Порядок і методику виконання прямих вимірювань з багаторазовими незалежними спостереженнями, обробки спостережень і оцінки їх похибок регламентує ГОСТ 8.207-76. Методи статистичної обробки результатів вимірювань зводяться до визначення числових оцінок параметрів відповідних законів розподілу. Тому необхідне знання методів визначення за експериментальними даними числових характеристик законів розподілів.
При статистичній обробці результатів спостережень виконують такі операції:
Виняток відомих систематичних похибок з результатів спостережень.
Систематичні похибки виключають шляхом:
ліквідації джерел похибок до початку вимірювання;
виключення похибок в процесі вимірювання способами заміщення, компенсації похибки за знаком, протиставлення, симетричних спостережень;
внесення обчислених поправок в результат вимірювання.
Результат спостережень, в який введено поправки з метою усунення систематичних похибок, вважається виправленим.
а) середнього арифметичного (центру розподілу похибок) виправлених результатів спостережень, прийнятого за результат вимірювання;
б) оцінки середнього квадратичного відхилення результату спостереження і вимірювання;
в) довірчих меж випадкової складової похибки результату вимірювання (при цьому перевіряють гіпотезу про те, що результати спостережень належать нормальному розподілу).
1. Пристрій, опис і характеристики приладу
Абсолютне значення рівня або відхилення рівня від номінального значення вимірюється рівнемірами. Вимірювання рівня відбувається як у відкритих посудинах, так і в ємностях, що знаходяться під тиском. Рівнеміри можна розділити на прилади вузького і широкого діапазону вимірювання. Рівнеміри вузького діапазону мають нульову точку в середині шкали, відповідну необхідній висоті рівня, і ділення, що показують відхилення від нормального рівня в обидві сторони від нуля. Рівнеміри другої групи мають односторонню шкалу. Ділення шкали в цьому випадку показують висоту рівня над дном посудини.
Прилади для вимірювання рівня матеріалів підрозділяються на візуальні (з безпосередніми спостереженнями за положенням рівня); поплавкові, у яких чутливим елементом є поплавок, занурений в вимірювану рідину. Крім того, є рівнеміри пружинні з чутливим елементом у вигляді пружини, де тиск стовпа рідини врівноважується пружною деформацією пружини; ємнісні, у яких використовується зміна електричної ємності датчика при вимірюванні рівня вимірюваного середовища; контактні; радіоактивні, засновані на обліку зміни протікає через вимірювану середу потоку випромінювання при зміні рівня.
Візуальні рівнеміри застосовують для вимірювання рівня рідин. Вони побудовані за принципом сполучених посудин. Уровнемер має скло, що закріплюється так, що середина його знаходиться на висоті необхідного рівня. При цьому висота скла повинна охоплювати всю зону коливання рівня.
Поплавкові рівнеміри. Вимірювання рівня рідини за допомогою поплавка, частково зануреного в рідину, засноване па тому, що поплавок в посудині може переміщатися по вертикалі, фіксуючи тим самим рівень рідини. При досягненні верхнього або нижнього положення контрольованого рівня поплавок за допомогою перемикачів замикає електричні сигнальні ланцюга. Перемикачі можна приєднати до пристроїв, які змінюють рівень рідини (насоси, кран і т. П.), Або пристроїв сигналізації.
Мембранний рівнемір призначений для вимірювання рівня рідини в резервуарах. Принцип дії цього приладу заснований на зрівноважуванні тиску гідростатичного стовпа рідини силою пружної деформації мембрани.
Тиск вимірюваного рідини подається до мембрани. Під дією тиску мембрана прогинається, а разом з нею прогинається і пружина. Мембрана переміщує стрілку.
Диференціальними манометрами можна вимірювати рівень рідини в судинах, що знаходяться під тиском або без нього. Діапазон вимірюваного рівня дуже широкий: від міліметрів до декількох метрів. Крім того, результати вимірювання можна передавати на відстань різними способами (пневматичним; електричним і т. П.).
Схему вимірювання рівня у відкритому резервуарі дифманометром застосовують, наприклад, для вимірювання рівнів в резервуарах водонапірних веж. Дифманометр за допомогою трубки приєднують до резервуару, рівень в якому вимірюють. Величина перепаду тиску в камерах дифманометра дорівнює тиску стовпа рідини в резервуарі.
Зазвичай дифманометр встановлюють нижче дна резервуара. У зв'язку з цим для усунення впливу на показання дифманометра стовпа рідини в сполучній трубці встановлюють зрівняльний посудину, який заповнюють тієї ж рідиною, що і резервуар.
При вимірюванні рівня у відкритому резервуарі зрівняльний посудину встановлюють на позначці мінімального рівня і з'єднують у верхній частині з атмосферою, а для підтримання сталості рівня рідини в зрівняльний посудині передбачають злив в дренаж через запірний вентиль. При контролі рівня рідини в резервуарі, розташованому під тиском, зрівняльний посудину також з'єднується з резервуаром.
Ємнісні рівнеміри призначені для контролю і сигналізації положення рівня матеріалу в резервуарах, бункерах і т. П. Контрольними середовищами можуть бути рідкі, гранульовані, мелкокусковие і інші матеріали.
Ємнісний сигналізатор рівня складається з електронного блоку і електрода, з'єднаних кабелем. Електронний блок приладу складається з генератора високої частоти, електрично пов'язаного з ємнісним електродом.
Принцип дії сигналізатора рівня заснований на зміні величини ємності електрода в залежності від зміни рівня середовищ. Генератор налаштований таким чином, що при зміні ємності змінюється анодний струм і спрацьовує реле, включене в анодний ланцюг лампи, і, отже, відбувається замикання або розмикання контактів реле.
Контактні рівнеміри. Дистанційний контроль заповнення бункерів сипучим матеріалом можна вести приладами з контактною системою. На різній висоті в стінці бункера послідовно встановлюють контактні пристрої, до яких підключають сигнальні лампочки, що знаходяться на диспетчерському пульті. Контакти замикаються при тиску на них сипучих матеріалів. Число палаючих ламп на пульті дає можливість грубо, по східцях стежити за наповненням бункерів.
Радіоактивні рівнеміри. Спосіб такого виміру заснований на тому, що при проходженні радіоактивних променів через речовину інтенсивність їх падає. Джерело і приймач (лічильник) гамма-випромінювання встановлюють в одній горизонтальній площині, але з різних сторін судини, в якому вимірюють рівень. Коли рівень опускається нижче площини, що переходить через джерело і приймач, інтенсивність променів, що надходять в лічильник, різко збільшується. З підвищенням рівня вище відлікової площині різко знижується і навіть припиняється надходження гамма-променів до лічильника. Вимірюючи інтенсивність поглинання, можна визначити положення рівня.
Для вимірювання рівня зазвичай використовують радіоактивні ізотопи, а для визначення інтенсивності випромінювання - іонізаційні камери, які підключають до електронного підсилювача, що має рахункове або сигнальний пристрій.
Для вимірювання рівня рідини застосовують реостатний датчик (реостатний рівнемір). Дія такого датчика (рис. 1) засновано на перетворенні лінійного переміщення троса в зміна омічного опору реостата.
Поплавок 8, сприймає вимірюваний рівень через трос 7, передає шківа 6 момент, що викликає поворот валу 3. Цей поворот передається движку 2, який ковзає по поверхні реостатного перетворювача 1, в результаті чого опір реостата змінюється. Реостат включається в ланцюг вимірювального приладу. Пружина 4 є поворотною; стопорний кулачок 5 оберігає движок реостата від повороту. Вантаж 9 здійснює натяг троса; його маса в кілька разів більша за масу поплавця, і маса останнього формально віднесена до маси вантажу. Вантаж жорстко пов'язаний з поплавком.
Дана вибірка, що складається з 35 (n) значень спостережень:
199.7954 201.0350 201.3435 198.2183 199.4384 200.1320 200.9349
198.4840 200.0322 200.8534 198.7674 200.8668 199.9703 196.6965
198.5793 200.4722 201.0887 201.6002 201.8810 198.4941 198.9623
200.3860 199.1175 199.3512 199.5562 200.6655 199.6490 199.9112
197.1890 200.1880 200.3290 202.1653 200.5705 201.1986 201.7837
2.1 Визначення оцінок математичного очікування та СКО по вибірці