2_typy_niepewnosci.doc

(31 KB) Pobierz
Wielkości fizyczne: np

Niepewności pomiarowe i błędy pomiarowe

 

uncertainty – niepewność,  error - błąd

Wielkości fizyczne: np. masa, prędkość, oświetlenie, ale nie np. cechy estetyczne, zapach, kształt.

Ilościowo każdą wielkość fizyczną wyrażamy jej marą.



Niech długość l = 25 m.



    wartość liczbowa miary                            jednostka miary

 

Pomiary mogą być               bezpośrednie: dokonujemy wprost za pomocą jednego przyrządu pomiarowego;

pośrednie: mierzoną wielkość uzyskujemy ze wzoru matematycznego, w którym występuje kilka wielkości mierzonych bezpośrednio

 

Wartość rzeczywista pewnej wielkości fizycznej  nie będzie nam nigdy znana. Dlatego chcemy ustalić wartość przedziału    (x ± Dx), w którym mieści się wartość rzeczywista.

Niepewność pomiarowa  - połowa szerokości tego przedziału (czyli Dx)

 

Wyróżniamy dwa zasadnicze typy niepewności pomiarowych:

 

niepewności systematyczne                             i              niepewności przypadkowe

 

W praktyce w pomiarach występują zarówno niepewności systematyczne, jak i przypadkowe, składające się na niepewność całkowitą.

 

Celem ustalenia, która niepewność dominuje, pomiar należy powtórzyć 3-4 razy.

Jeżeli wyniki kolejnych pomiarów są identyczne, wtedy miarą dokładności pomiaru są niepewności systematyczne. Gdy występuje statystyczny rozrzut wyników, czyli każdy pomiar daje inny wynik, lub przynajmniej niektóre wyniki są różne, a różnice pomiędzy poszczególnymi wynikami przewyższają niepewności systematyczne, wtedy dominuje niepewność przypadkowa.

 

Błąd pomiaru występuje wtedy, gdy istnieje niedokładność w pomiarze, która przesuwa w górę lub w dół wynik końcowy. Wyróżniamy wśród błędów:

 

błędy systematyczne – ich wpływ na wynik pomiaru daje się dokładnie przewidzieć;

błędy grube (pomyłki).

 

Źródła błędów systematycznych

              przyrząd pomiarowy-              błąd w cechowaniu przyrządu;

              obserwator –                             niewłaściwe użycie przyrządu;

              metoda pomiaru –               wadliwe działanie metody, przybliżony charakter stosowanych

            wzorów.

Błędy grube wynikają najczęściej z niestaranności eksperymentatora.

 

Ponieważ błędy pomiarowe można wyeliminować, w dalszej części zajmować się będziemy wyłącznie niepewnościami.

 

Niepewności systematyczne pomiarów bezpośrednich

 

Niepewność systematyczna jest równa elementarnej działce stosowanego przyrządu, chyba że z instrukcji producenta wynika co innego.

Klasa przyrządu – liczba informująca o niepewności maksymalnej danego urządzenia, wyrażona w procentach zakresu przyrządu. Np. amperomierz o klasie 0.5, zakres 2 A, niepewność systematyczna Dx=(0.5/100)×2=0.01 A.

Dla przyrządów cyfrowych niepewność jest najmniejszą liczbą, którą może on wyświetlić.

Niepewność maksymalna – rodzaj niepewności systematycznej, podaje największe maksymalne odchylenie pomiaru x od wartości rzeczywistej xr

                            Dxmax= êx-xp ê

Niepewność względna B to stosunek niepewności systematycznej do wyniku pomiaru

                            B=Dx/x

Niepewność procentowa – wyrażona w procentach niepewność względna

                            Bp=B×100 %

 

Gdy wykonano kilkakrotnie niezależne pomiary wielkości x z różnymi dokładnościami, otrzymując x1±Dx1, x2±Dx2, ..., xn±Dxn, to należy wprowadzić pojęcie wagi wi

 

                                         

gdzie C jest dowolną stałą o wymiarze kwadratu niepewności systematycznej. W praktyce na C przyjmuje się taką wartość, aby wagi były liczbami całkowitymi.

Jako wynik końcowy, zamiast średniej arytmetycznej, przyjmuje się tzw. średnią arytmetyczną ważoną

                                         

natomiast niepewność systematyczna średniej ważonej jest średnią ważoną niepewności poszczególnych pomiarów

                                         

 

Niepewności maksymalne pomiarów pośrednich

 

W przypadku pomiarów pośrednich bezpośrednio mierzymy kilka innych wartości, otrzymując wyniki x1±Dx1, x2±Dx2, ..., xn±Dxn, a wynik końcowy na z obliczmy ze wzoru

 

                                          z=f(x1, x2, ..., xn)

Niepewność maksymalną Dzmax obliczamy ze wzoru

                                         

Wzór ten otrzymać można stosując twierdzenie Taylora do funkcji wielu zmiennych i ograniczając się do rozwinięcia liniowego.

 

Literatura: H. Strzałkowski (red.), Teoria pomiarów, PWN, Warszawa 1981

...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin