Статистические методы оценки измерений в экспериментальных исследованиях

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 12Следующая ⇒

Измерения являются основной составной частью любого эксперимента. От тщательности измерений и последующих вычислений зависят результаты эксперимента. Поэтому каждый экспериментатор должен:

• знать закономерности измерительных процессов;

• уметь правильно измерять изучаемые величины;

• оценить погрешности при измерениях;

• правильно, с требуемой точностью вычислить значения величин и их минимальное количество;

• определить наилучшие условия измерений, при которых ошибки будут наименьшими;

• произвести анализ результатов измерений.

Измерения бывают статическими, когда измеряемая величина не меняется, и динамическими, когда измеряемая величина меняется (например, измерение пульсирующих процессов). Кроме того, измерения разделяются на прямые и косвенные.

При прямых измерениях искомую величину устанавливают непосредственно из опыта, при косвенных - функционально от других величин, определяемых прямыми измерениями, и, например, по формуле в = f (а), где в - найдено с помощью косвенных измерений, а - с помощью прямых измерений, различают три класса измерений:

• особо точные — эталонные измерения с максимально возможной точностью;

• высокоточные — измерения, погрешность которых не должна превышать заданных значений;

• технические измерения, в которых погрешность определяется особенностями средств измерения.

Различают также абсолютные измерения и относительные. Абсолютные - это прямые измерения в единицах измеряемой величины. Относительные - измерения, представленные отношением измеряемой величины к относительной величине (базисной), принимаемой для сравнения.

Результаты измерения оценивают разными показателями (погрешностью, относительной ошибкой, точностью, достоверностью).

Погрешность - это алгебраическая разность между действительным значением измеряемой величины x_g и полученным при измерениях x_i:

ε = x_g – x_i,

где ε - абсолютная ошибка измерения.

Относительная ошибка измерения δ, %,

Точность измерения — это степень приближения измерения к действительному значению величины.

Достоверность измерения, показывает степень доверия к результатам измерения, т.е. вероятность отклонений от действительного значения.

Погрешности классифицируются на систематические и случайные. Систематические - это такие погрешности измерения, которые при повторных измерениях остаются постоянными или изменяются по известному закону. Если численные значения этих погрешностей известны, их можно учесть во время проводимых измерений.

Случайными называют погрешности, возникающие чисто случайно при повторном измерении. Эти измерения не могут быть исключены как систематические. Однако при наличии многократных повторяемостей измерений с помощью статических методов можно исключить наиболее отклоняющиеся случайные измерения. Разновидностью случайных погрешностей являются грубые погрешности или промахи, существенно повышающие систематические и случайные погрешности. Промахи и грубые погрешности вызваны, как правило, ошибками экспериментатора. Их легко обнаружить. В расчет эти погрешности не принимаются, и при вычислении измеряемой величины х_g их исключают.

Таким образом, можно записать, что действительная погрешность

ε = ε ₁ + ε ₂, где ε ₁, ε ₂ — систематическая и случайная погрешности измерений.

Анализ случайных погрешностей основывается на теории случайных ошибок. Эта теория дает возможность с определенной гарантией вычислить действительное значение и оценить возможные ошибки, по которым судят о действительной погрешности.

Средства измерений

Неотъемлемой частью экспериментальных исследований являются средства измерений, т.е. совокупность технических средств (имеющих нормированные погрешности), которые дают необходимую информацию для эксперимента. К средствам измерений относят измерительный инструмент, измерительные приборы и установки.

Измерительные средства делят на образцовые и технические. Образцовые средства, являющиеся эталонными, предназначены для проверки технических, т.е. рабочих средств. Проверка средств измерений предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов. Определение погрешностей позволяет установить, соответствует ли данный прибор регламентированной степени точности и может ли он быть применен для данных измерений.

Под регулировкой измерительного прибора понимают операции, направленные на снижение систематических ошибок до величины, меньшей допустимой погрешности. При выборе средств измерения необходимо максимально использовать стандартно выпускаемую аппаратуру, которая приводится в специальных ежегодниках-каталогах.

Проведение эксперимента

Проведение эксперимента является важнейшим этапом исследования в НИР. Экспериментальные исследования необходимо проводить в соответствии с установленным планом-программой и особенно методикой эксперимента.

Особое значение имеет добросовестность эксперимента, без субъективного влияния на результаты измерений. Недопустима небрежность, которая приводит к большим искажениям и ошибкам.

Обязательным требованием проведения эксперимента является ведение журнала, форма которого может быть произвольной. В журнале отмечают:

- тему НИР и тему эксперимента;

- ФИО исполнителя;

- время и место проведения эксперимента;

- характеристику окружающей среды;

- данные об объекте эксперимента и средствах измерения;

- результаты наблюдений, а также другие данные для оценки полученных результатов.

При проведении экспериментов исполнитель должен непрерывно следить за средствами измерений, устойчивостью аппаратов и установок, правильностью их показаний, характеристиками окружающей среды, а также не допускать посторонних лиц в рабочую зону.

Исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ. Это позволяет контролировать исследуемый процесс, корректировать эксперимент. Важными при этом являются консультации с коллегами и научным руководителем темы.

При проведении экспериментов важно выполнять требования по охране труда, технике безопасности и противопожарные правила.

Особое место принадлежит анализу результатов эксперимента - завершающей части, на основе которой делают вывод о подтверждении принятой гипотезы научных исследований. Анализ эксперимента - это творческая часть исследования.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒