Обработка результатов прямых равнорассеянных наблюдений

Прямыми называются измерения, в результате которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения осуществляются путем многократных наблюдений. Результаты наблюдений X₁,X₂,…,X_n называются равнорассеянными, если они являются независимыми, одинаково распределенными случайными величинами. Равнорассеянные результаты получают при измерениях, проводимых одним наблюдателем или группой наблюдателей с помощью одних и тех же методов и средств измерений в неизменных условиях внешней среды.

Обработка результатов наблюдений в соответствии с методикой прямых измерений с многократными наблюдениями производится в следующем порядке:

1. Путем введения поправок исключают известные систематические погрешности из результатов наблюдений.

2. Вычисляют среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений, принимая его за оценку истинного значения измеряемой величины.

3. Вычисляют оценку σ_x среднеквадратического отклонения результатов наблюдения и оценку среднеквадратического отклонения среднего арифметического.

4. Проверяют гипотезу о нормальности распределения результатов наблюдения. Если число результатов n>50, используют критерий Пирсона χ², при 15<n<50 – составной критерий. Уровень значимости выбирается из интервала 0,02 – 0,10. При n<15 нормальность распределения не проверяется.

5. Если результаты наблюдений распределены нормально, то определяют наличие грубых погрешностей и промахов и если последние обнаружены, соответствующие результаты отбраковывают и повторяют вычисления.

6. Вычисляют доверительные границы случайной погрешности при доверительной вероятности P=0,95, а также при P=0,99, если измерения в дальнейшем повторить нельзя.

7. Определяют границы неисключенной систематической погрешности результата измерений. В качестве составляющих неисключенной систематической погрешности рассматривают погрешности метода, погрешности средств измерений (например пределы допускаемой основной и дополнительных погрешностей, если их случайные составляющие пренебрежимо малы) и погрешности, вызванные другими источниками. При суммировании составляющих неисключенные систематические погрешности средств измерений рассматриваются как случайные величины. Если их распределение неизвестно, то принимается равномерное распределение и тогда границы неисключенной систематической погрешности результата при числе составляющих m>4 определяют как

где θ_i – границы отдельных составляющих общим числом m; k – коэффициент, равный 1,1 при P=0,95 доверительной вероятности и 1,4 при P=0,99.

8. Вычисляют доверительные границы погрешности результата. Если выполняется условие , то систематической погрешностью можно пренебречь и определить доверительные границы погрешности результата как доверительные границы случайной погрешности при P=0,95 (и при P=0,99); если же выполняется условие , то можно пренебречь случайной погрешностью и тогда Δ=θ при P=0,95 (и P=0,99).

Если эти условия не выполняются, то доверительные границы погрешности результата определяют по формуле , где коэффициент K находят из выражения

а среднеквадратическое общей погрешности результата

(****)

находят квадратическим суммированием дисперсии случайной и систематической погрешности результата. Границы случайной и систематической погрешности, входящие в формулу (****), необходимо выбирать при одной и той же доверительной вероятности (P=0,95 или P=0,99).

9. Результат измерения записывают в виде ± (Δ;P), а при отсутствии сведений о виде функции распределения составляющих погрешности и необходимости дальнейшей обработки результатов и анализа погрешностей – в виде = ; = ;n= ; θ=.

Если полученный при измерениях результат в дальнейшем используется для анализа и сопоставления с другими результатами или является промежуточным для нахождения других величин, то необходимо указать раздельно границы систематической погрешности и среднеквадратическое отклонение случайной погрешности: , θ, P, .