Цели и задачи работы

Цель работы: изучение экспериментальных методов выявления и оценки погрешностей измерений и составляющих погрешностей.

Задачи:

1. Ознакомиться с методами оценки погрешностей измерений по результатам измерений «точных» физических величин (мер).

2. Ознакомиться с методом оценки погрешностей измерений на основе сравнительных измерений одной и той же физической величины с использованием разных по точности методик выполнения измерений (МВИ).

3. Применить анализ результатов многократных измерений (на примере нескольких серий измерений одной и той же физической величины).

Материальное обеспечение работы

Объекты измерений: детали типа тел вращения, призм, резисторы, источники постоянного тока, др.

Измеряемые параметры: линейные размеры, объем, масса, сила, электрическое сопротивление, напряжение, сила тока, температура.

Средства измерений:

Меры длины, угла, объема и массы (линейка измерительная, набор плоскопараллельных концевых мер длины, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов).

Накладные и станковые приборы для измерений длины (штангенциркуль, микрометр гладкий, микрометр рычажный или скоба рычажная, измерительные головки со штативом или стойкой и др.).

Весы для измерения массы взвешиванием, динамометр.

Мультиметр (авометр) для измерений электрических величин.

Термометр или другое средство измерения температуры.

Средства измерения времени (секундомер, часы, часы-будильник и др.).

Порядок выполнения работы Задание

1. Измерить «точные» физические величины (меры) и оценить значения погрешностей каждого измерения.

2. Провести сравнительные измерения одной и той же физической величины с использованием разных по точности методик выполнения измерений (МВИ) и оценить значения погрешностей измерений для более грубой МВИ.

3. Выполнить несколько серий измерений одной и той же физической величины с использованием разных МВИ. Проанализировать результаты измерений, используя для качественной и количественной оценки погрешностей точечные диаграммы, а затем теоретико-вероятностный математический аппарат.

Выполнение измерений

Однозначную меру (концевая мера длины, мера массы – гиря, образцовый резистор) или блок (ансамбль) мер измеряют методом непосредственной оценки (при измерении методом сравнения с мерой значительно усложняется оценка погрешности). За оценку погрешности измерения принимают разность результата измерения и значения величины, воспроизводимого мерой (блоком мер), если можно пренебречь погрешностями мер и воздействием на меры влияющих величин (считаем что составляющая погрешности «условий», вызывающая изменение измеряемой меры практически отсутствует.)

Сравнительные измерения одной и той же физической величины с использованием разных МВИ (испытуемой МВИ и «точной» МВИ) реализуют, например, применяя две подобные МВИ, которые заведомо отличаются погрешностями используемых средств измерений: измерительные головки на стойке (индикатор часового типа и микатор); или накладные средства измерений (штангенциркуль и рычажный микрометр). Возможны и другие варианты выбора конкурирующих МВИ. Оценкой искомой погрешности в таком случае можно считать разность результатов измерений, полученных при использовании испытуемой и «точной» МВИ.

Для сравнительного анализа погрешностей массивов результатов многократных измерений одной и той же физической величины (серий измерений) достаточно получить две неравноточные серии. Каждую серию результатов измерений получают путем многократных наблюдений при измерении одной и той же физической величины. При этом серию измерений прекращают при n < 10, если результаты в ней практически неразличимы и продолжают до n > 15, если результаты измерений заметно различаются. Полученные массивы результатов измерений используют для построения и анализа точечных диаграмм, а также для статистического анализа результатов измерений.

Серия измерений одной физической величины включает результаты, полученные с помощью одной МВИ в стабильных условиях одним оператором. Для получения разных серий следует использовать различные МВИ. Кроме того, серии могут быть выполнены разными операторами или при разных (постоянных или изменяющихся) условиях измерений.