну значащую цифру: п =

3,142. Теперь

погреш­

ность округления А Л = 3,142 — 3,14159...

±= 0,0041 и

условие

(3.26) выдержано. Следовательно, в данном случае число я, округ­ ленное до четырех значащих цифр, вполне удовлетворяет постав­ ленным требованиям, и нет необходимости^ брать в нем большее количество значащих цифр (это относится к вычислениям без при­ менения микроЭВМ, которые сохраняют в постоянной памяти число л с семью знаками после запятой).

Глава 4

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПРИ СОВОКУПНЫХ И СОВМЕСТНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

9. МЕТОДИКА о б р а б о т к и

СОВОКУПНЫХ И СОВМЕСТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

 

спользование принципа Лежандра. В совокупных

и совмест­

Иных

измерениях величины

не

поддающиеся

непосред­

ственному наблюдению, определяются по результатам

измерения

других

величин

Уу,

которые

являются

их

функциями:

 

 

 

 

 

 

 

Ф/ (хь

....

*п) =

Уг

 

 

(4.01)

Здесь

*' =

1,

2,

...»

п — порядковый номер

неизвестных величин

X ;

/ =

1,

2,

...»

т — порядковый

номер

прямых

измерений вели­

чин

У.

 

 

 

 

 

 

 

 

У.

содержатся

 

Если в результатах прямых измерении величин

случайные погрешности, то они имеются и в результатах совокуп­

ных (совместных) измерений величин X

Очевидно, что при т < п

систему (4.01) вообще решить невозможно; при т =

п такое реше­

ние алгебраически

возможно, однако

погрешности

результатов

измерений величин

будут, как и при прямых однократных изме­

рениях, велики, и числовое значение этих погрешностей останется неизвестным. При т > п система снова станет алгебраически нераз­ решимой, так как эти уравнения несовместны, поскольку правые части уравнений (4.01) вместо точных значений Уу содержат ре­

зультаты их измерений 1/;. = Уу + ДУ^ со случайными погрешно* стями АУ-. Однако в последнем случае при нормальном законе рас­

пределения ошибок измерения величин у- (что

 

обычно

и

бывает)

можно найти такую совокупность

значений х

которая

с

наиболь­

шей вероятностью удовлетворяла бы исходным

зависимостям (4.01).

Эго может быть: осуществлено с

помощью способа

наименьших

квадратов (принципа Лежандра).

 

 

 

данных

при

сово­

Такой способ обработки

экспериментальных

купных (совместных) измерениях

особенно удобно

применять

при

линейном характере функций фу,

в

противном

случае

обработка

усложняется.

 

 

функции фу линейны:

 

 

 

Рассмотрим случай, когда

 

 

 

а 11*1 +

а 12*2 +

• * • “Ь

а 1пХ П

 

 

 

 

 

 

а21ХТ 4" а 22Х 2 “Ь * " * + а 2ПХ П У2 =

 

 

 

 

(4.02)

» • •

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а ,„ Л +

ат2хз Н--------атпхп — ут = 0. ,

 

 

 

 

Эту же систему

запишем

компактно:

 

 

 

 

 

 

п

 

 

0,

/ =

 

 

 

 

 

 

 

V а -1х 1ус =

1, 2, . . .

,

т.

 

 

 

(4.03)

1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь индексы при коэффициентах а указываются в последователь­ ности «строка — столбец» (/ — <)'.

Уравнения (4.02) и (4.03) называются условными. Ввиду нали чня погрешностей правые части условных уравнений в действитель­

ности будут

равны

не нулю, а некоторым

(так

называемым «не­

вязкам», или

остаточным погрешностям

условных

уравнений):

 

 

п

а „х( — у^ = V ^,

 

 

1, 2,

,

т.

 

 

 

 

V

/ =

 

 

(4.04)

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В соответствии

с принципом Лежандра

наиболее

вероятными

значениями неизвестных величии Х ( в этом случае

будут

такие,

при которых сумма квадратов остаточных погрешностей

1>у

мини­

мальна:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5]

=

пип.

 

 

 

 

 

(4.05)

 

 

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Необходимым

условием такого

минимума является

равенство

нулю производных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

у л

п = « V I

дх)*

-

‘ = 1 .

2,

 

 

 

(4.06,

 

/=1

 

/=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя

в

выражение

(4.06)

значения

из

соотношения

(4.04), получаем после преобразований систему Нормальных урав­ нений:

 

 

п

1х1 = сн,

к = 1 ,

2,

 

,

п.

 

 

 

 

(4.07)

 

 

1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишем эту же систему

в

развернутом

 

виде:

 

 

 

 

 

 

Ь ц Х1 +

^12*2 +

 

• ' •

+

Ъ1пХп =

Сг ;

'

 

 

 

 

 

 

&21Х1 +

&22Х2 +

 

" • •

+

Ь2ПХП=

с2^

 

 

 

 

(4.08)

 

 

«

 

« « •

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ьп1Х1 ^П2Х2 4“ *' '

“Ь Ьппхп =

 

СП*

 

 

 

 

 

Здесь

индексы

при коэффициентах

Ь также

указываются

в

после­

довательности

«строка — столбец»

— *)•

 

 

всегда

равно

числу

Поскольку

число

нормальных

уравнений

неизвестных, такая система алгебраически разрешима.

 

 

дела­

Хотя при обосновании способа наименьших

квадрато

лось

предположение о

нормальном

законе

распределения

погреш­

ностей, доказано,, что оценки, основанные на

этом

способе,

обла­

дают наименьшими ошибками й при любом другом законе

распре­

деления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика

получения

нормальных

уравнений.

Общий

способ

нахождения системы нормальных уравнений заключается

в вычис­

лении частных производных от каждой

по каждой

из

неизвест­

ных

умножении этих

производных

на соответствующие значения

Оу и сложении

их для одной ,и той

же неизвестной х *:

 

 

 

(4.09)