70823

УПРОЩЕННАЯ ПРОЦЕДУРА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С МНОГОКРАТНЫМИ НАБЛЮДЕНИЯМИ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ознакомление с упрощенной процедурой обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Знакомство с методами планирования количества наблюдений получение навыков обработки результатов наблюдений и оценивания погрешностей результатов измерений.

Русский

2014-10-27

401 KB

25 чел.

10

«+»

цифровой вольтметр

УИП

делитель

напряжения

Рис.1.4.2 Схема соединения приборов при выполнении работы

«–»

«+»

«–»

РАБОТА № 1.4. УПРОЩЕННАЯ ПРОЦЕДУРА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С МНОГОКРАТНЫМИ НАБЛЮДЕНИЯМИ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с упрощенной процедурой обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Знакомство с методами планирования количества наблюдений, получение навыков обработки результатов наблюдений и оценивания погрешностей результатов измерений.

2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

1. Ознакомьтесь с классификацией измерений.

2. Ознакомьтесь с классификацией погрешностей измерений.

3. Ознакомьтесь со стандартным способом обработки и представления результатов прямых измерений с многократными наблюдениями.

4. Ознакомьтесь с упрощенной процедурой обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями.

5. Ознакомьтесь с правилами суммирования погрешностей.

6. Ознакомьтесь с принципом действия, устройством и характеристиками цифрового вольтметра

3. СВЕДЕНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для обработки результатов многократных наблюдений полученные могут быть использованы различные процедуры. Стандартная методика, соответствующая рекомендациям ГОСТ 8.207-76 “Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений”, весьма трудоемка, при этом далеко не всегда можно выполнить серию наблюдений, объем которой достаточен для выявления закона распределения случайной составляющей погрешности. Кроме того, если неисключенный остаток систематической погрешности сравнительно велик, выполнение длинной серии наблюдений для максимального уменьшения влияния случайной составляющей погрешности теряет смысл.

Упрощенная процедура обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями применяется, если число наблюдений n30.

При использовании упрощенной процедуры за результат измерения также как и всегда принимается среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений, которое определяют по формуле

,     (1.4.1)

где  – i-й исправленный результат наблюдения,  – среднее арифметическое исправленного ряда наблюдений, n – число результатов наблюдений.

Для расчета среднего квадратического отклонения результата измерения S() используется формула:

S()=.    (1.4.2)

Среднее квадратическое отклонение S() является основной характеристикой размера случайных погрешностей результата измерений.

Для нахождения границ доверительного интервала случайной погрешности измерений в рассматриваемом случае рекомендуется проанализировать априорную информацию об объекте измерений и условиях проведения измерений. Если явно выраженных причин для отклонения результатов наблюдений от нормального закона распределения нет, то доверительные границы находят с помощью квантилей распределения Стьюдента по формулам:

    (1.4.3)

,     (1.4.4)

где t – квантиль распределения Стьюдента, значения которого, зависят от числа наблюдений n и доверительной вероятности Рд и приведены в таблице 1.4.1.

Таблица 1.4.1

Квантили распределения Стьюдента

=0,95

n

2

3

4

5

6

7

8

10

t

12,7

4,30

3,18

2,77

2,57

2,45

2,36

2,26

n

12

14

20

30

t

2,20

2,16

2,09

2,04

1,96

=0,99

n

2

3

4

5

6

7

8

10

t

63,7

9,92

5,84

4,60

4,03

3,71

3,50

3,25

n

12

14

20

30

t

3,11

3,01

2,86

2,76

2,58

Если на результат измерений оказывает влияние только случайная составляющая погрешности, то этот результат представляют в виде: ; ;;.

При выполнении работы на результат измерений оказывают влияние две составляющие, а именно: погрешность средства измерений и случайная составляющая погрешности, зависящая от внешних факторов. Погрешность средства измерений определяется по его классу точности, а случайная – оценивается с помощью приведенной выше методики. Если на результирующую погрешность измерений оказывают влияние несколько составляющих, возникает задача суммирования погрешностей. В теории измерений показывается, что в случае независимых составляющих погрешности справедливо следующее соотношение:

,    (1.4.5)

где  – результирующая погрешность,  и  – составляющие погрешности, причем, если модуль одной из составляющих превышает модуль другой составляющей более чем в 8 раз, то влиянием меньшей составляющей на результирующую погрешность можно пренебречь.

Если доверительная вероятность погрешности средства измерений не указана, то при расчетах ее можно принимать равной 95%. Результат измерений представляют в виде: ; .

Числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности .

Видно, что по мере того, как количество наблюдений растет, вклад случайной составляющей погрешности в окончательный результат постепенно уменьшается и может настать момент, когда вклад случайной погрешности в общую погрешность измерений станет пренебрежимо мал. Ясно, что в этом случае дальнейшее увеличение количества наблюдений бессмысленно. Таким образом, измерения с многократными наблюдениями оправданы не всегда, а при их планировании полезно заранее оценить требуемый объем выборки. В противном случае трудоемкость измерений может оказаться неоправданно высокой, а увеличение точности незначительным.

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой персональный компьютер, на рабочем столе которого находятся модели цифрового вольтметра, делителя напряжения и источника постоянного напряжения, а также лабораторный журнал (рис. 1.4.1).

В процессе выполнения работы с помощью цифрового вольтметра измеряется постоянное напряжение на выходе делителя. Значение этого напряжения лежит в диапазоне от 2 мВ до 30 мВ. Для уменьшения трудоемкости используется автоматический режим измерений, и привлекаются средства LabVIEW, с помощью которых выполняются операции по обработке результатов.

Рис. 1.4.1. Вид экрана лабораторного стенда при проведении

работы №1.4.

Схема включения  приборов при выполнении измерений приведена на рис. 1.4.2.

Измеряемое напряжение имеет нестабильность, которая с одной стороны определяется нестабильностью выходного напряжения УИП, а с другой – влиянием внешних факторов. В работе эти обстоятельства моделируются путем приложения случайного шума к входу цифрового вольтметра.

Модель цифрового вольтметра используется для измерения постоянного напряжения на выходе делителя напряжения. Пределы допускаемых значений основной погрешности цифрового вольтметра при измерении постоянного напряжения равны:

,

где  - конечное значение установленного предела измерений;

U – значение измеряемого напряжения на входе.

Манипуляция органами управления ВП производится с помощью мыши в таком же порядке, как это предусмотрено при работе с реальными средствами измерений.

5. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Изучите описание работы и рекомендованную литературу. Запустите программу-оболочку лабораторного практикума, нажав кнопку RUN (“стрелка направо” в левом верхнем углу окна программы), и выберите  лабораторную работу №4 «Упрощенная процедура обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями» в группе работ «Обработка и представление результатов измерений».

2. При необходимости еще раз почитайте описание работы, ответьте на вопросы коллоквиума и получите допуск к выполнению работы. После сдачи коллоквиума на рабочем столе автоматически появится окно лицевой панели ВП и окно лабораторного журнала, созданного в программе MS Excel. В лабораторный журнал в процессе выполнения работы будут вноситься данные, необходимые для последующего составления отчета.

3. Приготовьте к работе проверенную на отсутствие вирусов, отформатированную 3,5-дюймовую дискету и вставьте её в дисковод.

4. Приступите к выполнению основной части  лабораторной работы.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. После сдачи коллоквиума откроется страница, на которой предлагается выбрать число многократных наблюдений в интервале от 3 до 30. После этого необходимо нажать кнопку «Продолжить».

2.1. На первоначально открывшейся странице изображен лабораторный стенд с уже включенными средствами измерения. На источнике питания УИП установите напряжение в диапазоне от 1 В до 15 В с помощью ругулятора выходного напряжения. Соответственно на выходе делителя напряжение будет в пятьсот раз меньше.

2.2. Нажмите на кнопку «Произвести наблюдения», после чего  цифровой вольтметр произведет установленное число измерений.  Эти измерения будут отображены на графическом экране.

2.3. Изучите полученный ряд наблюдений и затем нажмите на кнопку «Перейти к обработке».

3.1. Упрощенная процедура обработки результатов прямых измерений осуществляется автоматически по описанной методике, которую надо иметь во время выполнения работы перед глазами.

3.2. По приведенным в методике формулам и в заданной последовательности машина вычислит на данной странице среднее арифметическое результатов наблюдений, оценку среднего квадратического отклонения результатов наблюдений и оценку среднего квадратического отклонения результата измерения.

3.3. Внесите эти рассчитанные значения в лабораторный журнал и нажмите кнопку «Продолжить».

4.1. На отрывшейся странице программа производит расчет доверительных границ случайной погрешности результата измерений.

4.2. Для определения доверительных границ необходимо выбрать доверительную вероятность и затем нажать кнопку «Вычислить».

4.3. Внесите значения доверительной вероятности, квантиля распределения Стьюдента и доверительные границы случайной погрешности в лабораторный журнал и нажмите кнопку «Продолжить».

5.1. На следующей странице на основе сведений о погрешности цифрового вольтметра сначала вычисляется погрешность средства измерения.

5.2. Затем находится отношение погрешности средства измерения к доверительному интервалу, после чего находятся доверительные значения  погрешности результата измерения.

5.3. Перечисленные значения должны быть занесены в лабораторный журнал, после чего следует нажать кнопку «Продолжить».

6.1. На основании проведенной упрощенной обработки ряда наблюдений запишите результат измерения в лабораторный журнал.

6.2. Сохраните под оригинальным именем на дискете массив ряда наблюдений на дискете.

6.3. Нажмите кнопку СТОП.

7. Сохраните лабораторный журнал на дискете для завершения дома отчета о проделанной лабораторной работе.

7. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

При оформлении лабораторного отчета необходимо полностью заполнить имеющиеся в распоряжении студента таблицы, находящиеся лабораторном журнале.

Помимо заполненных таблиц в отчете должны содержаться:

- сведения о цели и порядке выполнения работы;

- схема лабораторной установки;

- данные о характеристиках цифрового вольтметра;

- примеры расчетов, выполнявшихся при заполнении таблиц;

- график зависимости требуемого числа опытов от уровня шума;

- результаты расчетов по каждому из этапов обработки;

- выводы по результатам проделанной работы.

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое измерение? Какие измерения называются прямыми? В чем их отличие от косвенных измерений?

2. Дайте определение следующих понятий: результат измерений, абсолютная погрешность измерений, относительная погрешность измерений.

3. Дайте определение следующих понятий: неисключенный остаток систематической погрешности измерения, доверительная вероятность, доверительная граница случайной погрешности измерения, промах.

4. Что такое доверительный интервал?

5. Что принимают за результат измерений с многократными наблюдениями? Какие измерения Вы выполняли в данной работе?

6. Назовите основные числовые характеристики ряда наблюдений.

7. Что такое исправленный результат наблюдений? Как его получить?

8. Когда проводится стандартная процедура обработки результатов измерений с многократными наблюдениями, в чем она заключается?

9. Когда проводится упрощенная процедура обработки результатов измерений с многократными наблюдениями, в чем она заключается?

10. Всегда ли для повышения точности результата измерений стоит проводить многократные наблюдения? Как оценить желательное количество таких наблюдений в отдельно взятой серии?

11.Что такое инструментальная погрешность? Всегда ли она оказывает влияние на результаты измерений? Когда ее влиянием можно пренебречь?

12. Как представить результаты измерений с многократными наблюдениями? От чего зависит выбор способа представления результатов?

13. Как вычислить результирующую погрешность измерений, если на результаты одновременно влияют:

- неисключенный остаток систематической погрешности и случайная составляющая погрешности?

- две и более систематических составляющих?

14. Какими вольтметрами лучше измерять постоянное напряжение, если для получения результата измерений предполагается использовать многократные наблюдения? Почему?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25631. Диффузная эндокринная система 32 KB
  Среди одиночных гормонпродуцирующих клеток различают две самостоятельные группы: I нейроэндокринные клетки APUDсерии нервного происхождения; II клетки не нервного происхождения. Эти клетки характеризуются способностью поглощать и декарбоксилировать предшественники аминов англ. Согласно современным представлениям клетки APUDсерии развиваются из всех зародышевых листков и присутствуют во всех тканевых типах: 1 производные нейроэктодермы {нейроэндокринные клетки нейросекреторных ядер гипоталамуса эпифиза мозгового вещества...
25632. Железистые эпителии 42.5 KB
  Железистый эпителий состоит из железистых или секреторных клеток гландулоцитов. Они накапливаются в местах наибольшей активности клеток т. В цитоплазме клеток обычно присутствуют секреторные гранулы размер и строение которых зависят от химического состава секрета. Цитолемма имеет различное строение на боковых базальных и апикальных поверхностях клеток.
25633. Желудок 56 KB
  Пепсин вырабатывается в неактивной форме в виде пепсиногена который в содержимом желудка в присутствии соляной кислоты превращается в активную форму пепсин. Слизь покрывая поверхность слизистой оболочки желудка предохраняет ее от действия хлористоводородной кислоты и от повреждения грубыми комками пищи. Механическая функция желудка состоит в перемешивании пищи с желудочным соком и проталкивания переработанной пищи в двенадцатиперстную кишку. В осуществлении функции принимает участие мускулатура желудка.
25634. Желчь 31 KB
  К ним относятся внутрипеченочные и внепеченочные желчные протоки. К внутрипеченочным принадлежат междольковые желчные протоки а к внепеченочным правый и левый печеночные протоки общий печеночный пузырный и общий желчный протоки. Междольковые желчные протоки вместе с разветвлениями воротной вены и печеночной артерии образуют в печени триады. На этом основании предполагают что междольковые желчные протоки выполняют секреторную функцию.
25635. ИММУННАЯ СИСТЕМА И КЛЕТОЧНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ИММУННЫХ РЕАКЦИЯХ 37 KB
  Иммунная система объединяет органы и ткани в которых происходит образование и взаимодействие клеток иммуноцитов выполняющих функцию распознавания генетически чужеродных субстанций антигенов и осуществляющих специфическую реакцию. Иммунитет это защита организма от всего генетически чужеродного микробов вирусов от чужих клеток или генетически измененных собственных клеток. В организме взрослого человека она представлена красным костным мозгом источником стволовых клеток для иммуноцитов центральным органом лимфоцитопоэза...
25636. Иммунокомпетентные клетки 51 KB
  Лимфоциты Популяция лимфоцитов функционально неоднородна. Различают три основных вида лимфоцитов: Тлимфоциты Влимфоциты и так называемые нулевые лимфоциты 0клетки. Олимфоциты нулевые лишены поверхностных маркеров и рассматриваются как резервная популяция недифференцированных лимфоцитов. Тлимфоциты самая многочисленная популяция лимфоцитов составляющая 70 90 лимфоцитов крови.
25637. Волокнистые соединительные ткани 45 KB
  Клетки. Основными клетками соединительной ткани являются фибробласты макрофаги тучные клетки адвентициальные клетки плазматические клетки перициты жировые клетки а также лейкоциты мигрирующие из крови; иногда пигментные клетки. Фибробласты фибробластоциты клетки синтезирующие компоненты межклеточного вещества: белки коллаген эластин протеогликаны гликопротеины. Среди мезенхимных клеток имеются стволовые клетки дающие начало дифферону фибробластов: стволовые клетки полустволовые клеткипредшественники...
25638. КОЖА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ 95 KB
  Толщина кожи вирьирует от 05 до 5 мм. У взрослого человека в сосудах кожи может задерживаться до 1 л крови. В некоторых участках кожи например на голове и кистях на 1 см2 ее поверхности насчитывается до 300 чувствительных точек. В первые недели развития зародыша эпителий кожи состоит всего из одного слоя плоских клеток.
25639. Кора большого мозга 56 KB
  Наиболее поверхностного и глубокого слоев коры. Для коры характерно расположение клеток и волокон слоями. Цитоархитектоника коры большого мозга.