- •Введение
- •Глава 1. Основные положения теории измерений
- •1.1 Взаимосвязь понятий измерения и числа
- •1.2. Физические величины и их единицы
- •1.3. Измерительные шкалы
- •Глава 2. Обработка результатов измерений
- •2.1. Классификация ошибок
- •2.2. Основы теории ошибок
- •2.2.1. Частота, вероятность, среднее значение, дисперсия
- •2.2.2. Распределение вероятностей
- •2.2.2.1. Гауссово, или нормальное, распределение (н.р.)
- •2.2.2.3. Распределение Пуассона
- •2.2.2.4. Другие распределения
- •2.2.3. Доверительный интервал
- •2.2.4. Критерий Пирсона (хи-квадрат)
- •2.2.5. Сложение ошибок
- •2.2.6. Взвешенное среднее значение
- •2.3.1. Линейная регрессия
- •2.3.2. Нелинейная регрессия
- •2.4. Методы оценки числа измерений
- •2.4.2. Оценка числа измерений, необходимого для получения СКО среднего с требуемой точностью
- •2.4.3. Оценка числа измерений для определения допустимых границ
- •Таблица 2
- •2.5. Статистическая проверка гипотез
- •2.5.1. Проверка гипотезы о среднем значении нормально распределенной случайной величины х с известной дисперсией
- •2.5.2. Проверка гипотезы о значении дисперсии нормально распределенной случайной величины х при неизвестном среднем
- •2.5.4. Проверка гипотез о положении (сдвиге), симметрии распределения, однородности данных
- •2.6. Определение вида закона распределения значений измеряемой величины
- •2.6.1. Аналитические методы
- •2.6.1.3. Определение энтропийного коэффициента
- •Таблица 9
- •2.6.2. Графические методы
- •Таблица 10
- •2.6.3. Проверка гипотезы о согласовании эмпирического и теоретического распределения по критериям согласия
- •2.6.4. Оценка истинного значения и ошибки измерения
- •Глава 3. Измерительные устройства
- •3.1. Основные блоки измерительных устройств
- •3.2. Передаточные характеристики
- •3.3 Динамические свойства измерительных устройств
- •3.3.1 Передача непериодического сигнала
- •3.3.2. Передача периодического сигнала
- •3.4. Принцип обратной связи
- •Приложения
- •1. Примеры решения задач
- •2. Совместная обработка количественных и качественных данных
- •3. Таблицы наиболее часто используемых распределений [2,3]
- •3.1. Интегральная функция нормированного нормального распределения
- •3.2. Распределение Стьюдента
- •3.4. F-распределение Фишера
- •Список литературы
- •Оглавление
где ni – число измерений по аргументу х(i); значение частной производной берется при среднем значение аргумента.
2.4.2. Оценка числа измерений, необходимого для получения СКО среднего с требуемой точностью
В разделе 2.2.3. было показано, что доверительный интервал для дисперсии определяется распределением Пирсона, а именно:
|
|
|
(n −1)S |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
χ 2 |
α ≤ |
|
|
|
n |
|
≤ χ 2 |
|
α c доверительной вероятностью Р. |
|
|||||
|
|
σ 2 |
|
|
|
||||||||||
|
k ; |
2 |
|
|
|
|
|
|
k ;1− |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Отсюда после несложных преобразований получим для |
|||||||||||||||
минимального числа измерений |
|
|
|||||||||||||
nS |
−1 = |
|
|
|
4ε 2 |
|
|
|
|
, |
(2.121) |
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
χ |
|
|
χ |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
α |
|
|
||||
|
|
|
|
|
k ;1− |
2 |
|
|
|
k ; |
2 |
|
|
|
|
где ε – относительная ошибка измерения СКО; k = n −1.
Соотношение (2.121) является функциональным уравнением, так как n входит в обе части. Оно решается приближенно с использованием таблиц распределения Пирсона.
При n>30 число измерений n можно оценить из соотношения:
|
|
u |
2 |
|
||
nS |
−1 = 0,5 |
|
α |
|
, |
(2.122) |
|
||||||
|
|
|
ε |
|
|
где uα – находится из н. н. р. и не зависит от n.
2.4.3. Оценка числа измерений для определения допустимых границ
Пусть требуется оценить минимальной число измерений, необходимое для того, чтобы с заданной вероятностью Р некоторая часть генеральной совокупности γ находилась между минимальным и максимальным выборочными значениями. Оценка находится из уравнения Уилкcа:
nγ n−1− (n −1)γ n =α |
(2.123) |
В табл. 2 – 6 приведены результаты расчетов числа измерений различными методами.
Таблица 2
Расчет минимального числа измерений ( nx ) для получения x |
с |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
требуемой точностью |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S n |
S0 |
1 |
2 |
3 |
|
5 |
|
10 |
|
15 |
|
20 |
|
|
25 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nx |
по |
1 |
4 |
9 |
|
25 |
|
100 |
|
225 |
|
400 |
|
|
625 |
|||||
(2.113) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Расчет nx |
по (2.115) |
|
|
|
Таблица 3 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
S n |
S cиcm |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|
4 |
|
5 |
10 |
|
|
20 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
nx |
по |
11 |
|
44 |
|
99 |
|
|
176 |
|
275 |
1100 |
|
4400 |
||||||
(2.115) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4
Расчет nx по (2.117) и (2.118)
|
|
S n |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
5 |
|
10 |
20 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nx |
по (2.117) |
7 |
|
19 |
|
36 |
|
|
44 |
68 |
|
165 |
660 |
||
|
|
P=0,95 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nx |
по (2.117) |
9 |
|
26 |
|
49 |
|
|
87 |
135 |
|
233 |
932 |
||
|
|
Р=0,99 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nx |
по (2.118) |
3 |
|
11 |
|
25 |
|
|
44 |
68 |
|
165 |
660 |
||
|
|
Р=0,95 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nx |
по (2.118) |
6 |
|
22 |
|
49 |
|
|
87 |
135 |
|
233 |
932 |
||
|
|
Р=0,99 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет nS по (2.122)* |
|
|
|
Таблица 5 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ε |
0,01 |
0,02 |
0,05 |
|
|
0,10 |
|
0,30 |
0,50 |
1 |
|
|||
|
|
nS по (2.122) |
13600 |
3400 |
545 |
|
|
137 |
17 |
7** |
3** |
|
||||
|
|
Р=0,95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nS по (2.122) |
27100 |
6775 |
1085 |
|
|
272 |
32 |
12** |
4** |
|
||||
|
|
Р=0,99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*) Оценки nS по (1.121) отличаются от приведенных лишь при больших ε,
для Р=0,95: n=6 при ε=0,71; n=11 при ε=0,36; n=4 при ε=1; n=21 при ε=0,28; для Р=0,99: n=7 при ε=1; n=11 при ε=0,66; n=21 при ε=0,41.
**) Оценки даны с округлением.
|
|
Расчет n по (2.123) |
|
Таблица 6 |
|||
|
|
|
|
|
|||
Р |
|
|
|
γ |
|
|
|
0,50 |
0,90 |
0,95 |
0,99 |
0,999 |
|
0,9999 |
|
|
|
||||||
0,50 |
3 |
17 |
34 |
168 |
1679 |
|
16783 |
0,80 |
5 |
29 |
59 |
299 |
2994 |
|
29943 |
0,90 |
7 |
38 |
77 |
388 |
3889 |
|
38896 |
0,95 |
8 |
46 |
93 |
473 |
4742 |
|
47437 |
0,99 |
11 |
64 |
130 |
662 |
6636 |
|
66381 |
0,999 |
14 |
89 |
181 |
920 |
9230 |
|
92330 |
0,9999 |
18 |
113 |
230 |
1171 |
11751 |
|
117559 |