›
›

Bài giảng Thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu (Data Analysis and Design of Experiment) - Chương 3: Xử lý sơ cấp số liệu thí nghiệm - Trịnh Văn Dũng

XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM
1. Một số khái niệm
Xử lý sơ bộ kết quả đo và quan sát là:
- Tiền đề để các bước xử lý tiếp theo đạt hiệu quả cao
- Cơ sở để xây dựng và sử dụng sự phụ thuộc thực nghiệm một cách chính xác
- Cần sử dụng phương pháp phân tích thống kê một cách chính xác kết quả
pdf 51 trang thamphan 26/12/2022 4080
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu (Data Analysis and Design of Experiment) - Chương 3: Xử lý sơ cấp số liệu thí nghiệm - Trịnh Văn Dũng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_thiet_ke_thi_nghiem_va_xu_ly_so_lieu_data_analysis.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu (Data Analysis and Design of Experiment) - Chương 3: Xử lý sơ cấp số liệu thí nghiệm - Trịnh Văn Dũng

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU (Data Analysis and Design of Experiment) PGS. TS. Trịnh Văn Dũng Bộ môn: Quá trình và thiết bị CN Hóa – Sinh học – Thực phẩm
  2. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 1. Mộtsố khái niệmcơ bản 2. Trình tự thựchiện 3. Kiểmtrasự tương thích củamẫuvớiluật phân bố chuẩn 4. Ví dụ 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 3 21:03
  3. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 1. Mộtsố khái niệm Nội dung: - Đánh giá độ tin cậy của dụng cụ, phương pháp, tay nghề - Loạibi bỏ sai số thô - Xác định khoảng tin cậy của số đo -Lập bảnggp phân bố xác suất: + Biến rời rạc: bảng phân phối xác suất + Biến liên tục: hàm phân bố xác suất - Kiểmtrasm tra sự tương thích củaam mẫuuv vớiilu luật phân bố chuẩn 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 5 21:03
  4. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 1. Mộtsố khái niệm Khi kiểm định giả thiết trong quá trình xử lý sơ bộ dữ liệuthực nghiệm, nhằmgiải quyết các vấn đề sau: -Sàng lọc sai số thô (nhầm) của các quan sát -Ướclượng độ tin cậycủa các giá trịđo được -Kiểm tra sự tương hợp giữa việc phân phối kết quả đo lường với luật phân phốichuẩn 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 7 21:03
  5. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2. Trình tự thựchiện 1.Tìm R = x –x Max Min n khi n 100 2.Số khoảng biến đổicủachuỗi: k 1 3,221 log n khi n 100 R 3. Chiềudài củamỗi khoảng riêng từng phầntheocôngthức: k 4. Ghi lạichuỗibiếnthể mỗi khoảng thu được, kiểmtra: nni i 5. Xây dựng chuỗi biến rời rạc: -Bảng phân phối - Hàm phân phối 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 9 21:03
  6. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo Để kiểmtradụng cụ,phương pháp, tay nghề của nhân viên: -Dùng chuẩn χ2 (Khi bình phương) -Loạibỏ sai số củadụng cụ,hóachất, phương pháp, tay nghề Có thể kiểmtrabằng cách so sánh với các chuẩn: -χ2 (Khi bình phương) -Student 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 11 21:03
  7. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.1 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo Độ chính xác được cung cấpbởi: -nhà sảnxuấtdụng cụđo -phương pháp phân tích đượcsử dụng fS 2 Trong đó độ chính xác thựctế S thì:  2 n n  2 Khi dùng chuẩn hai phía với xác suấtP,trabảng tìm 2 2  P và  P 0,5 0,5 2 2 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 13 21:03
  8. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.1 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo Một cân phân tích có σ = ± 0,0002 g Sau mộtthờigiasử dụng, xác định được: Sn =S5 = ± 0,0008 g. Chiếc cân này đãbị coi là xuống cấpchưa, Nếuchọn P trên 0,98? 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 15 21:03
  9. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.1 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo 2 2 Nếu: χ T χ p,f2 thi không tuân theo luật phân bố chuẩn;  0,01 0,05 0,1 0,5 0,9 0,95 0,99 f 1 0,0002 0,0039 0,0158 0,455 2,71 3,84 6,64 2 0,0201 0,103 0,211 1,39 4,61 5,99 9,21 3 0,115 0,352 0,584 2,37 6,25 7,81 11,3 4 0,297 0,711 1,06 3,36 7,78 9,49 13,3 5 0,554 1,15 1,61 4,35 9,24 11,1 15,1 60,872 1,64 2,25,35 10,612,616,8 7 1,24 2,17 2,83 6,35 12,0 14,1 18,5 8 1,65 2,73 3,49 7,34 13,4 15,5 20,1 9 2,09 3,33 4,17 8,34 14,7 16,9 21,7 10 2562,56 3943,94 4874,87 9349,34 16, 0 18, 3 23, 2 11 3,05 4,57 5,58 10,3 17,3 19,7 24,7 12 3,57 5,23 6,3 11,3 18,5 21,0 26,2 13 4,11 5,89 7,04 12,3 19,8 22,4 27,7 14 4664,66 6576,57 7797,79 13, 3 21, 1 23, 7 29, 1 15 5,23 7,26 8,55 14,3 22,3 25,0 30,6 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 17 21:03
  10. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.1 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo k Theo Bartlet: 2,303 f lg S 2 f lg S 2 ts ts  i i B  2 i 1 T 1 k 1 1 C 1  3 k 1 i 1 fi fts vớibậctự dof=k–1nếufi >2 2 2 Như vậy: χ T < χ p, f2 thì dãy phương sai mẫu là đồng nhất, tức là các phương sai mẫu thuộc cùng một phương sai tổng quát; 2 2 χ T < χ pf2p, f2 thì dãyyp phươnggg sai không đồng nhất; 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 19 21:03
  11. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.2 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo Khi kiểm tra pH meter nhờ dung dịch chuẩn có pH = 9,0 Thu được kết quả: 8,7; 9,2; 9,1; 9,0; 9,4; 9,6; 9,7; 8,9; 8,8; 8,7; 9,8; 9,3; 9,8; 8,8 Ta có n=14. Liệu đồng hồ đopHo pH có l ỗihi hệ thống không? 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 21 21:03
  12. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.2 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo Kết quả đo độ bền của viên bi sản xuất theo công nghệ mới và cũ: Công nghệ mới Công nghệ cũ Hãy đánh giá hai công № (1) (2) x , kg/M x , kg/M nghệ mớivàcũ? i i 1215220 2 217 223 3223220 4210205 5222230 6217220 7 220 207 x 8227218 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 23 21:03
  13. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.2 Kiểmtradụng cụ, phương pppháp đo Khi cân ba lầntrêncânđiệntử không có trọng lượng, khốilượng mẫusauđây thu được, g: 1,7132; 1.5956; 1.6193 SiSai số hệ thống đã được loại trừ trong đo khối lượng trừ đi 1% trọng lượng củamẫu. Cân có giá trị vạch chia tốithiểu là 0.0001 g không có cấp chính xác. Hãy cho kếtquả cuối cùng củaphépđotrọng lượng của cân trong các đơnvị SI 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 25 21:03
  14. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.2 Số lần đonhỏ nhất Khi Р = 0,95, ( ) = 1,96 và  = x Số thí nghi ệmcm cần đoob bằng 4 2 2  ( )  n x  2 ( ) x 1,962 3,84 4   Khi cầntăng độ chính xáclêngấp đôi,tứclà thu hẹp khoảng tin cậymộtnửa =x/2 cầnsố mẫu đo là 16. Rõ ràng để tăng độ chính xác lên k lầnthìsố thí nghiệmtăng k2 lần 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 27 21:03
  15. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.2 Số lần đonhỏ nhất Trình tự tiến hành: 1) Tiếnhànhsơ bộđo n thí nghiệm(sẽ khó khăn: n = 20 – 50) 2) Tính trung bình bình phương độ lệch  3) Xác định độ chính xác , không cầnlớnhơncủadụng cụđo 4) Tính độ lệch chuẩn t thường đạt được (tùy phương pháp đo) 5) Tính Nmin và thựctế cầnnhỏ hơn 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 29 21:03
  16. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.3 Loạibỏ sai số thô Để loạibỏ sai số thô: -Dùng chuaån Dixon -Dùng để loạibỏ sốđocóđộ lệch thô trong tậphợpcácmẫucósố lượng 3 ≤ n ≤ 8 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 31 21:03
  17. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.3 Loạibỏ sai số thô Khi n = 3, trong đócóhaigiátrị trùng nhau thì không thể áp dụng chuẩn Q vì luôn có: Qtn =1>QTR. Khi đócần: Làm thí nghiệmbổ sung; Không lấy gitrị trung bình mà lấy số trung vị; 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 33 21:03
  18. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.3 Loạibỏ sai số thô Khi n = 3, trong đócóhaigiátrị trùng nhau thì không thể áp dụng chuẩn Q vì luôn có: Qtn =1>QTR. Khi đó cần: Làm thí nghiệmbổ sung; Không lấy gitrị trung bình mà lấy số trung vị; 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 35 21:03
  19. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.4 Xác định khoảng tin cậy của ppphép đo Trình tự từ bảng sốđo: 2 - Tính trung bìnhx và độ phân tán S x - Xác định sai lệch lớnnhấtsovớigiátrị trung bình xMax -Tính: xMax x ttn Sx -Tra P=1 . t ,f=n-1 x x  t  S  , f x t  S , n , f x  = 1,96x 2x 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 37 21:03
  20. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.5.1 Bảng phân bố xác suất Khi đó: Sự kiệnx1 x2 xk Tầnsố n1 n2 nk nk =n Khi số mẫu khá lớn (n > 30) 1) Khoảng thay đổi(độ bành) củaX:R=xMax –xMin n 612 k 2) Số khoảng cách: k 1lo g2 nn13,2lg R 3) Khoảng cách mộtphần đượcchọn: k Giá trị thường lân cậngiátrị  nào đó Như nếuxi là số nguyên thì d cũng là số nguyên 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 39 21:03
  21. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.3 Xác định khoảng tin cậy của ppphép đo Cho bảng số liệuthực nghiệm: 61,2 61,4 60,2 61,2 61,3 60,4 61,4 60,8 61,2 60,6 61,6 60,2 61,3 60,3 60,7 60,9 61,2 60,5 61,0 61,4 61,1 60,9 61,5 61,4 60,6 61,2 60,1 61,3 61,1 61,3 60,361,360,661,760,661,260,861,361,061,2 60,5 61,4 60,7 61,3 60,9 61,2 61,1 61,3 60,9 61,4 60,7 61,2 60,3 61,1 61,0 61,5 61,3 61,9 61,4 61,3 61,6 61,0 61,7 61,1 60,9 61,5 61,6 61,4 61,5 61,2 61,6 61,3 61,8 61,1 61,7 60,9 62,2 61,1 62,1 61,0 61,5 61,7 62,3 62,3 61,7 62,9 62,5 62,8 62,6 61,5 62,1 62,6 61,6 62,5 62,4 62,3 62,1 62,3 62,2 62,1 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 41 21:03
  22. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1 Bảng phân bố xác suất Lậpbảng biến đổi Biến xi x1 x2 . xk Tần suất n1 n2 . nk Tần suất tương đối, Pi=ni/n p1 p2 . pk Tần suất tích lũy tương W1 = p1 W2 = w1 + p2 . Wk = Wk-1 + pk đối, Wi = wi-1+ pi P W 1 x x x x X 0 x1 x2 xk‐1 xk 0 1 0 k‐1 xk x 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 43 21:03
  23. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.3 Xác định khoảng tin cậy của ppphép đo 030.3 0.24 0180.18 0.12 0.06 0 60 60.6 61.2 61.8 62.4 63 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 45 21:03
  24. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.3 Xác định khoảng tin cậy của ppphép đo TT123456789101112 xi 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ni 1 11 35 58 145 175 225 179 105 48 12 6 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 47 21:03
  25. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.3 Xác định khoảng tin cậy của ppphép đo 030.3 0.3 0.24 0.24 0.18 0.18 0.12 0.12 0.06 0.06 0 0 0 16 32 48 64 80 0 16 32 48 64 80 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 49 21:03
  26. XỬ LÝ SƠ CẤP SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 190361 2.1.3 Xác định khoảng tin cậy của ppphép đo TT1234567891011 xi 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 10310 ni 48 167 218 189 164 102 50 27 21 9 5 1000 0.3 0.24 0.18 0120.12 0.06 0 0 6 12 18 24 30 03.10.2017 Thiết kế thí nghiệm &Xử lý số liệu MS: CH3309 51 21:03