Основные положения и расчеты при проведении

Работа 1.

Лабораторных работ.

Понятие об измерительной информации и её

Характеристиках.

Измерения в прогрессе науки и техники занимают одно из главных мест. Без измерений невозможно осуществить ни одно исследование и ни одно управление тем или иным производственным процессом. Измерения дают возможность получать информацию о физических величинах, характеризующих тот или иной процесс, и после их надлежащей обработки позволяют получить данные, необходимые для управления тем или иным процессом, или установить соотношения и связи между параметрами у исследуемого объекта.

Управляемые или исследуемые объекты могут быть как простыми, так и сложными. У сложных объектов число измеряемых величин достигает сотен и тысяч. Любая измеряемая величина представляет собой случайную функцию.

Для определения неслучайного сигнала достаточно знать его величину, выражаемую в каждый момент времени каким-либо числом. Случайная же величина определяется её функцией распределения вероятностей. Она задана только тогда, когда известна вероятность её значений в любой момент времени.

В информационно-измерительной технике большинство случайных функций имеет стационарный характер, т.е. её реализация, найденная в течение длительного промежутка времени, определяет все семейство реализаций этой функции.

В практике измерений вместо функции распределения вероятностей случайной величины используют её среднеквадратичное отклонение σ.

При создании автоматических измерительных систем необходимо стремиться достичь минимума среднеквадратичной ошибки.

Чем сложнее исследуемый процесс, тем больше измеритель-ной информации необходимо получать и обрабатывать. Структура автоматических информационно-измерительных устройств зависит от объема и характера первичной измерительной информации, вводимой в устройства, а также от алгоритма её обработки.

Структуры автоматических информационно-

Измерительных устройств.

Автоматические информационно-измерительные приборы по выполняемым функциям подразделяются на:

- обрабатывающие текущие значения тех или иных переменных величин и обрабатывающие текущие значения измерительной информации с учетом изменения её в прошлом; для учета «истории»процесса осуществляется запоминание для каждого момента времени текущих значений переменных;

- выдающие обработанную измерительную информацию, исходя из направления и скорости изменения её в прошлом с учетом значений в данный момент.

Автоматические информационно-измерительные приборы подразделяются на приборы аналоговые и дискретные. В аналоговых приборах каждому текущему значению входной переменной величины соответствует её текущее значение в переработанном виде. При этом процесс преобразования измерительной информации непрерывен, т.е. результат измерения представляется в виде непрерывной функции, тождественно отображающей характер входной величины.

В приборах дискретного типа непрерывно изменяющаяся величина представлена совокупностью отдельных её значений. Процесс дискретизации представляет преобразование непрерывно изменяющейся величины в дискретное множество отдельных значений. Этот процесс называется квантованием (по уровню или по времени). В настоящее время наибольшее распространение получили записывающие (регистрирующие) приборы, которые в свою очередь делятся на три группы:

- приборы непрерывного действия;

- приборы дискретные;

- цифропечатающие приборы.

Регистрирующий прибор состоит из двух основных элементов: 1) измерительного устройства и 2) механизма формирования диаграммы записи.

Задачи измерений.

Измерением какой-либо физической величины называется операция, в результате которой мы узнаем, во сколько раз измеряемая величина больше или меньше соответствующей величины, принятой за эталон.

Так, например, за эталон длины принят метр, и в результате измерения некоторой длины L мы узнаем, сколько меторв содержится на протяжении этого отрезка.

Точно так же при измерении некоторой массы Ммы устанавливаем, во сколько раз эта измеряемая масса превосходит массу эталонного образца в один килограмм. Разумеется, практически никогда не пользуются сравнением измеряемых величин с основными эталонами, которые хранятся в специальных метрологических учреждениях. Вместо этого пользуются измерительными приборами, которые тем или иным способом сверены с эталонами. Это относится как к приборам, с помощью которых измеряют длину, - различного рода линейкам, микрометрам, измерительным микроскопам, так и к приборам, измеряющим время (часы), массу (весы и гири), а также электроизмерительным приборам (амперметры, вольтметры) и т.п.

Следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Его результат всегда содержит некоторую ошибку (или, как говорят, результат измерения отягчен ошибкой). Измерения, которые были произведены при сравнении наших измерительных инструментов и приборов с эталонами, также отягчены большей или меньшей ошибкой. Очевидно, что, измеряя с помощью такого инструмента некоторую величину, мы, как правило, не можем сделать ошибки меньшей, чем та, которая определяется погрешностью измерительного устройства. Иначе говоря, если у нас есть линейка, про которую известно, что её длина определена с погрешностью 0,1% (т.е. с точностью до 1 мм при метровой линейке), то, применяя её, нельзя пытаться измерить длину, скажем, с точностью до 0,01%. Это очевидное положение, к сожалению, иногда забывают.

Итак, в результате измерений мы всегда получаем нужную величину с некоторой погрешностью.

О точности измерений.

Часто стараются произвести измерения с наибольшей достижимой точностью, т.е. сделать ошибку измерения по возможности малой. Однако следует иметь в виду, что чем точнее мы хотим измерить, тем труднее это сделать. Поэтому не следует требовать от измерений большей точности, чем это необходимо для решения поставленной задачи. Для изготовления книжной полки длину досок вполне достаточно измерять с точностью до 0,5 – 1 см, или около 1%; для изготовления некоторых деталей шарикоподшипников нужна точность в 0,001 мм, или около 0,01%; а при измерении длин волн спектральных линий иногда необходима точность в 10^{-11 см}, или около 10^-5%. Не следует увлекаться получением излишней точности, когда она не нужна, но необходимо прилагать максимум усилий и не жалеть времени и труда для получения лишнего десятичного знака, когда это требуется. Надо иметь в виду, что очень часто именно повышение точности измерений позволяет вскрыть новые, неизвестные ранее, закономерности.

Действительно, всякий закон, устанавливающий количественную связь между физическими величинами, выводится в результате опыта, основой которого служат измерения. Он может считаться верным лишь с той степенью точности, с какой выполнены измерения, положенные в его основу.

Работа 2.

Типы ошибок.

Ошибки измерения принято подразделять на систематические и случайные. Систематические ошибки вызываются факторами, действующими одинаковым образом при многократном повторении одних и тех же измерений. В качестве примера такой ошибки приведем взвешивание на чашечных весах с помощью неточных гирь. Если взятая нами гиря имеет ошибку 0,1 г, то вес тела (допустим 1000 г) будет завышенным (или заниженным) на эту величину, и чтобы получить верное значение, необходимо учесть эту ошибку, вычитая из полученного веса (или прибавляя к нему) 0,1 г.

В данном примере точная поправка на вес гири нам не известна. О ней мы знаем лишь, что она не превышает 0,1 г или 0,01%. Поэтому поправка на неправильность гири не может быть учтена, и результат взвешивания мы вынуждены записать в виде

Р = (1000±0,1) г.

Мы различаем три основных типа ошибок:

1. Систематические, величина которых одинакова во всех измерениях, проводящихся одним и тем же методом с помощью одних и тех же измерительных приборов.

2. Случайные. Величина случайных ошибок различна даже для измерений, выполненных одинаковым образом. Случайные ошибки обязаны своим происхождением ряду причин, действие которых неодинаково в каждом опыте и не может быть учтено.

3. Промахи. Источником последних является недостаток внимания экспериментатора. Для устранения промахов нужно соблюдать аккуратность и тщательность в работе и записях результатов.

Работа 1.

Основные положения и расчеты при проведении

Лабораторных работ.