Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Podobne dokumenty
Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Podstawy opracowania wyników pomiarów

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

Statystyczne Metody Opracowania Wyników Pomiarów

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych. Wykład tutora na bazie wykładu prof. Marka Stankiewicza

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych. Wykład tutora na bazie wykładu prof. Marka Stankiewicza

Statystyczne Metody Opracowania Wyników Pomiarów

PODSTAWY OPRACOWANIA WYNIKÓW POMIARÓW Z ELEMENTAMI ANALIZY NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

Statystyczne Metody Opracowania Wyników Pomiarów

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności statystycznych

Wstęp do teorii niepewności pomiaru. Danuta J. Michczyńska Adam Michczyński

LABORATORIUM Z FIZYKI

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

Zmierzyłem i co dalej? O opracowaniu pomiarów i analizie niepewności słów kilka

Analiza niepewności pomiarowych i opracowanie wyników. Chemia C

Wprowadzenie do rachunku niepewności pomiarowej. Jacek Pawlyta

Niepewności pomiarów

Fizyka (Biotechnologia)

Teoria błędów. Wszystkie wartości wielkości fizycznych obarczone są pewnym błędem.

Temat: SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

Określanie niepewności pomiaru

Komputerowa Analiza Danych Doświadczalnych

KARTA INFORMACYJNA PRZEDMIOTU

WPROWADZENIE DO TEORII BŁĘDÓW I NIEPEWNOŚCI POMIARU

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

Projektowanie systemów pomiarowych. 02 Dokładność pomiarów

Laboratorium Fizyczne Inżynieria materiałowa. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wyniki pomiarów okresu drgań dla wahadła o długości l = 1,215 m i l = 0,5 cm.

ĆWICZENIE 13 TEORIA BŁĘDÓW POMIAROWYCH

Tutaj powinny znaleźć się wyniki pomiarów (tabelki) potwierdzone przez prowadzacego zajęcia laboratoryjne i podpis dyżurujacego pracownika obsługi

Jak poprawnie napisać sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki?

Niepewność pomiaru. Wynik pomiaru X jest znany z możliwa do określenia niepewnością. jest bledem bezwzględnym pomiaru

SMOP - wykład. Rozkład normalny zasady przenoszenia błędów. Ewa Pawelec

Wykład 9. Terminologia i jej znaczenie. Cenzurowanie wyników pomiarów.

Komputerowa Analiza Danych Doświadczalnych

Ćw. 2: Analiza błędów i niepewności pomiarowych

Analiza i monitoring środowiska

Dokładność pomiaru: Ogólne informacje o błędach pomiaru

przybliżeniema Definicja

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

A. Metody opracowania i analizy wyników pomiarów K.Kozłowski i R Zieliński I Laboratorium z Fizyki część 1 Wydawnictwo PG.

Weryfikacja hipotez statystycznych

Podstawy niepewności pomiarowych Ćwiczenia

Dr inż. Paweł Fotowicz. Procedura obliczania niepewności pomiaru

Wyznaczanie budżetu niepewności w pomiarach wybranych parametrów jakości energii elektrycznej


Weryfikacja hipotez statystycznych, parametryczne testy istotności w populacji

Ćwiczenie 1 Metody pomiarowe i opracowywanie danych doświadczalnych.

Niepewność pomiaru w fizyce.

Analiza korelacyjna i regresyjna

Metrologia: obliczenia na liczbach przybliżonych. dr inż. Paweł Zalewski Akademia Morska w Szczecinie

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do obliczania niepewności pomiarowych

Pracownia Astronomiczna. Zapisywanie wyników pomiarów i niepewności Cyfry znaczące i zaokrąglanie Przenoszenie błędu

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Precyzja a dokładność

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do rachunku błędów pomiarowych

Ćwiczenie 1. Metody określania niepewności pomiaru

Rozkład normalny, niepewność standardowa typu A

JAK WYZNACZA SIĘ PARAMETRY WALIDACYJNE

WYKŁAD 8 ANALIZA REGRESJI

Odchudzamy serię danych, czyli jak wykryć i usunąć wyniki obarczone błędami grubymi

ANALIZA DOKŁADNOŚCI WYNIKU POMIARÓW

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyny

Zajęcia wprowadzające W-1 termin I temat: Sposób zapisu wyników pomiarów

Laboratorium Metrologii

S88 Badanie rzutu kostką sześcienną

INFORMATYKA W CHEMII Dr Piotr Szczepański

Ruch jednostajnie przyspieszony wyznaczenie przyspieszenia

Agrofi k zy a Wyk Wy ł k ad I Marek Kasprowicz

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego (Katera)

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

Rozkłady statystyk z próby

KORELACJE I REGRESJA LINIOWA

Analiza Danych Sprawozdanie regresja Marek Lewandowski Inf 59817

Rok akademicki: 2012/2013 Kod: JFM s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 4. Testowanie hipotez Estymacja parametrów

ROZKŁAD NORMALNY. 2. Opis układu pomiarowego

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

HISTOGRAM. Dr Adam Michczyński - METODY ANALIZY DANYCH POMIAROWYCH Liczba pomiarów - n. Liczba pomiarów - n k 0.5 N = N =

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Opracowanie wyników pomiarowych. Ireneusz Mańkowski

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

Badanie widma fali akustycznej

Niepewność pomiaru masy w praktyce

FIZYKA LABORATORIUM prawo Ohma

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

ODRZUCANIE WYNIKÓW POJEDYNCZYCH POMIARÓW

Sprawdzenie narzędzi pomiarowych i wyznaczenie niepewności rozszerzonej typu A w pomiarach pośrednich

Analiza niepewności pomiarów

Ćw. nr 1. Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Ćw. 1: Wprowadzenie do obsługi przyrządów pomiarowych

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyn i współczynnika sztywności zastępczej

S YLABUS MODUŁU (PRZEDMIOTU) I nformacje ogólne. Nie dotyczy

LABORATORIUM Populacja Generalna (PG) 2. Próba (P n ) 3. Kryterium 3σ 4. Błąd Średniej Arytmetycznej 5. Estymatory 6. Teoria Estymacji (cz.

BŁĘDY W POMIARACH BEZPOŚREDNICH

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

POMIARY I NIEPEWNOŚCI

Transkrypt:

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych Dzięki uprzejmości: Paweł Korecki Instytut Fizyki UJ pok. 256 e-mail: pawel.korecki@uj.edu.pl http://users.uj.edu.pl/~korecki

Po co nam to? Postęp dokonuje się dzięki zwiększaniu zrozumienia Zrozumienie wynika z budowania coraz doskonalszych teorii Teorie mogą być doskonalone wyłącznie w oparciu o dobre wyniki doświadczalne

Po co jest Pracownia Fizyczna? 1. Obserwacja zjawisk i efektów fizycznych. Samodzielne wykonywanie doświadczeń. M21 E5 C1 O7 F10

Po co jest Pracownia Fizyczna? 2. Nauka obsługi prostych i trochę bardziej skomplikowanych przyrządów pomiarowych

Po co jest Pracownia Fizyczna? 3. Nauka podstaw opracowania wyników pomiarów a) Nauka poprawnego wyznaczania wielkości fizycznych b) Nauka pomiaru zależności fizycznych i ich opisu c) Nauka poprawnej prezentacji wyników Niniejszy wykład stanowi wstęp do tego punktu

Pomiar bezpośredni doświadczenie, w którym przy pomocy odpowiednich przyrządów mierzymy (tj. porównujemy ze wzorcem) interesującą nas wielkość fizyczną: Przykład: pomiar długości przedmiotu linijką

Pomiar pośredni doświadczenie, w którym wyznaczamy wartość interesującej nas wielkości fizycznej przez pomiar innych wielkości fizycznych związanych z dana wielkością znanym związkiem funkcyjnym Przykład: pomiar średniej prędkości poprzez pomiar drogi i czasu V=s/t

Niepewność pomiaru [błąd pomiaru] Wszystkie pomiary mogą być wykonywane tylko ze skończoną dokładnością! Powód: niedoskonałość przyrządów pomiarowych nieprecyzyjność naszych zmysłów szumy, zakłócenia Terminów niepewność i błąd używamy często wymiennie, ale nie zawsze jest to to samo!

Jedyny sensowny zapis wyniku pomiaru (wartość ± niepewność pomiarowa) jednostka np.: S= (2.20 ± 0.11) mm Niepewność pomiarowa ma taki sam wymiar [jednostkę] jak mierzona wielkość!

Wynik pomiaru bez podania niepewności pomiaru nie jest wartością w pełni użyteczną Przykład: eksperyment Galileusza Swobodny spadek kuli z żelaza i ołowiu: (55.6 1.0 )m Uzyskujemy wyniki: t żelazo = 3.31 s t ołow = 3.28 s Moglibyśmy zatem wnioskować t zelazo > t ołów Jeżeli wyniki podamy uwzględniając niepewność t zelazo = (3.31 0.20) s t ołów = (3.28 0.20) s to widać, że t żelazo t ołów =0.03 s < <0.20 s Jak było naprawdę? http://carladler.org/galileo

Niepewność względna i bezwzględna niepewność bezwzględna niepewność względna niepewność procentowa L=(100 1)mm ; DL/ L =0.01 lub 1%

Rodzaje niepewności pomiarowych GRUBE Drastycznie duże odchyłki. Nieumiejętność obsługi, pomyłki przy odczycie lub zapisie [ELIMINACJA!] SYSTEMATYCZNE W przybliżeniu ta sama różnica (w jedną stronę) pomiędzy wartością rzeczywistą a wynikami pomiarów Np: skończona dokładność przyrządów PRZYPADKOWE Spowodowane przez wiele niezależnych przyczyn o porównywalnym znaczeniu nieprecyzyjność naszych zmysłów, szumy, zakłócenia symetryczny przypadkowy rozrzut wyników pomiaru wokół wartości rzeczywistej

Błędy grube t=239s

Niepewności systematyczne Przesuwają wynik zawsze w jedną stronę w stosunku do prawdziwej wartości = najmniejsza działka (w tym przypadku 1mm, 1 o C) Taki zapis oznacza, że prawdziwa wartość prawie na pewno [ z prawdopodobieństwem bliskim 100%] znajdzie się w tym przedziale [niepewność maksymalna]

Niepewności systematyczne przyrządów cyfrowych = specyfikacja urządzenia! to nie jest ostatnia cyfra znacząca!!!

D s C = 1) C=0.010mF [200nF] 2%rdg=0.0002 mf 3dgt=0.003 mf D s C=0.003 mf 2) C=10.00mF [20mF] 3%rdg=0.30 mf 5dgt=0.05 mf D s C=0.35 mf Notujcie typ przyrządów. W Internecie prawie zawsze można znaleźć specyfikację!!!

Niepewności przypadkowe pomiarów bezpośrednich Przykład: pomiar okresu drgań wahadła Dokładny stoper (0.01s) Czas reakcji człowieka jest rzędu 0.2s

Wyniki kolejnych pomiarów okresu i-ty T pomiar i [s] 1 2.01 2 2.00 3 1.98 4 1.69 5 2.34 6 1.91 7 2.02 8 2.06 9 2.18 10 2.10 11 2.05 12 1.72 13 2.19 14 2.32 15 1.71 16 1.69 17 1.99 18 2.02 19 1.83 20 1.89 Naszym zadaniem jest podanie wyniku i jego niepewności

Analiza statystyczna niepewności przypadkowych Niepewności przypadkowe opisane są rozkładem normalnym (Gaussa). Wiemy z jakim prawdopodobieństwem otrzymamy daną wartość x. [podobnie jak przy rzucie kostką wiemy jakie jest prawdopodobieństwo wyrzucenia n oczek]. - wartość mierzona -wartość oczekiwana [prawdziwa] -odchylenie standartowe [miara niepewności]

Analiza statystyczna niepewności przypadkowych

Wynik pomiaru średnia arytmetyczna wielkością najbardziej zbliżoną do wartości rzeczywistej [estymatorem wartości oczekiwanej] jest średnia arytmetyczna pomiarów.

Niepewność pojedynczego pomiaru Wielkością najlepiej opisującą niepewność pojedynczego pomiaru jest rozrzut pomiarów wokół wartości średniej [estymator odchylenia standartowego] 68% następnych pomiarów będzie mieściło się w przedziale

Niepewność wyniku niepewność średniej arytmetycznej Wielkością najlepiej opisującą niepewność wyniku jest odchylenie standardowe średniej arytmetycznej W 68% identycznych doświadczeń otrzymamy średnią arytmetyczną mieszczącą się w przedziale można zmniejszać zwiększając liczbę pomiarów n

Małe serie pomiarów Dla małej liczby pomiarów: daje zaniżoną wartość niepewności Współczynnik Studenta ( vel. W.Gosset - browary Guiness a) Liczba pomiarów Poziom ufności n a=0.6828 a=0.95 a=0.99 2 1.837 12.706 63.657 3 1.321 4.303 9.926 4 1.197 3.182 5.841 5 1.141 2.776 4.604 6 1.11 2.58 4.032 7 1.09 2.447 3.707 8 1.077 2.365 3.5 9 1.066 2.306 3.355 10 1.059 2.252 3.25 Poziom ufności prawdopodobieństwo z jakim wyznaczony przedział zawiera wartość rzeczywistą mierzonej wielkości.

Całkowita niepewność Zamiana niepewności systematycznej na odchylenie standartowe Całkowita niepewność standartowa

Średnia ważona Dwa pomiary tej samej wielkości: WAGI Można łatwo uogólnić dla wielu pomiarów

Zapis niepewności zaokrąglanie Podaje się tylko dwie cyfry znaczące estymatora niepewności. Liczymy co najmniej trzy i zaokrąglamy zawsze do góry. Wynik pomiaru obliczamy o co najmniej jedno miejsce dziesiętne dalej niż miejsce dziesiętne, na którym zaokrąglono błąd, a następnie zaokrąglamy wg. normalnych reguł do tego samego miejsca dziesiętnego, do którego zaokrąglono błąd. notatki Sprawozdanie Bez sensu

Zapis niepewności prezentacja Z użyciem odchylenia standardowego [poziom ufności 68%] lub

Zapis niepewności prezentacja Z użyciem Uwaga!: symbol zarezerwowany jest dla niepewności rozszerzonej [maksymalnej]. Z grubsza: dla poziomu ufności co najmniej 95%. Dlatego należy użyć dwa razy szerszego przedziału lub innego współczynnika Studenta. Symbol najczęściej występuje w medycynie, przemyśle, instrukcjach Niepewności systematyczne:

Zapis niepewności prezentacja Wyniki pomiarów i obliczeń najlepiej podawać w jednostkach, dla których wartość liczbowa zawarta jest przedziale od 0,01 do 1000. Można używać: przedrostków, [m,m,m, G] itd. lub notacji potęgowej typu 2x10 6, 2x10-6 I=0.00003121 A 0.00000012 A I=(31.21 0.12) ma I=(31.21 0.12) x 10-6 A

Propagacja błędów statystycznych Pomiary pośrednie - funkcja jednej zmiennej Przykład pomiar objętości kuli poprzez pomiar średnicy A.Zięba, Pracownia Fizyczna WFiTJ, 2002

Propagacja błędów statystycznych Pomiary pośrednie - funkcja jednej zmiennej Najprostszy przykład [zmniejszanie niepewności] T=3.02s S T =0.10 T=3.02(10)s T 100 =302.52 S T100 =0.10 T =T 100 /100=3.0252 S T =S T100 /100=0.0010 T =3.0252(10) Uwaga na moduł! Czy tu OK.?

Propagacja błędów statystycznych Pomiary pośrednie - funkcja wielu zmiennych (tutaj tylko dwie)

Propagacja błędów statystycznych Pomiary pośrednie - funkcja wielu zmiennych Suma i różnica Średnia geometryczna Niepewności przypadkowe Średnia arytmetyczna Niepewności systematyczne Pojedyncze pomiary

Propagacja błędów statystycznych Pomiary pośrednie - funkcja wielu zmiennych Iloczyn i iloraz [różniczka logarytmiczna, Skrypt, IPF] Czego tu brak?

Porównywanie zmierzonych wielkości porównanie z wielkością tablicową zgodność porównanie dwóch zmierzonych wielkości zgodność

Wykresy

Wykresy źle dobrze

Regresja liniowa metoda pozwalająca na zbadanie związku pomiędzy mierzonymi wielkościami Nazwa regresja historia. F. Galton (1886) Regresja do średniej w dziedziczeniu postury [tendencja, że dzieci wysokich rodziców mają wzrost bliższy średniej]

Regresja liniowa [dzisiaj zwykle rozumiana jako metoda najmniejszych kwadratów] pomiary Model np.: [a,b parametry] Metoda minimalizacji odchyleń: Najprostszy linowy model bez wag

Wynik regresji Wartości oczekiwane parametrów i ich niepewności Dla zależności liniowej przepisy na a i b są proste! Współczynnik korelacji [im bliższy 1 tym lepiej] Suma kwadratów dla dobrego dopasowania n-liczba danych, m-liczba parametrów]

Regresja liniowa oznacza, że parametry modelu są w pierwszej potędze Model: wraz z niepewnościami

Oprogramowanie do opracowania wyników Płatne: Mathematica, Maple, Matlab, Origin, MSOffice/? Bezpłatne: OpenOffice/?, Qtiplot (ograniczony), Extrema, Fityk, Gnuplot, Grace, Kst Jest więc czym opracować

Literatura I Pracownia fizyczna, red. A.Magiera, OWI Kraków 2006 H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN Warszawa 1999 A.Zięba, Postępy Fizyki, tom 52, zeszyt 5, 2001, str.238-247