Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Понятие экспериментального исследования. Ошибки измерений.






Основные теоретические положения и понятия тем 1.1, 1.2 и 1.3, несмотря на их простоту, являются базой, на которой строится весь теоретический и практический материал раздела 1. Изучение теоретического материала необходимо начинать с уяснения сути и содержание экспериментального исследования, его цели и условия реализации.

Экспериментальное исследование – (от латинского слова experiment – проба, опыт) – это метод познания, при помощи которого изучаются реальные явления, реальные функциональные связи между параметрами, характеризующими состояние изучаемого объекта. Экспериментальное исследование дает возможность получить на основе непосредственных измерений изучаемой характеристики ее зависимость от изменяемых параметров. Важной задачей эксперимента является проверка гипотез и теоретических предсказаний.

Экспериментальные исследования разнообразны по решаемым задачам и содержанию, по совокупности параметров одновременно обрабатываемых в ходе исследования. Основу экспериментального исследования составляет эксперимент – система операций или наблюдений, направленных на получение информации об объекте исследования. Составной частью эксперимента является опыт – воспроизведение исследуемого явления в определенных условиях при возможности регистрации и количественной оценки состояния или результатов функционирования исследуемого объекта.

Эксперимент может быть качественным или количественным. Содержательная сторона эксперимента (как качественного, так и количественного) определяется его целью.

Целью качественного эксперимента является установление только факта существования некоторого явления". В случае детерминированных параметров качественный эксперимент не требует использования сложных измерительных устройств и систем обработки данных. В случае исследования стохастических явлений или при исследовании процессов с недетерминированными параметрами, эксперимент усложняется либо требованием повышения точности измерений (чувствительности измерительных приборов), либо требованием увеличения числа измерений.

Целью количественного (или измерительного) эксперимента является установление количественных связей между параметрами, которые описывают состояние системы.

Количество одновременно измеряемых (управляемых) параметров определяет сложность эксперимента. По сложности эксперимент разделяю на лабораторный и промышленный.

Любое экспериментальное исследование содержит, как минимум, три основных этапа. Это – измерение, аналитическое описание результатов и феноменологическое объяснение результатов эксперимента.

Условия проведения количественного (измерительного) эксперимента: наличие объекта исследования; наличие численных параметров, характеризующих состояние объекта исследования; возможность управления объектом исследования; воспроизводимость результатов измерительного эксперимента.

Любое экспериментальное исследование неразрывно связано с точными измерениями, которые дают информацию об объекте исследования и обеспечивают технические возможности изготовления прецизионных устройств, получения сверхпрочных и наноматериалов, создания механизмов и приборов. Измерения, проводимые во время экспериментального исследования, требуют от инженера, исследователя владения современной измерительной аппаратурой, знания основных приемов и способов измерений, обработки и интерпретации экспериментально полученных данных.

Рассмотрим вначале содержание понятий физической величины и измерения, как способа определения ее значения.

В самом общем случае, под физической величиной будем понимать любую величину, имеющую определенное численное значение при фиксированных параметрах системы.

Измерение – это нахождение числового значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Результат измерения любой физической величины Х всегда представляется в виде произведения: Х=а× Хэт, где а – численное значение величины Х, Хэт – единица измерения величины (размерность).

Каждой единицы измерения соответствует некоторый эталон. В настоящее время Международной системой единиц (СИ) установлено семь основных единиц (эталонов) физических величин: единица длины – метр [м]; единица массы – килограмм [кг]; единица времени – секунда [с]; единица термодинамической температуры – градус Кельвина [К]; единица силы тока – ампер [А]; единица силы света – кандела [кд]; единица количества вещества – моль [моль].

Кроме этих основных единиц введены две дополнительных: радиан (рад) и стерадиан (ср). Остальные единицы системы СИ являются производными.

Задачей измерения является вычисление величины а с возможно меньшей ошибкой. Ошибкой измерения (или погрешностью измерения) называется разность z-a между результатом измерения z и истинным значением а измеряемой величины. В начале эксперимента ошибка измерения является неизвестной величиной. Умение находить причину возникновения ошибок (погрешностей) измерений или умение оценить уровень (порядок) этой погрешности важен как для научного исследования, так и для инженерных расчетов. Погрешности характеризуют достоверность информации, на основании которой принимается инженерное решение или оценивается исследуемое явление.

Ошибки измерения делят на систематические, случайные и грубые.

Систематическая ошибка – это такая ошибка измерения, знак и величина которой остаются постоянными от опыта к опыту или изменяются по известному закону. Систематические ошибки больше связаны с принятым методом измерения и, в некотором смысле, могут называться методическими ошибками. Однако, появлению систематических ошибок способствуют и более общие, независящие от выбранного метода исследований, причины. Вопрос определения систематических ошибок является центральным во всей исследовательской работе, так как эти ошибки сдвигают истинное среднее значение измеряемой величины, в то время как случайные ошибки изменяют лишь уровень достоверности полученных результатов.

Систематическая ошибка, величина которой определена в результате дополнительных опытов или оценена из теоретических соображений, называется поправкой. Поправка служит для уточнения полученных результатов измерений.

Случайные ошибки – это ошибки вызванные большим количеством таких факторов, эффекты от действия которых столь незначительны, что их нельзя выделить или учесть в отдельности. Случайные ошибки являются неустранимыми, их нельзя исключить (в форме поправки) из результатов измерений. Учет влияния случайных ошибок основан на знании законов их распределения.

Грубые ошибки или промахи – это ошибки, возникающие в результате нарушения правил (условий) проведения измерений или в результате ошибки (промаха) экспериментатора. Внешним признаком промаха является его резкое отличие по величине от результатов остальных измерений.

При обнаружении грубой ошибки необходимо проверить – не нарушены ли условия измерения. В случае соблюдения условий эксперимента встает вопрос об отбрасывании результата измерения. Однако «отбрасывание» промахов является весьма ответственной задачей. Включение или отбрасывание результатов может неконтролируемым образом исказить результаты среднего значения и т.п.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.