С помощью моста проведен ряд независимых измерений сопротивления образцового резистора R0= 1300 Ом:
№ 1 2 3 4 5
R, Ом 1341 1336 1355 1329 1331
Определите значение систематической и случайной (среднее квадратическое значение) составляющих погрешности измерений. Найдите доверительный интервал для случайной погрешности определения среднего значения сопротивления при доверительной вероятности 0,9. Можно ли считать доказанным наличие систематической погрешности сопротивления этого резистора по данному ряду измерений, если принять, что случайная составляющая погрешности измерений распределена по нормальному закону?
Решение
Определяем выборочное среднее значение проведенных наблюдений:
R=1n*i=1nRi=1341+1336+1355+1329+13315=66925=1338,4 Ом.
Таким образом, делаем вывод о наличии систематической погрешности:
∆с=R0-R=1300-1338,4=-38,4 Ом.
Отметим, что вывод – предварительный, так как считать доказанным наличие систематической погрешности можно, только если она окажется больше, чем соответствующий доверительный интервал для результата измерения.
Определяем сумму квадратов отклонений результатов наблюдений от среднего значения:
i=15Ri-R2=1341-1338,42+1336-1338,42+
+1355-1338,42+1329-1338,42+1331-1338,42=
=431,2 Ом2.
Рассчитываем абсолютное значение среднего квадратического отклонения сопротивления резистора:
σR=S=1n-1*i=1nRi-R2=431,25-1=10,38 Ом.
Для определения доверительного интервала для оценки среднего значения сопротивления необходимо предварительно вычислить среднеквадратичное отклонение результата измерения (исправленное среднее квадратическое отклонение):
SR=Sn=10,385=4,64 Ом.
Заданной вероятности P=0,95 соответствует коэффициент (квантиль нормального распределения) Стьюдента, который при числе степеней свободы v=n-1=5-1=4 равен:
t0,9;4=2,13.
Тогда искомый доверительный интервал:
ε=±t0,9;4*SR=±2,13*4,64=±9,88 Ом.Записываем результат измерения:
R=431±10 Ом, P=0,9.
Кроме того, видим, что наличие систематической погрешности у исследуемого резистора можно считать доказанным, так как полученный доверительный интервал уже и систематическая погрешность выходит за его пределы.