Назначение и цели измерительного эксперимента, характеристика этапов проведения. Понятие и формулы расчёта относительной, приведенной, систематической, случайной погрешности, грубой ошибки. Обработка результатов прямых, косвенных и совокупных измерений.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Этапы проведения измерений

2. Классификация погрешностей

3. Обработка результатов измерений

3.1 Обработка результатов прямых измерений

3.2 Обработка результатов косвенных измерений

3.3 Обработка результатов совокупных измерений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Целью измерения является получение количественной информации о величине исследуемого объекта, под которым понимаются реально существующие объекты (детали, процессы, поля, явления и т.д.), а также взаимодействия между ними.

Измерение может производиться как в познавательных (изучение элементарных частиц, организма человека и т.д.), так и в прикладных (управление конкретным технологическим процессом, контроль качества продукции) задачах. Существует тесная взаимосвязь между научно-техническим прогрессом и достижениями в области измерений и измерительной техники. Важной составной частью большинства научно-исследовательских работ являются измерения, позволяющие установить количественные соотношения и закономерности изучаемых явлений.

Прогресс в области измерений способствовал и способствует многим новым открытиям, а достижения науки, в свою очередь - совершенствованию методов и средств измерений (например, благодаря использованию лазеров, микроэлектроники и т.п.)

Любое современное производство должно быть оснащено измерительными средствами, позволяющими осуществлять точный и объективный контроль технологического процесса. От этого зависят уровень качества продукции и производительность. В автоматизированном производстве своевременное получение необходимой достоверной измерительной информации является одним из важнейших условий качественного управления объектом регулирования. С другой стороны, развитие и совершенствование технологических процессов в области получения новых материалов и элементов создают возможности для совершенствования и создания принципиально новых средств измерительной техники.



1. Этапы проведения измерений

Первым прорабатывается вопрос о предварительной модели объекта. При этом должна привлекаться вся имеющаяся в распоряжении информация. Должна использоваться имеющаяся информация о статистических характеристиках объекта измерения. В случае, если возникает сомнение в адекватности выбранной модели, то следует провести предварительно дополнительные измерения и уточнить модель либо выбрать средство измерения, не реагирующее на отклонения одного или нескольких неинформативных параметров объекта измерения. При определении модели объекта возможны варианты. Выбор того или другого из них определяется целью, задачами и условиями измерений. Правильный выбор модели позволит адекватно оценить результаты измерений и получить необходимую точность.

Следующий этап подготовки - обоснование необходимой точности эксперимента. Проработка этого вопроса должна вестись с учетом поставленной цели измерений при ряде ограничений, связанных с техническими возможностями, материальными и временными затратами и пр. Точность измерений должна соответствовать их основной цели. Избыточность по точности ведет к необоснованному усложнению и удорожанию эксперимента. Точность эксперимента во многом определяется выбором метода, средств и условиями измерений. Задача решается перебором возможных вариантов состава и степени влияния составляющих суммарной погрешности, которая должна не превышать заданного значения. Принимается вариант, в наибольшей степени удовлетворяющий требованиям удобства, простоты при соблюдении необходимой точности.

Важным этапом подготовки из мерительного эксперимента является разработка методики проведения эксперимента, под которой понимается совокупность действий с использованием различных способов и средств, обеспечивающих измерения с необходимой точностью. В число средств, используемых согласно методике, входят средства измерений, вычислительные и различные вспомогательные средства. Особое место при разработке методики занимает выбор вида измерений: прямых, косвенных, совместных или совокупных, а также метода измерений: непосредственной оценки, сравнения с мерой и т.д. Решается также вопрос, производится ли одно - или многократные измерения. В результате данного этапа подготовки разрабатывается схема измерений, план проведения эксперимента, подготавливается методика обработки результатов наблюдений и оценки влияния условия измерений на их результаты.

Необходимым этапом подготовки измерительного эксперимента является выбор средств измерений. Используемые в эксперименте средства измерений должны соответствовать принятым моделям, измеряемым величинам, целям и условиям проведения эксперимента. Возможны варианты, связанные с необходимостью автоматической регистрации результатов наблюдений, представления результатов в аналоговой или цифровой форме, ввода полученной измерительной информации в ЭВМ и пр. Однако каждый из вариантов должен прорабатываться на соответствие метрологических характеристик используемого средства измерений установленным требованиями по точности и их влиянию на результаты измерений.

Одним из основных разделов методики проведения измерительного эксперимента должен быть раздел, посвященный обработке результатов измерений (наблюдений) с целью установления значений измеряемой величины и оценки погрешности полученного результата измерения.



2. Классификация погрешностей

Опыт показывает, что вследствие неточности измерительных приборов, несовершенства органов чувств, неполноты наших знаний, трудности учета всех побочных явлений, при многократном повторении одного и того же измерения получаются разные числовые значения изучаемой физической величины. Так бывает, даже если измерения производить в совершенно одинаковых условиях (равноточные измерения). При практическом использовании результатов тех или иных измерений возникает вопрос об истинном значении изучаемой физической величины, о точности измерения.

Термин «точность измерения», т.е. степень приближения результатов измерения к некоторому действительному значению, используется для качественного сравнения измерительных операций. Для количественной оценки используется понятие «погрешность (ошибка) измерений». Эти термины тесно связаны друг с другом: чем меньше погрешность, тем выше точность. Оценка погрешности измерений - одно из важных мероприятий по обеспечению достоверности измерений.

Количество факторов, влияющих на точность измерений, достаточно велико, и любая классификация погрешностей измерений в известной мере условна. На схеме, изображенной на рис. 1, приведена одна из возможных классификаций, которая может служить основой для оценки погрешности.

Погрешность измерения - это отклонение результата измерений x от истинного x0 (действительного) значения измеряемой величины. В зависимости от формы представления различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерений.

Абсолютная погрешность измерения определяется как разность x0-x=x между истинным и измеренным значениями физической величины. Абсолютная погрешность может быть положительной или отрицательной в зависимости от того уменьшен или увеличен результат измерения по отношению к истинному значению.

Рис. 1. Классификация погрешностей

Относительная погрешность - отношение абсолютной погрешности к истинному значению или к результату измерения. Относительная погрешность чаще всего выражается в процентах.

Приведенная погрешность - отношение абсолютной погрешности к нормированному значению xn, выраженное в процентах В качестве нормированного значения может быть взято максимальное или минимальное значение измеряемой величины.

В зависимости от характера проявления, причин возникновения и возможностей устранения различают систематическую и случайную составляющую погрешности измерения, а также грубые погрешности (промахи).

Систематические погрешности (ошибки) - это погрешности, которые сохраняют величину и знак от опыта к опыту, при равноточных измерениях. Типичными источниками систематических погрешностей бывают:

* несовершенство используемой измерительной аппаратуры,

* несовершенство используемого метода измерений;

* плохая настройка измерительной аппаратуры;

* недостаточное постоянство условий опыта;

* влияние окружающей среды;

* постоянные ошибки экспериментатора;

* неучтенные влияния других параметров.

Систематические погрешности считаются потенциально устранимыми. Чтобы избежать или уменьшить систематические погрешности необходимо критически относиться к методам исследования, совершенствуя их, применяя более точные приборы, следя за их исправностью и т.д.

Случайные погрешности (ошибки) - это погрешности, изменяющие свою величину или знак от опыта к опыту, при измерениях, выполненных одинаковым образом и при одинаковых условиях. Случайные погрешности обуславливаются большим числом случайных причин, действующих в каждом отдельном измерении различным, неизвестным образом. К числу та...