Тема 2. Измерительный эксперимент

Цель:Ознакомить с содержанием измерительного эксперимента

План:

2.1. Понятие эксперимента

2.2. Методика проведения измерительного эксперимента

Основные понятия: измерительный эксперимент, прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения

Эксперимент (от лат. experimentum - "проба", "опыт") - метод познания, с помощью которого исследуются реальные явления действительности, реальные функциональные связи между параметрами, характеризующими состояние изучаемого объекта.

В технике и точных науках эксперимент связан с измерениями. Поэтому его называют измерительным экспериментом.

Измерительный эксперимент включает в себя подготовку, проведение измерений и обработку полученных экспериментальных данных.

Проведение измерительного эксперимента должно быть основано на применении известной (типовой) или специально разработанной (частной) методике выполнения измерений.

Методика выполнения измерений (методика измерений) - это совокупность метода, средств, процедур и условий подготовки и проведения измерений,а также правил обработки результатов измерений.Методики выполнения измерений разрабатываются метрологическими службами.

Различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Математически прямое измерениеописывается следующим уравнением:

где X - измеряемая физическая величина;

А - числовое значение физической величины;

[X] - единица физической величины.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измеренияхпутем прямых измеренийнаходят значения величин-аргументов, а значение измеряемой величины Y определяют путем вычислений по формуле:

где X₁, X₂, ... , X_j, ..., X_m - величины-аргументы.

Совокупными называют проводимые одновременно измерениянескольких одноименных величин, при которых искомое значение величины находят решением системы уравнений, получаемых при прямыхизмерениях различных сочетаний этих величин или ряда других величин, функционально связанных с искомыми.

Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Получение результатов совместных измерений также связано с необходимостью составления и решения системы уравнений.

Все перечисленные виды измерений (прямые, косвенные, совокупные и совместные) по числу измерений, проводимых для получения результата, могут быть однократными (обыкновенными) и многократными (статистическими).

При постановке измерительного эксперимента прежде всего требуется определить, какие (однократные или многократные) измерения следует осуществлять для определения значения измеряемой физической величины.

Общим здесь является следующий подход:

- если систематическая погрешность(понятия систематической и случайной погрешностей является определяющей, т.е. ее значение существенно больше значения случайной погрешности, то целесообразно использовать однократные измерениядля получения значения измеряемой величины;

- если случайная погрешностьявляется определяющей, то необходимо использовать многократные измерения.

Чрезвычайно важным при выборе многократных и однократных измерений является представление о диффузионности физической величины, под которой понимают невоспроизводимость значений величины от опыта к опыту.

Разброс результатов измеренийв общем случае описывается выражением:

Dр = ,

(3)

где - диффузионность физической величины;

- абсолютная погрешность средства измерений.

Абсолютную погрешностьсредства измерений можно принять равной половине цены деления шкалы аналогового прибора или единице младшего разряда цифрового прибора.

Из выражения (3) можно количественно определить соотношение между и , при котором следует проводить однократные и многократные измерения, а именно:

- если >> , то необходимо использовать многократные измерения(как правило, целесообразно исходить из соотношения >3 );

- если << , то необходимо использовать однократные измерения (как правило, целесообразно исходить из соотношения < 1/3 );

- если » , то целесообразно использовать однократные измерения, а полученную погрешность увеличить в 1.5 раза (такой вывод следует из выражения (3) при замене в нем на , при которой D_р » 1.4 ).

Определение соотношения < 1/3 по шкале измерительного прибора затруднительно, поэтому, если не превышает 0.2 деления шкалы аналогового прибора, или изменения цифры младшего разряда цифрового прибора не превышает единицы, считается, что в данном случае целесообразно проводить однократные измерения.

При выполнении измеренийнеобходимо учитывать тот факт, что систематическая погрешность вызывает смещение результатов измерений и является наиболее опасной, так как во многих случаях о ее существовании даже не подозревают.

Обнаружение систематической погрешностиизмеренийявляется одной из наиболее сложных задач метрологии. В том или ином виде ее приходится решать при подготовке измерений.

Близость к нулю систематической погрешности определяется как правильность измерений. Исключение систематической погрешностииз результатов измерений рассматривается как исправление этих результатов. Поэтому результаты измерений, содержащие неисключенную систематическую погрешность, называют неисправленными, а результаты, в которых систематическаяпогрешность исключена, - исправленными.

В настоящее время для обработки экспериментальных данных многократных измерений принято использовать методы математической статистики. При этом следует помнить, что применение этих методов позволяет получить корректные результаты только в том случае, когда из экспериментальных данных исключены систематическиепогрешности или учтены рекомендации, вытекающие из выражения (3.3).

Выводы: Приведенная классификация экспериментальных исследований - не может быть признана полной, поскольку с расширением научного знания расширяется и область применения экспериментального метода. Кроме того, в зависимости от задач эксперимента различные его типы могут объединяться, образуя комплексный или комбинированный эксперимент.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: