2. mÕÕteteooria pÕhialused 2.1. mõõtmise...
TRANSCRIPT
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
1(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2. MÕÕTETEOORIA PÕHIALUSED 2.1. Mõõtmise üldmõisted
• Mõõtmine on menetluste kogum , mille tulemusena saadakse mõõdetava suuruse väärtus.
• Mõõtmine kujutab endast mõõdetava suuruse võrdlemist
selle suuruse võimalike väärtuste skaalaga, mis on ühel või teisel viisil eelnevalt konstrueeritud.
• Mõõtmine algab suuruse defineerimisest ning
mõõteprintsiibi, -meetodi ja -toimingu valikust.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
2(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Mõned mõisted
• Mõõteprintsiip (põhimõte ) on mõõtmise teaduslik alus , st. füüsikaliste nähtuste kogum, millel põhineb mõõtmine.
• Mõõtemeetod on mõõtmiste sooritusvõtete loogiline jada
ehk mõõtmiste süsteem. Näiteks on mõõtemeetodid otsene või kaudne mõõtmine, staatiline või dünaamiline mõõtmine.
• Otsene mõõtmine on mõõtmine, mille korral mõõdetava
suuruse otsitav väärtus saadakse katseliselt samaliigilise suuruse väärtusega võrdlemise tulemusena , nt pikkuse mõõtmime joonlauaga.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
3(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Kaudne mõõtmine on mõõtmine, mille korral saadakse mõõdetava suuruse otsitav väärtus teiseliigiliste suuruste väärtuste mõõtmisest , kasutades nende teadaolevat seost mõõdetava suurusega.
Nt. aktiivtakistuse r mõõtmine alalispinge U ja alalisvoolu I otsemõõtmise tulemuste ja alltoodud valemi alusel
I
Ur =
.
• Staatiline mõõtmine on ajas püsivate või vähemuutuvate suuruste väärtuste mõõtmine, nt alalisvoolu mõõtmine.
(2.1)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
4(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Dünaamiline mõõtmine on suuruse hetkväärtuste ja nende
ajas muutumiste määramiseks tehtav mõõtmine, nt vahelduvvoolu hetkväärtuse mõõtmine.
• Mõõtetoiming (mõõteprotseduur) on detailselt kirjeldatud
teoreetiliste ja praktiliste operatsioonide kogum , mis on vajalik teatud kindla mõõtmise sooritamiseks nimetatud meetodil ning mis peaks olema kirjeldatud vastavas dokumendis (nn mõõtetoimingu kirjelduses) nii üksikasjalikult, et mõõtja saab sooritada mõõtmise ilma täiendava infota .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
5(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõdis (mõõteväärtus) on teatud ajahetkel mõõtmise teel
saadud suuruse koguseline hinnang . • Mõõdis on mõõtesuuruse väärtuse üksikhinnang
(üksiktulemus): mõõtevahendi näit, saadud lugem või mingi muu mõõtmise tulemusena saadud kvantitatiivne info.
• Üksikmõõdiste kogumi põhjal saab määrata
mõõtetulemuse .
• Mõõtetulemus (mõõtmistulemus) on mõõtmiste teel saadud mõõtesuuruse väärtus .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
6(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtetulemus on lõplik vastus (hinnang) mõõtesuuruse
väärtuse kohta.
• Mõõtetulemus on täielik ainult juhul, kui see sisaldab infot selle tulemuse määramatuse kohta.
• Seega: mõõtetulemus täielikul kujul saadakse
üksikmõõdistest või nende kogumitest koos paranditega ning sisaldab alati infot mõõtemääramatuse kohta .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
7(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Mõõtetulemuse dokumenteerimiseks tuleb:
- täpselt kirjeldada mõõdistest saadava mõõtetulemuse ja selle määramatuse arvutamise metoodikat;
- tuua ära kõik parandid ja konstandid ning nende allikad;
- esitada kõik määramatuse komponendid ja põhjendada
nende hinnanguid; - esitada andmetöötlus selliselt, et iga olulisem samm oleks
hõlpsasti jälgitav ja esitatud tulemuse arvutust saaks vajaduse korral sõltumatult korrata.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
8(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtetulemuste korduvus on sama mõõtesuuruse
üksteisele järgnevatel mõõtmistel saadud mõõtetulemuste lähedusaste , kui mõõdetakse samadel tingimustel ehk kordustingimustel .
• Kordustingimuste puhul peavad mõõtetoiming, mõõtja,
mõõtevahend ja mõõtmise koht kõigi mõõtmiste ajal olema rangelt samad , kusjuures mõõtmise kordamine toimub teatud ajavahemiku jooksul.
• Mõõtetulemuste korratavus on sama mõõtesuuruse
mõõtetulemuste lähedusaste, kui mõõdetakse muutunud (muudetud) tingimustel .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
9(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Korratavuse kehtivus nõuab muudetud tingimuste täpsustamist.
• Muudetud tingimuste hulka võivad kuuluda: - mõõteprintsiip, - mõõtemeetod, - mõõtja, - mõõtevahend, - tugietalon, - laboratoorium (mõõtmise asukoht), - mõõtetingimused, - aeg jms.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
10(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtetäpsus on mõõtetulemuse ja mõõtesuuruse tõelise väärtuse lähedusaste .
• Mõõtehälve (mõõteviga, absoluutne viga) ∆X on
mõõtetulemuse X ja mõõtesuuruse tõelise väärtuse XT vahe. ∆X = X−XT .
• Viga on ideaalsuurus , sest saame anda ainult tõenäosusliku hinnangu väärtuste vahemiku kohta, milles asub mõõdetava suuruse tõeline väärtus soovitud (nõutud) tõenäosusega.
• Selle väärtuste vahemiku ulatust iseloomustabki
mõõtemääramatus .
(2.2)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
11(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtehälve võib olla juhuslik või süstemaatiline .
• Juhuslik mõõtehälve (juhuslik viga) on mõõtetulemuse ja
mõõtesuuruse väärtuse vahe, mille võiksime saada mõõtesuuruse lõpmatukordsel mõõtmisel kordustingimustel.
• Süstemaatiline mõõtehälve võrdub mõõtehälbe ja juhusliku
mõõtehälbe vahega. Süstemaatilist mõõtehälvet saab kompenseerida parandiga.
• Parand on võrdne süstemaatilise mõõtehälbe hinnanguga,
kuid vastasmärgiline.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
12(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtemääramatus on mõõtetulemusega seotud parameeter, mis iseloomustab mõõtesuurusele omistamiseks mõeldavate väärtuste jaotust .
• Mõõtemääramatus peegeldab seda, et meil puuduvad
täpsed teadmised mõõtesuuruse väärtuse kohta.
• Mõõtetulemus võib osutuda väga lähedaseks mõõtesuuruse väärtusele, mida pole võimalik täpselt teada , kuid võib samal ajal olla üsna suure määramatusega.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
13(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.2 Mõõtmise põhiväide
• Mõõteprotsessi peamiseks eripäraks on see, et mõõtmise kordamisel tuleb suuruse arvväärtus, tingituna mõõtesuuruse iseloomust, igal mõõtmisel erinev .
• Mistahes suuruse mõõtmisel saadud arvväärtusel ja seega
ka mõõtetulemusel on juhuslik iseloom selles mõttes, et saadud väärtused ei ühti.
• Samas ei ole nad ka täiesti juhuslikku laadi , sest nende
erinevus järgib teatud seaduspärasust , mida saame kirjeldada vastava tõenäosusega .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
14(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Mõõtmise põhiväide : mõõtetulemus, st mõõtmiste teel saadud mõõtesuuruse väärtus on juhuslik suurus ehk muutuja .
• See on väide, millele toetub kogu mõõtmise teooria.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
15(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.3 Mõõtetulemus kui juhuslik suurus
• Juhuslik suurus on suurus, mis sõltub juhuslikust sündmusest ja mille väärtust pole võimalik enne juhusliku sündmuse toimumist kindlaks määrata.
Näiteks täringu viske puhul ei tea me kunagi täpselt ette, mitu silma saame, st tulemus juhuslik suurus. • Tingituna juhuvigadest on ka üksikmõõtmise tulemus
juhuslik suurus.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
16(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Näide 1.
Mõõtsime multimeetriga 8 minuti jooksul 100 korda vahelduvpinget. Katsetulemuste jaotus on kujutatud joonisel.
Võrgupinge mõõtetulemused
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
17(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Näeme, et vahelduvpinge väärtus ei ole ajas konstantne , vaid fluktueerub mingi väärtuse ümber, s.t on juhuslik suurus . Põhjuseks nii juhuvead kui ka vahelduvpinge väärtuse sõltuvus kogu võrgus tarbitavast võimsusest .
• Üksik mõõtetulemus on ühe konkreetse katse tulemus.
• Mõõtetulemuste kogum aga annab infot kõigi mõõdetud
suuruse arvväärtuste tõenäosusliku jaotumise kohta.
• Millist väärtust võtta aluseks kui mõõtetulemust?
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
18(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Lihtsamatel juhtudel võib selleks kasutada aritmeetilist keskväärtust , mis on määratav valemiga
kus xi - üksikmõõtmise tulemus, n – üksikmõõtmiste arv.
• Üksikmõõteväärtuste xi erinevust keskväärtusest x nimetatakse mõõtehälbeks ∆x
ii xxx −=∆
(2.3)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
19(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Näide 2. Mõõtesuuruse mingil n-kordsel (n=100) sõltumatul mõõtmisel numbernäidikuga massimõõtevahendi abil fikseeriti näiduseadisel järgmised arvväärtused xi , mis on tabelis 2.1
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
20(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Iga i-ndas arvväärtus esines mõõtmisel m i korda.
• Mitte ükski arvväärtus üksikuna võttes ei iseloomusta
mõõtetulemust tervikuna, vaid seda iseloomustab kogu arvväärtuste kogum koos arvväärtuste esinemise sagedusega.
• Võttes aluseks iga i-nda arvväärtuse suhtelise
esinemissageduse m i/n selle lugemi esinemise tõenäosuseks , saame esitada iga diskreetse arvväärtuse esinemise tõenäosusjaotuse nii tabeli kui ka graafiku kujul, antud juhul jaotusspektrina .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
21(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
22(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.4 Mõõtetulemuste histogramm
• Histogramm on tulpdiagramm, mis näitab, kui sageli esinevad ühed või teised tulemused.
• Histogrammi ehitamiseks peame kogu mõõtetulemuste
esinemise vahemiku jagama võrdseteks lõikudeks ∆x. Vahemike arv valitakse tavaliselt ligikaudu võrdseks ruutjuurega mõõtmiste arvust.
• Seejärel loendame , mitu korda mõõdetav suurus satub
igasse lõiku ja joonistame iga lõigu kohale tabamuste arvuga võrdelise tulba.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
23(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Histogrammi ehitamise näide.
• Oma katses saime 100 lugemit, millest vähim oli Emin = 228,10 V ja suurim Emax = 228,77.
• Jagame mõõtetulemuste vahemiku Emin … Emax 100 = 10
lõiguks, seejärel loendame, mitu korda mõõtetulemus igasse lõiku sattus.
Tulemused on esitatud tabelis 2.2.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
24(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Tabel 2.2 Loendustabel histogrammi joonistamiseks
Tabeli alusel joonistame histogrammi.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
25(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Histogrammi rõhtteljele kantakse mõõtetulemuste vahemike ∆Ei otspunktidele (või keskpunktidele) vastavad väärtused .
• Püstteljele kantakse
suurused ∆ni /(n·∆E), kus ∆ni on mõõtmiste arv, mis satub lõiku ∆Ei. Selliselt valitud ühikute kasutamisel on histogrammi alune pindala võrdne ühega (joonis 2.4).
Histogrammi ehitamine
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
26(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Histogrammi näide
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
27(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtmiste arvu suurendades ja samal ajal vahemiku laiust
vähendades sulavad piirjuhul tulpade tipud siledaks kõveraks
• Saadud kõverat f (x) nimetatakse tõenäosuse tihedus-funktsiooniks e. jaotustiheduseks (joonis 2.5 sinine joon).
(2.4)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
28(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Mõõtetulemuste tõenäosuse jaotusfunktsioon e. jaotustihedus
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
29(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.5 Dispersioon ja standardhälve • Mõõtetulemuste hajumist iseloomustab parameeter, mida
kutsutakse dispersiooniks :
kus xt on mõõdetava suuruse tõeline väärtus . • Selle parameetri puuduseks on tema dimensioon - suuruse
enda dimensioon ruudus . Suurust ja tema dispersiooni on väga ebamugav võrrelda.
(2.5)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
30(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Seetõttu kasutatakse mõõtmisteoorias mõõdiste hajumise iseloomustajana positiivset ruutjuurt dispersioonist - standardhälvet .
• Mõõtmiste suure arvu korral saab suuruse x standardhälbe (ruutkeskmine hälve vanemas kirjanduses) leida valemist
• Matemaatiline standardhälve on piirjuht eksperimentaalsest
standardhälbest:
(2.6)
(2.7)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
31(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Praktikas pole mõõtmiste arv tavaliselt väga suur, samuti
pole teada mõõdetava suuruse tõelist väärtust . Seetõttu kasutatakse standardhälbe ligikaudse hinnanguna eksperimentaalset standardhälvet :
• Üksikmõõtmiste eksperimentaalne standardhälve iseloomustab eelkõige mõõtmismeetodi täpsust .
(2.8)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
32(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Üksikmõõtmiste standardhälbe ulatus tõenäosuse jaotusfunktsioonis
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
33(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.6 Ekse
• Ekse ehk ilmselgelt vale mõõdis võib sattuda mõõtetulemuste hulka mitmesugustel põhjustel. Kuidas ekset ära tunda?
• Vaatame järgmist näidet. Oletame, et saime võrgupinge
mõõtmisel sellise tulemuse nagu on näidatud joonisel 2.6. • Lisame sellele joonisele kaks visiirjoont, kohtadel E -3sE ja
E + 3sE. Kõik mõõtetulemused, mis jäävad nende kahe visiirjoonega piiratud alast väljapoole, võib lugeda ekseteks.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
34(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Ekse määramise selgitamiseks
Antud näites on kaks ekset: E1 = 227,96 V (sest E < E -3sE) ja E2 = 229,18 V (sest E > E + 3sE).
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
35(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.7 Juhuslike suuruste jaotusseadused ja nende karakteristikud � Normaaljaotus
Paljudes rakendustes loetakse juhuslike suuruste jaotus ligilähedaseks Gaussi ehk normaaljaotusele. Analüütilisel kujul avaldub normaaljaotus valemiga
kus σx on parameeter, mis iseloomustab kõvera laiust ja mis arvuliselt on võrdne standardhälbega .
(2.9)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
36(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Tõenäosuse tihedusfunktsiooni graafik on kujutatud joonisel 2.7.
• Kõveral vastavad punktidele a - σx_ ja a + σx _ _ käänupunktid, s.t. punktid, kus kumerus läheb üle nõgususeks.
• Graafiku alust pindala mõõtes saab näidata, et vahemikku a ± σx jääb 68,27 % sündmustest. Vahemikku a ± 2σx jääb 95,45 % ja vahemikku a ± 3σx juba 99,73 % sündmustest.
• Mida suurem on σx , seda laiem ja madalam on f(x) graafik. • Mida väiksem on σx seda kitsam ja kõrgem on f(x) graafik.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
37(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Üksikmõõtmiste jaotusfunktsioon normaaljaotuse korr al
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
38(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
� Ristkülikjaotus ehk ühtlane jaotus
• Juhusliku suuruse x riskülikukujuliseks (ühtlaseks) jaotuseks
teatud lõigul nimetatakse jaotust, mille jaotustihedus sellel lõigul on nullist erinev konstant . See tähendab, et selles vahemikus on kõik sündmused võrdtõesed .
• Matemaatiliselt avaldub see kujul
,1
)(ab
xf−
= kus a ≤ x ≤ b.
(2.10)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
39(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Juhusliku suuruse ristkülikjaotus lõigul a-b
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
40(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Sellise jaotuse keskväärtus
2
baEX
+=.
Standardhälve
.32
ab −=σ
(2.11)
(2.12)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
41(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
� Sümmeetriline kolmnurkjaotus
• Jaotus on kolmnurkjaotus , kui jaotustihedus avaldub kujul
,2
21
2)(
+−−
−−
= bax
aababxf
kus a ≤ x ≤ b. Jaotuse keskväärtus on sama, mis eelmisel juhul, standardhälve aga
.62
ab −=σ
(2.13)
(2.14)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
42(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Juhusliku suuruse sümmeetriline kolmnurkjaotus lõig ul a-b
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
43(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
� Sümmeetriline trapetsjaotus
• Paljudel juhtudel on mõistlik eeldada, et juhusliku suuruse
esinemise tõenäosus on oluliselt suurem keskväärtuse lähedal ja väiksem piiride lähedal.
• See võimaldab asendada ristkülikjaotuse või kolmnurkjaotuse trapetsjaotusega. Sellist jaotust kirjeldav valem on keeruline ja seda me siin ei esita.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
44(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Juhusliku suuruse sümmeetriline trapetsjaotus lõigu l a-b
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
45(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Trapetsjaotuse standardhälve
,162
2βσ +−= ab
kus 0 ≤ β ≤ 1.
• Kui β→1, siis trapetsjaotus muutub ristkülikjaotuseks, kui β = 0, siis on tegu kolmnurkjaotusega.
(2.15)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
46(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.8 Usaldusnivoo leidmine jaotusfunktsioonides
• Usaldusnivoo näitab tulemuse sattumise tõenäosust mingisse vahemikku.
• • Tavaliselt võetakse selleks vahemikuks keskväärtusest
mõlemale poole ühe standardhälbe σ kaugusele ulatuv vahemik.
• Normaaljaotuse puhul on usaldusnivooks 68,3 %.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
47(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Usaldusnivoo juhusliku suuruse normaaljaotuse korra l
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
48(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Ristkülikjaotuse puhul annab arvutus usaldusnivooks 58 %.
Usaldusnivoo juhusliku suuruse ristkülikjaotuse kor ral
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
49(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Kolmnurkjaotuse korral saame usaldusnivooks 65 %.
Usaldusnivoo juhusliku suuruse kolmnurkjaotuse korr al
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
50(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.9 Oletatava jaotusfunktsiooni õigsuse kontrollimi ne
• Metroloogia esimene ülesanne on jaotusfunktsiooni hüpoteesi kontroll .
• Joonis 2.14 kujutab normaaljaotusefunktsiooni alusel jaotunud
suurust.
• Väikese mõõtmiste arvu korral on kokkulangevus normaaljaotuse analüütilise kõveraga väga ligikaudne , mõõtmiste arvu suurenemisel kokkulangevus paraneb .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
51(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Kas suurus on jaotunud normaaljaotuse kohaselt?
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
52(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Joonisel 2.15 kujutatud jaotusfunktioon ei ole ilmselt normaaljaotusfunktsioon.
Kas see on normaaljaotusfunktsioon?
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
53(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Analüüsime seda funktsiooni edasi .
Ühtlase jaotusfunktsiooni tuvastamine
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
54(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Joonisel on kujutatud ilmselt kolmnurkjaotuse järgi paiknev juhusliku suuruse paiknemine.
Milline jaotusfunktsioon on joonisel?
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
55(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Joonisel on kujutatud ilmselt normaaljaotusele kõige lähem jaotusfunktsioon.
Kas joonisel on kolmnurk- või normaaljaotusfunktsio on?
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
56(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.10 Mõõtemääramatus 2.10.1 Mõõtemääramatuse üldiseloomustus
• Mõõtemääramatus peegeldab seda, et meil puuduvad täpsed teadmised mõõtesuuruse väärtuse kohta.
• Määramatuse abil väljendatakse seega tõsiasja, et teatud kindla mõõtesuuruse ja selle mõõtetulemuse korral pole tegemist mingi ühese väärtusega, vaid lõpmatult paljude selle suuruse väärtuse ümber jaotunud väärtustega .
• Ka pärast teadaolevate süstemaatiliste mõõtehälvete
kõrvaldamist on mõõtetulemus ikkagi vaid mõõtesuuruse väärtuse hinnang .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
57(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
Mõõtemääramatuse, mõõtevea ja mõõtehälbe erinevus
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
58(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Mõõtemääramatust ei tohi tõlgendada mõõtehälbena . • Mõõtemääramatus on oma olemuselt mõõtetulemuse
omadus , mida ei tohi omistada mõõteriistale või mõõtemeetodile .
• Mõõtemääramatus on oma määratluse kohaselt
mõõtetulemusega seotud parameeter, mis iseloomustab mõõtesuurusele põhjendatult omistatavate väärtuste tõenäosust , mis on enamasti lähedane normaaljaotusele.
• Mõõtemääramatus iseloomustab hinnangute tõenäosust, mis
on põhjendatult omistatavad sellele suurusele, kusjuures põhjenduse aluseks on kogu mõõteprotsessi kohta käiv info .
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
59(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.10.2 Mõõtemääramatuse allikad
• Olulisemad mõõtemääramatust mõjutavad faktorid on:
- mõõtesuuruse puudulik defineerimine ,
- mõõtesuuruse defineerimise puudulik realiseerimine ,
- mõõteobjekti mittevastavus mõõtesuuruse definitsioonile,
- puudulikud teadmised keskkonnatingimuste mõjust
mõõtetoimingule või keskkonda iseloomustavate suuruste
mittetäielik mõõtmine,
- mõõtevead skaalanäiduga mõõtevahendi lugemi võtmisel,
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
60(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
- mõõtevahendi piiratud lahutusvõime või puudulik
tundlikkus ,
- etalonidele ja etalonainetele omistatud ebatäpsed väärtused ,
- kirjandusest või muudest välistest allikatest saadud
konstantide ja teiste parameetrite ebatäpsed väärtu sed ,
- mõõtemeetodis või -protseduuris kasutatavad lühendid ja
eeldused.
• Faktorid võivad olla omavahel sõltuvad ning üksteist
oluliselt mõjutavad.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
61(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
2.10.3 Mõõtemääramatuse hindamise meetodid
• Määramatusel on kaks tüüpkategooriat: A - tüüpi määramatus , mida hinnatakse statistiliste meetodite abil, hinnates mõõtmisel saadud mõõdiste statistilist jaotust ja eksperimentaalset standardhälvet. B - tüüpi määramatus , mida hinnatakse muul viisil – (varasemad mõõtetulemused, kogemused, käsiraamatud, tootjate ja kalibreerijate andmed), so kogemuslikult, lähtudes eeldatavatest tõenäosusjaotustest.
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
62(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Standardmääramatus on standardhälbe kujul väljendatud mõõtetulemuse määramatus.
• Liitstandardmääramatus on mõõtetulemuse standard-määramatus, mis määratakse kõigi mõõteülesandes osalevate suuruste hinnangute standardmääramatuste põhjal .
• Selle arvulise väärtuse võime leida valemiga
(2.16)
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
63(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Kasutades jälle usaldusnivoo p mõistet, saame hinnata, millise tõenäosusega asub leppeline tõeline mõõteväärtus xl vahemikus xm – u kuni xm + u. Siin tähistab xm mõõtetulemust.
• Joonisel toodud juhtumil on usaldusnivoo 68 %, mis
tähendab, et leppeline tõeline väärtus asub 68-l juhul 100-st eelmainitud vahemikus ja 32 juhul väljaspool seda vahemikku.
Leppelise tõelise väärtuse paiknemine 68 % usaldusn ivoo puhul
Elektriajamite ja
jõuelektroonika instituut
Raivo Teemets Mõõtmiste alused 2012DK 2. Mõõteteooria põhialused
64(68)
ENERGIA- JA GEOTEHNIKA DOKTORIKOOL II
• Laiendmääramatus on parameeter, mis annab
mõõtetulemuse ümber niisuguse vahemiku, et see sisaldab eeldavasti suuremat osa mõõtesuurusele mõeldavalt omistavate väärtuse jaotusest .
• See saadakse liitstandardmääramatuse uc korrutamisel
katteteguriga k. U = k uc .
• Katteteguri k väärtus sõltub mõõtetulemuste jaotusest ja soovitavast usaldusnivoost p. Tavaliselt jääb katteteguri arvväärtus vahemikku 2…3. Normaaljaotuse eeldusel on usaldusnivoo p = 90 % korral kattetegur k = 1,65, p = 95 % korral on kattetegur k = 1,96 ja usaldusnivoo p = 99 % korral k = 2,58.
(2.17)