ZADANIE Z SUWMIARKĄ

Porównano wskazania suwmiarki cyfrowej o rozdzielczości 0,01 mm i błędzie granicznym

±0,03 mm z płytką wzorcową o długości (100,00015 ±0,00005) mm, czyli dokonano wzorcowania. W zapisie wyniku wartości długości płytki wzorcowej podana jest niepewność rozszerzona na poziomie ufności 0,95. Obliczyć:

• błąd bezwzględny suwmiarki,

• wartość poprawki,

• niepewność rozszerzoną wyznaczenia tej poprawki na poziomie ufności 0,95.

jeżeli w czasie wzorcowania wskazanie suwmiarki wynosiło 100,00 mm.

ROZWIĄZANIE

Błąd bezwzględny suwmiarki

l

∆ = l − l ,

s

w

gdzie: ls – wynik długości wskazany przez suwmiarkę podczas wzorcowania, lw – wartość wzorcowa długości (płytki wzorcowej).

∆ l = 100 0

, 0 mm −100 0

, 0015 mm = −0,00015 m

m .

Ponieważ rozdzielczość suwmiarki wynosi 0,01 mm, wartość błędu zaokrąglamy do drugiego miejsca po przecinku, czyli

∆ l = 0,00 m

m .

Oznacza to, że błąd ma określoną wartość do drugiego miejsca po przecinku i w tym zakresie jest ona zerowa. Na dalszych miejscach po przecinku wartość błędu jest nieokreślona.

Poprawka na wskazanie poprawki

p( l) = −∆ l = 0,00 m

m .

Poprawka jest wartością, którą dodaje się do odczytanego wyniku w celu otrzymania wartości poprawnej. Nie można dodawać do wskazania suwmiarki wartości poprawki, której nie można odczytać na polu odczytowym suwmiarki. Czyli wartość poprawki powinna być zaokrąglona do możliwości odczytu z suwmiarki. Stąd p( l) = −∆ l = 0,00 m m . Zerowa

poprawka nie oznacza jej zerowej niepewności.

Niepewność standardową tej poprawki możemy określić dwoma sposobami.

Sposób I

Ponieważ l

∆ = l − l , to niepewność standardowa tej poprawki s

w

u[ p( l)] = u 2 ( l + u 2 l , w )

( s )

gdzie: u( l - niepewność standardowa wartości wzorca (długości płytki wzorcowej), w )

u( l - niepewność standardowa odczytu z suwmiarki.

s )

Niepewność standardowa wartości wzorca

u(

U l

l

=

.

w )

( w)

k p

W zapisie wartości płytki wzorcowej podano, że niepewność rozszerzona na poziomie ufności 0,95 wynosi 0,00005 mm bez określenia typu rozkładu. Jeżeli założylibyśmy rozkład normalny, to

u( l =

=

.

w )

0 0

, 0005 mm

0 0

, 00025 mm

2

Niepewność standardowa odczytu z suwmiarki

∆

u(

l

l

=

.

s )

od s

3

Błąd odczytu ∆ odls jest rwny rozdzielczości, czyli ∆ odls = ±0,01 mm. Ma on rozkład prostokątny i prawdopodobieństwo wystąpienia wartości -0,01 mm, 0 mm, +0,01 mm jest identyczne. Zatem

u( l =

=

.

s )

0 0

, 1 mm

0 0

, 0578 mm

3

czyli

u[ p( l)]

2

= u ( l +

=

+

.

w )

2

u ( ls )

2

2

0 0

, 00025

0 0

, 0578

Pierwszy składnik pod pierwiastkiem jest dużo mniejszy od drugiego, zatem niepewność standardowa wyznaczenia poprawki

u[ p( l)] = 0 0

, 0578 mm .

Niepewność rozszerzona wyznaczenia wartości poprawki U [ p( l)] = k u

,

p

[ p( l)]

gdzie kp jest współczynnikiem rozszerzenia.

Rozkład hipotetycznych błędów w granicach niepewności U [ p( l)] jest splotem dwóch rozkładów: jednego związanego z niepewnością wyznaczenia poprawnej wartości długości płytki wzorcowej i drugiego związanego z rozdzielczością suwmiarki. Ponieważ dominujący składnik, związany z rozdzielczością suwmiarki, ma rozkład prostokątny, to wypadkowy rozkład będzie też prostokątny. Zatem dla rozkładu prostokątnego na poziomie ufności P=0,95 współczynnik rozszerzenia

k = P 3 = 0 9

, 5 ⋅1 7

, 3 = 1 6

, 4 .

p

A więc niepewność rozszerzona wyznaczenia poprawki U [ p( l)] = 1 6

, 4 ⋅ 0 0

, 0578 mm = 0,0095 ≅ 0,01 mm .

Wartość niepewności rozszerzonej zaokrągliliśmy do możliwości odczytu z suwmiarki.

Wynik wyznaczenia poprawki na poziomie ufności 0,95 możemy zapisać w postaci: p( l) = (0,00 ±0,01) mm.

Sposób II

Niepewność rozszerzoną poprawki można obliczyć prościej. Ponieważ dominującym składnikiem niepewności jest składnik związany z rozdzielczością odczytu z suwmiarki, a niepewność wartości długości płytki wzorcowej jest tak mała, że można ja pominąć, to U [ p( l)] = P ⋅ ∆ l .

od s

Na poziomie ufności P=0,95

U [ p( l)] = 0 9

, 5⋅ 0 0

, 1 mm = 0 0

, 95 mm ≅ 0 0

, 1 mm .

Uzyskaliśmy taki sam wynik niepewności rozszerzonej jak sposobem I, a zapis wyniku poprawki wskazania suwmiarki ma taką sama postać jak poprzednio, t.zn.: p( l) = (0,00 ±0,01) mm.

Poprawka, a zatem i błąd bezwzględny, powinna się mieścić w granicach dopuszczalnych błędów podanych przez producenta, czyli podanego błędu granicznego

±0,03 mm. Warunek ten jest spełniony.

Prof. Michał Lisowski