Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Praktikum_povny.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
20 Мб
Скачать
☆

Середні значення та їх оцінки

Середньоквадратичним відхиленням Ѕ* величин х1, х2, …,хп від їх середнього значення є:

(12.26)

Якщо всі n вимірювань величини а зроблені з однаковою точністю (так звані рівноточні вимірювання), то в якості оцінки істинного значення а вимірюваної величини приймають середньоарифметичне результатів вимірювань, тобто а ≈ .

Наведені нижче довірчі оцінки істинного значення а вимірюваної величини надаються у припущенні, що випадкові помилки вимірювань підпорядковані нормальному закону розподілу ймовірностей. Тут розглядаються лише симетричні довірчі оцінки, які мають вигляд нерівностей:

або (12.27)

де ε – похибка вимірювань.

Похибку ε визначають за заданою (0,95, 0,99 або 0,999) довірчою ймовірністю (ймовірності оцінки) Р у виді одного з трьох рівнів.

Довірчу оцінку при відомій точності вимірювань проводять наступним способом. Якщо середньоквадратична похибка σ заздалегідь відома, то довірча оцінка має вигляд:

(12.28)

де п – число вимірювань; значення t(Р) визначають за заданою довірчою ймовірністю Р за умови:

2Ф(t) = Р, (12.29)

тобто його знаходять з додатку Б.

Таким чином,

Приклад 5

Отримано десять результатів вимірювань:

№ виміру

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

значення

35,6

35,9

36,1

36,2

35,9

36,6

36,2

35,9

36,1

36,1

Необхідно оцінити дійсне значення вимірюваної величини з надійністю Р=0,99.

Рішення.

Середнє значення результату вимірювання та σ = 0,28. За додатком Б для Р=2Ф(t)=0.99, тобто для 1-Р=0,01, знаходимо значення t=2,576. Отже, з надійністю 0,99 можна вважати, що

тобто значення а знаходиться у інтервалі (35,83; 36,29).

Якщо середньоквадратична похибка σ заздалегідь невідома, замість неї використовують емпіричний стандарт S, який служить оцінкою параметру σ:

(12.30)

При цьому довірча оцінка (6.2) має вигляд

(12.31)

де множник t(Р;k) залежить вже не тільки від довірчої ймовірності Р, а й від числа вимірювань n (k= п- 1); k- число ступенів свободи.

Значення цього множника для п'яти рівнів надійності Р та для різних значень числа k ≥ 4 наведені у додатку Г. Додаток складено за допомогою так званого розподілу Стьюдента, тобто розподілу ймовірності співвідношення .

Значення t=t ((Р;k) визначені так, що:

Розподіл Стьюдента залежить від числа ступенів свободи k. Для задачі, що розглядається, число ступенів свободи k пов'язано з числом вимірів п співвідношенням k = п -1.

Приклад 6

Нехай для десяти вимірів, результати яких наведені у попередньому прикладі, величина σ невідома. Необхідно оцінити істинне значення величини а з надійністю Р=0,99.

Рішення

Для результатів вимірів середньоарифметичне та середньоквадратичне значення складають відповідно = 36,06 та S* = 0,25 При заданій надійності Р=0,99 та числі вимірювань п=10 за додатком Г множник t(0,99;9) = 3,250. Отримаємо довірчу оцінку істинного значення а:

|а - | = |а - 36,06| < 3,250 = 0,27.

Таким чином, з надійністю 0,99 можна вважати, що значення а знаходиться в інтервалі (35.79; 36.33).

При цьому необхідно врахувати наступне зауваження. Довірчу оцінку, що визначалася за формулою (12.30), неможливо замінити оцінкою, яка визначалася виразом (12.28), з підставлянням емпіричного стандарту S замість істинного стандарту σ, тобто множник t(Р;k) не можна замінити множником t(Р) з додатку Б. Наприклад, при надійності Р=0,99 значення t(0,99)=2,576, а для десяти вимірів значення t(0,99;9)=3,250. Таким чином, при невідомій точності відмірювань довірчий інтервал значно ширше, ніж при відомій точності вимірювання. Значення t(Р;k) знижуються зі збільшенням числа вимірів |k→∞| прямують до значень t(Р).

Це видно із порівняння останньої строки додатку В з відповідними значеннями з додатку Б.

Оскільки вибір надійності довірчої оцінки припускає деяку невизначеність, для обробки результатів експерименту застосовують правило трьох сигм, яке представляє собою довірчу оцінку при відомій величині σ:

(12.32)

або при невідомій величині σ

(12.33)

Перша з цих оцінок має надійність 2Ф(3) = 0,9973 ≈ 1 – 0,003 незалежно від числа вимірювань. Надійність другої оцінки істотно залежить від числа вимірювань п (табл. 6.1) експериментів (тобто чим більше надмірної інформації). Наприклад, для проведення прямої у = ах+b цілком достатньо двох точок (х1,у1) та (х2;у2). Але при наявності більш значного "шуму" (рис. 6.1) , тобто відхилень від середніх значень, для тієї ж мети може знадобитися декілька десятків точок.

Емпіричну формулу зазвичай вибирають з формул певного типу (наприклад, у = ах + b, у = аеbx +с).

Таблиця 12.2

Залежність надійності Р від числа вимірювань n

п

P

n

P

п

P

5

0,960

10

0,985

20

0,993

6

0,970

12

0,988

25

0,994

7

0,976

14

0,990

30

0,995

8

0,980

16

0,991

50

0,996

9

0,983

18

0,992

150

0,997

∞

0,9973

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]