05 Глава 4 (1-7) (1084726), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

=0,5b (4.29)

На все измерительные приборы в той или иной мере действует магнитное поле земли. Поэтому ряд электроизмерительных прибо­ров должен быть защищен от действия магнитного поля, а также электростатических явлений. В специальной метрологической лите­ратуре разработаны схемы защит I (более высокой) и II категорий. В последние годы при исследовании процессов в строительном производстве стали широко применять электрические, электронные, частотные, радиоизотопные и другие приборы. Как правило, такие приборы требуют специальной защиты от пыли, вибрации, газа, света и др. Отсутствие такой защиты может вызвать погрешности, превышающие допустимые. Поверка средств измерений. Поверка 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 применим для данных измерений. При проверке средств измерений, если не требуется вносить поправок в погрешности, определяют погрешности и устанавливают, не выходят ли они за пределы допускаемых значений. Поверку средств измерений производят на различных уровнях: от специаль­ных государственных организаций до низовых звеньев. Государ­ственные метрологические институты и лаборатории по надзору за стандартами и измерительной техникой производят государственный контроль за обеспечением в стране единства мер. На высокоточные измерительные средства государственные мет­рологические организации выдают специальное свидетельство, в котором после поверки указывают номинальные значения измеряе­мой величины, класс точности, предельную допускаемую погреш­ность, результаты поверки погрешности прибора в виде таблицы, вариацию измерений. Для приборов меньшей точности сви­детельство можно не выдавать, а заменять лишь указанием, что при­бор удовлетворяет требованиям стандарта или инструкции. Вместо инструкции прибор (футляр) снабжают клеймом поверки. Измерительные приборы и установки различных организаций подвергают обязательной государственной поверке раз в 1—2 года. При хорошем обращении с приборами этого срока вполне достаточно для гарантированной эксплуатации. Однако в ряде случаев вслед­ствие небрежного обращения с приборами их эксплуатационно-измерительные характеристики нарушаются, требуется поверка. В периоды между государственной проводят ведомствен­ную поверку средств измерений. Эти поверки по объему работ иногда мало чем отличаются от госповерок. Однако, как пра­вило, такие поверки проводят по сокращенной программе. Поэтому они более оперативные, чем государственные, проводятся по спе­циальному графику, разработанному для данной организации. Анализ эксплуатационных качеств измерительных средств пока­зал, что приборы и установки, хранимые более или менее длитель­ное время на складах (1—2 года), подвергаются старению и ухуд­шают свои свойства. Иногда при этом погрешности превышают до­пустимые значения. Поэтому измерительные средства, хранимые на складе, перед применением необходимо подвергнуть рабочей поверке. Рабочая поверка средств измерений проводится в низовых зве­ньях, т. е. непосредственно в организациях, проводящих измерения. Такие поверки проводятся каждым экспериментатором перед началом измерений и наблюдений. В процессе рабочей поверки при­ходится производить различные операции: определять диапазон измерений, вариации измерений и др. В отдельных случаях выпол­няют регулировку и градуировку средств измерений. Под регулировкой прибора понимают операции, направ­ленные на снижение систематических ошибок до величины, меньшей допустимой погрешности. Измерительные приборы снабжены двумя регулировочными узлами для регулировки нуля и чувствительно­сти. Регулировка нуля предназначена для устранения систематиче­ских ошибок в диапазоне нижнего предела измерений. В ряде случаев возникают систематические погрешности, линей­но возрастающие или убывающие с изменением измеряемой вели­чины. Такую погрешность регулировкой нуля устранить невоз­можно. Ее можно уменьшить с помощью регулировки узла чувстви­тельности. Поскольку погрешность различна на разных участках длины шкалы, то с помощью одновременной регулировки узла нуля и чувствительности достигают существенного снижения системати­ческой ошибки прибора в начале, средине и конце диапазона изме­рения. Под градуировкой понимают нанесение меток на шкалу отсчитывающего устройства по заранее известной измеренной величи­не. Если шкала равномерная, то градуировка не представляет каких-либо сложностей. При градуировке нелинейных шкал предваритель­но регулируют прибор, крепят к нему шкалу и наносят на цифер­блат деления, соответствующие заранее известным значениям изме­ряемой величины. Наиболее распространенным способом поверки приборов и оцен­ки его эксплуатационных характеристик является способ сравнения. Суть его сводится к сопоставлению поверяемого прибора с образцо­вым. Одна и та же измеряемая величина оценивается поверяемым и образцовым прибором. По отчетам судят о погрешностях, которые вносят в поверяемый прибор. Важным моментом в организации эксперимента является выбор средств измерений. Средства измерения должны: максимально соот­ветствовать тематике, цели и задачам НИР; обеспечивать высокую производительность труда экспериментальных работ с наименьшей затратой времени и выполнение эксперимента в возможно кратчай­ший срок; обеспечивать требуемое качество экспериментальных работ, т. е. заданную степень точности при минимальном количестве измерений, высокую воспроизводимость и надежность; в наибольшей степени исключать систематические ошибки; желательно мак­симально использовать средства измерений с автоматической за­писью; иметь высокую экономическую эффективность при минимуме затрат людских, денежных и материальных ресурсов; обеспечи­вать эргономические требования эксперимента (антропометриче­ские, санитарно-гигиенические, психофизиологические и др.); обеспечивать требования техники безопасности и пожарной профи­лактики. При выборе средств необходимо максимально использовать стандартно выпускаемую аппаратуру, которая приводится в специаль­ных ежегодниках-каталогах: «Средства измерения, допущенные к вы­пуску в обращении в СССР». Наряду с этим средствам измерения посвящена литература, например [17, 25, 26, 28].

§ 5. Проведение эксперимента

Проведение эксперимента является важнейшим и наиболее тру­доемким этапом. Экспериментальные работы необходимо проводить в соответствии с утвержденной планом-программой и особенно ме­тодикой эксперимента. Приступая к эксперименту, окончательно уточняют методику его проведения, последовательность испыта­ний. Иногда при этом используют метод рандомизации который заключается в том, что опыты проводят в случайной последователь­ности, определяемую с помощью перечня случайных чисел. Этим способом исключают систематические ошибки, которые могут воз­никнуть при субъективном назначении последовательности испы­таний. Допустим, необходимо определить последовательность проведе­ния пяти опытов. Пронумеруем их: 1, 2, 3, 4, 5. Поставим им в соот­ветствие любые пять последовательных чисел, взятых в любой стро­ке или столбце случайных чисел, например, вторая строка 88, 40, 52, 92, 29, т. е. 1 — 88; 2—40; 3—52; 4—0,2; 5—29. Расположив случайные цифры в порядке возрастания (убывания), получим после­довательность проведения опытов: 4, 5, 2, 3, 1 или 1, 3, 2, 5, 4.

При экспериментальном исследовании сложных процессов часто возникают случаи, когда ожидаемый результат получают позже, чем предусматривается планом. Поэтому научный работник должен проявить терпение, выдержку, настойчивость и довести эксперимент до получения результатов. Особое значение имеет добросовестность при проведении экспе­риментальных работ. Экспериментатор должен фиксировать все характеристики исследуемого процесса, не допуская субъективного влияния на результаты измерений. Иногда молодые научные работ­ники, стремясь быстрее получить нужный результат, подтверждаю­щий гипотезу, выбирают только те экспериментальные данные, которые хорошо согласуются с теоретическими предположе­ниям. В этом случае иногда упускаются ценные данные об исследуемом процессе, которые впоследствии могут быть восста­новлены с большим трудом. В процессе проведения экспериментальных работ недопустима небрежность, что приводит к большим искажениям, ошибкам. В связи с этим эксперименты повторяют, что увеличивает продол­жительность исследования. Обязательным требованием проведения эксперимента является ведение журнала. Форма журнала может быть произвольной, но должна наилучшим образом соответствовать исследуемому процес­су с максимальной фиксацией всех факторов. В журнале отмечают тему НИР и тему эксперимента, фамилию исполнителя, время и мес­то проведения эксперимента, характеристику окружающей среды, данные об объекте эксперимента и средствах измерения, результаты наблюдений, а также другие данные для оценки получаемых ре­зультатов. Журнал нужно заполнять аккуратно, без каких-либо исправле­ний. При получении в одном статистическом ряду результатов, рез­ко отличающихся от соседних измерений, исполнитель должен запи­сать все данные без искажений и указать обстоятельства, сопут­ствующие указанному измерению. Это позволит установить причины искажений и квалифицировать измерения как соответствующие реальному ходу процесса или как грубый промах. Если в процессе измерения необходимы простейшие расчеты, то они должны быть вы­полнены безупречно. При проведении эксперимента исполнитель должен непрерывно следить за средствами измерений: устойчивостью аппаратов и уста­новок, правильностью их показаний, характеристики окружающей среды, не допускать посторонних лиц в рабочую зону. Исполнитель обязан систематически проводить рабочую поверку средств измере­ний. В случае, если рабочая поверка не обеспечивает требуемую точ­ность приборов, то эксперимент необходимо приостановить, а сред­ства измерения передать на госповерку. Первостепенное внимание экспериментатор должен уделять контролю качества эксперимен­тальных работ, т. е. обеспечивать надежность работы средствизмерений, воспроизводительность измерений, соблюдать требуемую точность и достоверность получаемых результатов. Одновременно с производством измерений исполнитель должен проводить предварительную обработку результатов и их анализ. Здесь особо должны проявляться его творческие способности. Та­кой анализ позволяет контролировать исследуемый процесс, кор­ректировать эксперимент, улучшать методику и повышать эффектив­ность эксперимента. Важны при этом консультации с коллегами по работе и особенно с научным руководителем. В процессе экспериментальных работ необходимо соблюдать требования инструкций по промсанитарии, технике безопасности, пожарной профилактике. Исполнитель дол­жен уметь организовать рабочее место, руководствуясь принципами научной организации труда. Все изложенное особо тщательно необходимо соблюдать при вы­полнении производственных экспериментов. Вследствие больших объемов работ и значительной их трудоемкости ошибки, допущенные в процессе эксперимента, могут существенно увеличить продолжи­тельность исследований и уменьшить их точность. Вначале результаты измерений сводят в таблицы по варьирую­щим характеристикам для различных изучаемых вопросов. Очень тщательно изучают сомнительные цифры, резко отличающиеся от статистического ряда наблюдений, от средних значений. При ана­лизе цифр необходимо установить точность, с которой нужно про­изводить обработку опытных данных. Точность обработки не должна быть выше точности измерений. Особое место принадлежит анализу эксперимента. Это завершаю­щая часть, на основе которой делают вывод о подтверждении гипо­тезы научного исследования. Анализ эксперимента - это творче­ская часть исследования. Иногда за цифрами трудно четко предста­вить физическую сущность процесса. Поэтому требуется особо тща­тельное сопоставление фактов, причин, обусловливающих ход того или иного процесса и установление адекватности гипотезы и экспе­римента. Ниже изложены методы обработки и анализа экспери­мента.

§ 6. Методы графического изображения результатов измерений

При обработке результатов измерений и наблюдений широко используют методы графического изображения. Результаты измерений, представленные в табличной форме, не позволяют достаточно наглядно характеризовать закономерности изучаемых процессов. Графическое изображение дает наиболее на­глядное представление о результатах экспериментов, позволяет лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, вы­явить общий характер функциональной зависимости изучаемых переменных величин, установить наличие максимума или минимума функции. После обработки результатов измерений и оценки степени точно­сти необходимо их свести в таблицы для анализа. Данные таких таблиц обрабатывают графическими методами. Для графического изображения результатов измерений (наблю­дений), как правило, применяют систему прямоугольных коорди­нат. Если анализируется графическим методом функция у=f(x), то наносят в системе прямоугольных координат значения (рис. 4.2). Прежде чем строить график, необходимо знать ход (течение) исследуемого явления. Как правило, качественные

закономерности и форма графика экспериментатору ориентиро­вочно известны из теоретических исследований. Точки на графике необходимо соединять плавной линией так, чтобы она по возможности ближе проходила ко всем экспериментальным точкам. Если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломаную кривую. Она характеризует изменение функции по данным эксперимента. Обычно функции имеют плавный характер. Поэтому при графическом изображении результатов измерений следует про­водить между точками плавные кривые. Резкое искривление графика объясняется погрешностями измерений. Если бы эксперимент по­вторили с применением средств измерений более высокой точности, то получили бы меньшие погрешности, а ломаная кривая больше бы соответствовала плавной кривой. Однако могут быть исключения. Так, иногда исследуются явле­ния, для которых в определенных интервалах наблюдается быстрое скачкообразное изменение одной из координат (рис. 4.3). Это объяс­няется сущностью физико-химических процессов, например фазо­выми превращениями влаги при исследовании промерзающих систем, радиоактивным распадом атомов в процессе исследования ра­диоактивности и т. д. В таких случаях необходимо особо тщательно соединять точки кривой. Общее «осреднение» всех точек плавной кривой может привести к тому, что скачок функции подменяется погрешностями измерений. Иногда при построении графика одна-две точки резко удаляются от кривой. Вначале нужно проанализировать физическую сущность явления, и если нет основания полагать наличие скачка функции. то такое резкое отклонение можно объяснить грубой ошибкой или промахом. Это может возникнуть тогда, когда данные измерений предварительно не исследовались на на­личие грубых ошибок измерений. В та­ких случаях необходимо повторить изме­рение в диапазоне резкого отклонения точки. Если прежнее измерение оказа­лось ошибочным, то на график наносят новую точку. Если же повторные изме­рения дадут прежнее значение, необхо­димо к этому интервалу кривой отнестись очень внимательно и особо тщательно проанализировать физическую сущность явления. Часто при графическом изображении результатов экспериментов приходится иметь дело с тремя переменным b = f(x,y,z).В этом случае применяют метод разделения переменных. Одной из величин в пределах интервала из­мерений задают несколько последовательных значений. Для двух остальных переменных x и у (при =const) строят графики y= (x) В результате на одном графике получают семейство кривых у= (x) для различных значений z (рис. 4.4)

Характеристики

Список файлов книги