Математическая обработка результатов измерений (стр. 5 )

Мерой взаимной корреляции двух случайных величин является ковариация. Если две входные величины и являются коррелированными, т. е. зависимыми друг от друга, то при оценивании суммарной стандартной неопределенности должна учитываться их ковариация , которая оценивается по следующей формуле:

при , (34)

где – стандартные неопределенности; – коэффициент корреляции.

Для расчета коэффициента корреляции используются согласованные пары измерений ;

. (35)

4. Расчет оценки выходной величины. Оценка выходной величины является результатом измерения. Эту оценку получают из уравнения связи, заменяя входные величины их оценками

. (36)

5. Расчет стандартной неопределенности выходной величины. Стандартная неопределенность выходной величины представляет собой стандартное отклонение оценки выходной величины или результата измерения и характеризует разброс значений, которые могут быть с достаточным основанием приписаны измеряемой величине. Определяется суммированием стандартной неопределенности входных величин и является суммарной, или комбинированной стандартной неопределенностью, обозначаемой .

Применяемый для суммирования метод в терминах концепции неопределенности называется законом распределения неопределенностей, или корнем из суммы квадратов.

В случае некоррелированных входных величин суммарная стандартная неопределенность рассчитывается по формуле

, (37)

где – частная производная функции по аргументу ; – стандартная неопределенность, оцененная по типу А или В.

В случае коррелированных входных величин

, (38)

где определяется по формуле (34).

Частные производные называются коэффициентом чувствительности и показывают, как выходная величина изменяется с изменением значения входных оценок : .

С учетом формулы преобразуются в следующие выражения:

– в случае некоррелированных входных величин

=, (39)

– в случае коррелированных входных величин

, (40)

где определяется по формуле (35).

Величина является вкладом в стандартную неопределенность, связанную с оценкой выходной величины, которая получается из стандартной неопределенности, связанной с оценкой входной величины , по следующей формуле:

. (41)

Во многих случаях общие выражения для суммирования неопределенностей сокращаются до гораздо более простых формул.

Так, если функция модели является суммой или разностью некоррелированных входных величин , например ) , то суммарная стандартная неопределенность определяется выражением:

. (42)

Если функция модели является произведением или отношением некоррелированных входных величин , то суммарная стандартная неопределенность определяется выражением:

. (43)

где – неопределенности параметров, выраженные в виде относительных стандартных отклонений.

6.Расчет расширенной неопределенности. Расширенная неопределенность получают путем умножения стандартной неопределенности выходной величины на коэффициент охвата . При выборе значения коэффициента охвата следует учитывать:

– требуемый уровень достоверности;

– какую-либо информацию о предполагаемом распределении;

– информацию о количестве наблюдений, использованных для оценки случайных эффектов.

Коэффициент охвата при оценивании расширенной неопределенности выбирают в соответствии со следующими рекомендациями.

В случаях, когда измеряемой величине может приписываться нормальное распределение вероятностей, коэффициент охвата определяется как квантиль нормированного нормального распределения при уровне доверия (табл. 5).

Таблица 5

Значения коэффициента охвата при уровне доверия Р

Уровень доверия , %	Коэффициент охвата,
68,27 90 95 95,45 99 99,73	1 1,645 1,960 2 2,576 3

Часто на практике принимают =2 для интервала, имеющего уровень доверия Р = 95 % и =3 для интервала, имеющего уровень доверия Р = 99 %.

Если все стандартные неопределенности, оцененные по типу А, определялись на основании ряда наблюдений, количество которых менее 10, то распределение вероятностей результата измерения описывается распределением Стьюдента (-распределением)с эффективной степенью свободы

В общем случае , где – квантиль распределения Стьюдента с эффективным числом степеней свободы и уровнем доверия Р. Эффективное число степеней свободы рассчитывается по формуле:

, (44)

где – число степеней свободы при определении оценки ой входной величины для оценивания неопределенностей по типу А ( – число результатов измерений); для определения неопределенности по типу В.

Значения коэффициента охвата, который равен квантилю распределения Стьюдента можно найти в табл. 6.

Таблица 6

Коэффициенты охвата для различных степеней свободы

	1	2	3	4	5	6	7	8	10	20	50
	13,97	4,53	3,31	2,87	2,65	2,52	2,43	2,37	2,28	2,13	2,05	2,00
	235,8	19,21	9,22	6,22	5,51	4,90	4,53	4,28	3,96	3,42	3,16	3,00

Когда вклад источника неопределенности входной величины, имеющей прямоугольное распределение, является доминируюшим (в три и более раз, чем все остальные вместе взятые)равно:

1,65 при %

1,71 при %

6. Представление конечного результата измерений.

Если мерой неопределенности является суммарная стандартная неопределенность , то результат может быть записан так:

результат: (единиц) при стандартной неопределенности (единиц)

Если мерой неопределенности является расширенная неопределенность , то лучше всего указывать результат в виде :

результат: () (единиц).