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 называютизмерительным экспериментом.

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

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

Методика выполнения измерений(методикаизмерений) - это совокупность метода, средств, процедур и условий подготовки и проведенияизмерений, а также правил обработки результатовизмерений. Методики выполненияизмеренийразрабатываются метрологическими службами.

Различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыминазываютизмерения,при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Математически прямоеизмерение описывается следующим уравнением:

X = A[X] ,

(1)

где X - измеряемая физическая величина;

А - числовое значение физической величины;

[X] - единица физической величины.

Косвенныминазываютизмерения,при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямымизмерениям.При косвенныхизмерениях путем прямыхизмерений находят значения величин-аргументов, а значение измеряемой величины Y определяют путем вычислений по формуле:

Y = f(X1, X2, ... , Xj, ..., Xm) ,

(2)

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

Совокупныминазывают проводимые одновременноизмерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение величины находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измеренияхразличных сочетаний этих величин или ряда других величин, функционально связанных с искомыми.

Совместныминазывают проводимые одновременноизмерениядвух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Получение результатов совместныхизмеренийтакже связано с необходимостью составления и решения системы уравнений.

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

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

Общим здесь является следующий подход:

- если систематическая погрешность (понятия систематической и случайнойпогрешностейявляется определяющей, т.е. ее значение существенно больше значения случайнойпогрешности,то целесообразно использовать однократныеизмерения для получения значения измеряемой величины;

- если случайная погрешность является определяющей, то необходимо использовать многократныеизмерения.

Чрезвычайно важным при выборе многократных и однократных измеренийявляется представление одиффузионностифизической величины, под которой понимают невоспроизводимость значений величины от опыта к опыту.

Разброс результатов измерений в общем случае описывается выражением:

Dр = ,

(3)

где - диффузионность физической величины;

- абсолютная погрешностьсредстваизмерений.

Абсолютную погрешность средстваизмерений 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 многократныеизмерения,а именно:

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

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

- если » , то целесообразно использовать однократныеизмерения, а полученнуюпогрешностьувеличить 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 однократныеизмерения.

При выполнении измерений необходимо учитывать тот факт, что систематическаяпогрешностьвызывает смещение результатовизмеренийи является наиболее опасной, так как во многих случаях о ее существовании даже не подозревают.

Обнаружение систематической погрешности измерений является одной из наиболее сложных задач метрологии. В том или ином виде ее приходится решать при подготовкеизмерений.

Близость к нулю систематической погрешностиопределяется какправильность измерений. Исключение систематическойпогрешности из результатовизмеренийрассматривается как исправление этих результатов. Поэтому результатыизмерений, содержащие неисключенную систематическуюпогрешность,называютнеисправленными, а результаты, в которых систематическая погрешностьисключена, -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 систематические погрешности 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.

Литература:

1. Барчуков И.С. Методы научных исследований в туризме. - М.: Академия, 2008. – 224с.

2. Основы научных исследований: учебное пособие / Шкляр М.Ф. – М.: Дашков и К^о, 2008. - 244с.

3. Основы научных исследований: учебник для технических вузов / Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. – М.: Высшая школа, 1989. - 400с.

4. Шкляр М.Ф. Основы научных исследований. – М.: Центр, 2006. – 397с.

5. Рузавин Г.И. Логика и методология научного поиска. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1996. – 328 с.